Apprendre Python3

a couverture Choisie délibérément hors propos, l’illustration de couverture est la reproduction d’une œuvre à l’huile réalisée par l’auteur d’après une gravure de J.J. Baujean. Elle met en scène un petit sloop de cabotage de la fin du 18 e siècle. Ces bâtiments de 60 à 80 tonneaux possédaient une grande voile de fortune, utilisée par vent arrière comme on le voit ici, ainsi qu’un hunier pour les plus grands d’entre eux.

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.

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 puristes, mais nous l’avons voulue ainsi parce que nous sommes convaincus qu’il existe de nombreuses manières d’apprendre (pas seulement la programmation, d’ailleurs), et qu’il faut accepter d’emblée ce fait établi que des individus différents n’assimilent pas les mêmes concepts dans le même ordre. Nous avons donc cherché avant tout à susciter l’intérêt et à ouvrir un maximum de portes, en nous efforçant tout de même de respecter les principes directeurs suivants :

• L’apprentissage que nous visons se veut généraliste : nous souhaitons mettre en évidence les invariants de la programmation et de l’informatique, sans nous laisser entraîner vers une spécialisation quelconque, ni supposer que le lecteur dispose de capacités intellectuelles hors du commun. • Les outils utilisés au cours de l’apprentissage doivent être modernes et performants, mais il faut aussi que le lecteur puisse se les procurer en toute légalité à très bas prix pour son usage personnel. Notre texte s’adresse en effet en priorité à des étudiants, et toute notre démarche d’apprentissage vise à leur donner la possibilité de mettre en chantier le plus tôt possible des réalisations personnelles qu’ils pourront développer et exploiter à leur guise. • Nous aborderons très tôt la programmation d’une interface graphique, avant même d’avoir présenté l’ensemble des structures de données disponibles, parce que cette programmation présente des défis qui apparaissent concrètement aux yeux d’un programmeur débutant. Nous ob-

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servons par ailleurs que les jeunes qui arrivent aujourd’hui dans nos classes « baignent » déjà dans une culture informatique à base de fenêtres et autres objets graphiques interactifs. S’ils choisissent d’apprendre la programmation, ils sont forcément impatients de créer par eux-mêmes des applications (peut-être très simples) où l’aspect graphique est déjà bien présent. Nous avons donc choisi cette approche un peu inhabituelle afin de permettre au lecteur de se lancer très tôt dans de petits projets personnels attrayants, par lesquels il puisse se sentir valorisé. En revanche, nous laisserons délibérément de côté les environnements de programmation sophistiqués qui écrivent automatiquement de nombreuses lignes de code, parce que nous ne voulons pas non plus masquer la complexité sous-jacente. Certains nous reprocheront que notre démarche n’est pas suffisamment centrée sur l’algorithmique pure et dure. Nous pensons que celle-ci est moins primordiale que par le passé. Il semble en effet que l’apprentissage de la programmation moderne par objets nécessite plutôt une mise en contact aussi précoce que possible de l’apprenant avec des objets et des bibliothèques de classes préexistants. Ainsi, il apprend très tôt à raisonner en termes d’interactions entre objets, plutôt qu’en termes de construction de procédures, et cela l’autorise assez vite à tirer profit de concepts avancés, tels que l’instanciation, l’héritage et le polymorphisme.

Nous avons par ailleurs accordé une place assez importante à la manipulation de différents types de structures de données, car nous estimons que c’est la réflexion sur les données qui doit rester la colonne vertébrale de tout développement logiciel.

Choix d’un premier langage de programmation

Il existe un très grand nombre de langages de programmation, chacun avec ses avantages et ses inconvénients. Il faut bien en choisir un. Lorsque nous avons commencé à réfléchir à cette question, durant notre préparation d’un curriculum pour la nouvelle option Sciences & Informatique, nous avions personnellement accumulé une assez longue expérience de la programmation sous Visual Basic (Microsoft) et sous Clarion (Topspeed). Nous avions également expérimenté quelque peu sous Delphi (Borland). Il était donc naturel que nous pensions d’abord exploiter l’un ou l’autre de ces langages. Si nous souhaitions les utiliser comme outils de base pour un apprentissage général de la programmation, ces langages présentaient toutefois deux gros inconvénients :

• Ils sont liés à des environnements de programmation (c’est-à-dire des logiciels) propriétaires. Cela signifiait donc, non seulement que l’institution scolaire désireuse de les utiliser devrait acheter une licence de ces logiciels pour chaque poste de travail (ce qui pouvait se révéler coûteux ), mais surtout que les élèves souhaitant utiliser leurs compétences de programmation ailleurs qu’à l’école seraient implicitement forcés d’acquérir eux aussi des licences, ce que nous ne pouvions pas accepter. Un autre grave inconvénient de ces produits propriétaires est qu’ils comportent de nombreuses « boîtes noires » dont on ne peut connaître le contenu. Leur documentation est donc incomplète, et leur évolution incertaine. • Ce sont des langages spécifiquement liés au seul système d’exploitation Windows. Ils ne sont pas « portables » sur d’autres systèmes (Unix, Mac OS, etc.). Cela ne cadrait pas avec notre projet pédagogique qui ambitionne d’inculquer une formation générale (et donc diversifiée) dans laquelle les invariants de l’informatique seraient autant que possible mis en évidence.

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Nous avons alors décidé d’examiner l’offre alternative, c’est-à-dire celle qui est proposée gratuitement dans la mouvance de l’informatique libre1. Ce que nous avons trouvé nous a enthousiasmés : non seulement il existe dans le monde de l’Open Source des interpréteurs et des compilateurs gratuits pour toute une série de langages, mais surtout ces langages sont modernes, performants, portables (c’est-à-dire utilisables sur différents systèmes d’exploitation tels que Windows, Linux, Mac OS ...), et fort bien documentés. Le langage dominant y est sans conteste C/C++. Ce langage s’impose comme une référence absolue, et tout informaticien sérieux doit s’y frotter tôt ou tard. Il est malheureusement très rébarbatif et compliqué, trop proche de la machine. Sa syntaxe est peu lisible et fort contraignante. La mise au point d’un gros logiciel écrit en C/C++ est longue et pénible. (Les mêmes remarques valent aussi dans une large mesure pour le langage Java.) D’autre part, la pratique moderne de ce langage fait abondamment appel à des générateurs d’applications et autres outils d’assistance très élaborés tels C++Builder, Kdevelop, etc. Ces environnements de programmation peuvent certainement se révéler très efficaces entre les mains de programmeurs expérimentés, mais ils proposent d’emblée beaucoup trop d’outils complexes, et ils présupposent de la part de l’utilisateur des connaissances qu’un débutant ne maîtrise évidemment pas encore. Ce seront donc aux yeux de celui-ci de véritables « usines à gaz » qui risquent de lui masquer les mécanismes de base du langage lui-même. Nous laisserons donc le C/C++ pour plus tard. Pour nos débuts dans l’étude de la programmation, il nous semble préférable d’utiliser un langage de plus haut niveau, moins contraignant, à la syntaxe plus lisible. Après avoir successivement examiné et expérimenté quelque peu les langages Perl et Tcl/Tk , nous avons finalement décidé d’adopter Python, langage très moderne à la popularité grandissante.