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Gérard Swinnen

Apprendre à programmer avec

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ÉDITIONS EYROLLES
61, bd Saint-Germain
75240 Paris Cedex 05
www.editions-eyrolles.com

Une version numérique de...

CHEZ LE MÊME ÉDITEUR

Dans la même collection

A. BERSINI. – La programmation orientée objet Cours et exercices en UML 2 avec Java 6, C# 4, C+ +, Python, PHP 5 et LinQ.
N°12806, 5e édition, 2011, 644 pages.

C. DELANNOY. – Programmer en langage C++.
N°12976, 8e édition, 2011, 822 pages.

C. SOUTOU. – Programmer avec MySQL. SQL – Transactions – PHP – Java – Optimisations – Avec 40 exercices corrigés – Couvre les versions MySQL 5.1 et 5.5 GA
N°12869, 2e édition, 2011, 450 pages.

E. SARRION. – jQuery et jQuery UI.
N°12892, 2011, 500 pages.

A. TASSO. – Le livre de Java premier langage. Avec 90 exercices corrigés.
N°13307, 7e édition, 3e édition, 2011, 528 pages.

C. DELANNOY....

Grace Hopper, inventeur du compilateur :
« Pour moi, la programmation est plus qu’un art appliqué important. C’est aussi une ambitieuse quête menée dans les tréfonds de la connaissance. »

À Maximilien, Élise, Lucille, Augustin et Alexane.

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Préface

En tant que professeur ayant pratiqué l’enseignement de la programmation en parallèle avec d’autres disciplines, je crois pouvoir affirmer qu’il s’agit là d’une forme d’apprentissage extrêmement enrichissante pour la formation intellectuelle d’un jeune, et dont la valeur formative est au moins égale, sinon supérieure, à celle de branches plus classiques telles que le latin.

Excellente idée donc, que celle de proposer cet apprentissage dans certaines filières, y compris de l’enseignement secondaire. Comprenons-nous bien : il ne s’agit pas de former trop précocement de futurs programmeurs professionnels. Nous sommes simplement convaincus que l’apprentissage de la programmation a sa place dans la formation générale des jeunes (ou au moins d’une partie d’entre eux), car c’est une extraordinaire école de logique, de rigueur, et même de courage.

À l’origine, le présent ouvrage a été rédigé à l’intention des élèves qui suivent le cours Programmation et langages de l’option Sciences & informatique au 3e degré de l’enseignement secondaire belge. Il nous a semblé par la suite que ce cours pouvait également convenir à toute personne n’ayant encore jamais programmé, mais souhaitant s’initier à cette discipline en autodidacte.

Nous y proposons une démarche d’apprentissage non linéaire qui est très certainement critiquable. Nous sommes conscients qu’elle apparaîtra un peu chaotique aux yeux de certains...

Remerciements

Ce livre est pour une partie le résultat d’un travail personnel, mais pour une autre – bien plus importante – la compilation d’informations et d’idées mises à la disposition de tous par des professeurs et des chercheurs bénévoles.

La source qui a inspiré mes premières ébauches du livre est le cours de A.Downey, J.Elkner & C.Meyers : How to think like a computer scientist (http://greenteapress.com/thinkpython/thinkCSpy). Merci encore à ces professeurs enthousiastes. J’avoue aussi m’être inspiré du tutoriel original écrit par Guido van Rossum lui-même (l’auteur principal de Python), ainsi que d’exemples et de documents divers émanant de la (très active) communauté des utilisateurs de Python. Il ne m’est malheureusement pas possible de préciser davantage les références de tous ces textes, mais je voudrais que leurs auteurs soient assurés de toute ma reconnaissance.

Merci également à tous ceux qui œuvrent au développement de Python, de ses accessoires et de sa documentation, à commencer par Guido van Rossum, bien sûr, mais sans oublier non plus tous les autres ((mal)heureusement trop nombreux pour que je puisse les citer tous ici).

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Table des matières

1. À L’ÉCOLE DES SORCIERS

Boîtes noires et pensée magique

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1

À l’école des sorciers

Apprendre à programmer est une activité déjà très intéressante en elle-même : elle peut stimuler puissamment votre curiosité intellectuelle. Mais ce n’est pas tout. Acquérir cette compétence vous ouvre également la voie menant à la réalisation de projets tout à fait concrets (utiles ou ludiques), ce qui vous procurera certainement beaucoup de fierté et de grandes satisfactions.

Avant de nous lancer dans le vif du sujet, nous allons vous proposer ici quelques réflexions sur la nature de la programmation et le comportement parfois étrange de ceux qui la pratiquent, ainsi que l’explication de quelques concepts fondamentaux. Il n’est pas vraiment difficile d’apprendre à programmer, mais il faut de la méthode et une bonne dose de persévérance, car vous pourrez continuer à progresser sans cesse dans cette science : elle n’a aucune limite.

Boîtes noires et pensée magique

Une caractéristique remarquable de notre société moderne est que nous vivons de plus en plus entourés de boîtes noires. Les scientifiques ont l’habitude de nommer ainsi les divers dispositifs technologiques que nous utilisons couramment, sans en connaître ni la structure ni le fonctionnement exacts. Tout le monde sait se servir d’un téléphone, par exemple, alors qu’il n’existe qu’un très petit nombre de techniciens hautement spécialisés capables d’en concevoir un nouveau modèle.

Des boîtes noires existent dans tous les domaines, et pour tout le monde...

2

Premiers pas

La programmation est donc l’art de commander à un ordinateur de faire exactement ce que vous voulez, et Python compte parmi les langages qu’il est capable de comprendre pour recevoir vos ordres. Nous allons essayer cela tout de suite avec des ordres très simples concernant des nombres, puisque les nombres constituent son matériau de prédilection. Nous allons lui fournir nos premières « instructions », et préciser au passage la définition de quelques termes essentiels du vocabulaire informatique, que vous rencontrerez constamment dans la suite de cet ouvrage.

Comme nous l’avons expliqué dans la préface (voir : Versions du langage, page XII), nous avons pris le parti d’utiliser dans ce cours la nouvelle version 3 de Python, laquelle a introduit quelques changements syntaxiques par rapport aux versions précédentes. Dans la mesure du possible, nous vous indiquerons ces différences dans le texte, afin que vous puissiez sans problème analyser ou utiliser d’anciens programmes écrits pour Python 1 ou 2.

Calculer avec Python

Python présente la particularité de pouvoir être utilisé de plusieurs manières différentes. Vous allez d’abord l’utiliser en mode interactif...

3

Contrôle du flux d’exécution

Dans notre premier chapitre, nous avons vu que l’activité essentielle d’un programmeur est la résolution de problèmes. Or, pour résoudre un problème informatique, il faut toujours effectuer une série d’actions dans un certain ordre. La description structurée de ces actions et de l’ordre dans lequel il convient de les effectuer s’appelle un algorithme.

Le « chemin » suivi par Python à travers un programme est appelé un flux d’exécution, et les constructions qui le modifient sont appelées des instructions de contrôle de flux.

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4

Instructions répétitives

L’une des tâches que les machines font le mieux est la répétition sans erreur de tâches identiques. Il existe bien des méthodes pour programmer ces tâches répétitives. Nous allons commencer par l’une des plus fondamentales : la boucle de répétition construite autour de l’instruction while.

Réaffectation

Nous ne l’avions pas encore signalé explicitement : il est permis de ré-affecter une nouvelle valeur à une même variable, autant de fois qu’on le souhaite.

L’effet d’une ré-affectation est de remplacer l’ancienne valeur d’une variable par une nouvelle.

>>> altitude = 320

>>> print (altitude)

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5

Principaux types de données

Dans le chapitre 2, nous avons déjà manipulé des données de différents types : des nombres entiers ou réels, et des chaînes de caractères. Il est temps à présent d’examiner d’un peu plus près ces types de données, et également de vous en faire découvrir d’autres.

Les données numériques

Dans les exercices réalisés jusqu’à présent, nous avons déjà utilisé des données de deux types : les nombres entiers ordinaires et les nombres réels (aussi appelés nombres à virgule flottante). Tâchons de mettre en évidence les caractéristiques (et les limites) de ces concepts.

Le type integer

Supposons que nous voulions modifier légèrement notre précédent exercice sur la suite de Fibonacci, de manière à obtenir l’affichage d’un plus grand nombre de termes. A priori, il suffit de modifier la condition de bouclage, dans la deuxième ligne. Avec while c <50:...

6

Fonctions prédéfinies

L’un des concepts les plus importants en programmation est celui de fonction¹. Les fonctions permettent en effet de décomposer un programme complexe en une série de sous-programmes plus simples, lesquels peuvent à leur tour être décomposés en fragments plus petits, et ainsi de suite. D’autre part, les fonctions sont réutilisables : si nous disposons d’une fonction capable de calculer une racine carrée, par exemple, nous pouvons l’utiliser un peu partout dans nos programmes sans avoir à la ré-écrire à chaque fois.

La fonction print()

Nous avons bien évidemment déjà rencontré cette fonction. Précisons simplement ici qu’elle permet d’afficher n’importe quel nombre de valeurs fournies en arguments (c’est-à-dire entre les parenthèses). Par défaut, ces valeurs seront séparées les unes des autres par un espace, et le tout se terminera par un saut à la ligne.

Vous pouvez remplacer le séparateur par défaut (l’espace) par un autre caractère quelconque (ou même par aucun caractère), grâce à l’argument sep...

7

Fonctions originales

La programmation est l’art d’apprendre à un ordinateur comment accomplir des tâches qu’il n’était pas capable de réaliser auparavant. L’une des méthodes les plus intéressantes pour y arriver consiste à ajouter de nouvelles instructions au langage de programmation que vous utilisez, sous la forme de fonctions originales.

Définir une fonction

Les scripts que vous avez écrits jusqu’à présent étaient à chaque fois très courts, car leur objectif était seulement de vous faire assimiler les premiers éléments du langage. Lorsque vous commencerez à développer de véritables projets, vous serez confrontés à des problèmes souvent fort complexes, et les lignes de programme vont commencer à s’accumuler…

L’approche efficace d’un problème complexe consiste souvent à le décomposer en plusieurs sous-problèmes plus simples qui seront étudiés séparément (ces sous-problèmes peuvent éventuellement être euxmêmes décomposés à leur tour, et ainsi de suite). Or il est important que cette décomposition soit représentée fidèlement dans les algorithmes¹ pour que ceux-ci restent clairs.

D’autre part, il arrivera souvent qu’une même séquence d’instructions doive être utilisée à plusieurs reprises dans un programme, et on souhaitera bien évidemment ne pas avoir à la reproduire systématiquement.

Les fonctions² et les classes d’objets sont différentes structures de sous-programmes qui ont été imaginées par les concepteurs des langages de haut niveau afin de résoudre les difficultés évoquées ci-dessus. Nous allons commencer par décrire ici la définition de fonctions sous Python. Les objets et les classes seront examinés plus loin.

Nous avons déjà rencontré diverses fonctions pré-programmées. Voyons à présent comment en définir nous-mêmes de nouvelles.

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8

Utilisation de fenêtres et de graphismes

Jusqu’à présent, nous avons utilisé Python exclusivement « en mode texte ». Nous avons procédé ainsi parce qu’il nous fallait absolument d’abord dégager un certain nombre de concepts élémentaires ainsi que la structure de base du langage, avant d’envisager des expériences impliquant des objets informatiques plus élaborés fenêtres, images, sons, etc.). Nous pouvons maintenant nous permettre une petite incursion dans le vaste domaine des interfaces graphiques, mais ce ne sera qu’un premier amuse-gueule : il nous reste en effet encore bien des choses fondamentales à apprendre, et pour nombre d’entre elles l’approche textuelle reste la plus abordable.

Interfaces graphiques (GUI)

Si vous ne le saviez pas encore, apprenez dès à présent que le domaine des interfaces graphiques (ou GUI, Graphical User Interfaces) est extrêmement complexe. Chaque système d’exploitation peut en effet proposer plusieurs « bibliothèques » de fonctions graphiques de base, auxquelles viennent fréquemment s’ajouter de nombreux compléments, plus ou moins spécifiques de langages de programmation particuliers. Tous ces composants sont généralement présentés comme des classes d’objets, dont il vous faudra étudier les attributs et les méthodes.

Avec Python, la bibliothèque graphique la plus utilisée jusqu’à présent est la bibliothèque tkinter, qui est une adaptation de la bibliothèque Tk développée à l’origine pour le langage Tcl. Plusieurs autres bibliothèques graphiques fort intéressantes ont été proposées pour Python : wxPython, pyQT, pyGTK, etc. Il existe également des possibilités d’utiliser les bibliothèques de widgets Java et les MFC de Windows.

Dans le cadre de ces notes, nous nous limiterons cependant à tkinter, dont il existe fort heureusement des versions similaires (et gratuites) pour les plates-formes Linux, Windows et Mac OS.

Premiers pas avec tkinter

Pour la suite des explications, nous supposerons bien évidemment que le module tkinter¹ a déjà été installé sur votre système. Pour pouvoir en utiliser les fonctionnalités dans un script Python, il faut que l’une des premières lignes de ce script contienne l’instruction d’importation :

from tkinter import *

Comme toujours sous Python, il n’est même pas nécessaire d’écrire un script. Vous pouvez faire un grand nombre d’expériences directement à la ligne de commande, en ayant simplement lancé Python en mode interactif.

Dans l’exemple qui suit, nous allons créer une fenêtre très simple, et y ajouter deux widget² typiques : un bout de texte (ou label) et un bouton (ou button).

>>> from tkinter import *

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9

Manipuler des fichiers

Jusqu’à présent, les programmes que nous avons réalisés ne traitaient qu’un très petit nombre de données. Nous pouvions donc à chaque fois inclure ces données dans le corps du programme lui-même (par exemple dans une liste). Cette façon de procéder devient cependant tout à fait inadéquate lorsque l’on souhaite traiter une quantité d’informations plus importante.

Utilité des fichiers

Imaginons par exemple que nous voulions écrire un petit programme exerciseur qui fasse apparaître à l’écran des questions à choix multiple, avec traitement automatique des réponses de l’utilisateur. Comment allons-nous mémoriser le texte des questions elles-mêmes ?

L’idée la plus simple consiste à placer chacun de ces textes dans une variable, en début de programme, avec des instructions d’affectation du genre :

a = "Quelle est la capitale du Guatemala ?"

b = "Qui à succédé à Henri IV ?"

c = "Combien font 26 x 43 ?"

… etc.

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