Introduction à La Programmation Objet En Python

Introduction à la programmation objet en PythonIntroduction à la programmation objet en PythonXavier Crégut Prénom.Nom@enseeiht.fr ENSEEIHTSciences du NumériqueXavier Crégut (N7)Introduction à la programmation objet en Python1 / 52

Objectifs et structure de ce supportObjectifs de ce support :une introduction à la programmation objeten l’illustrant avec le langage Pythonet le diagramme de classe de la notation UML (Unified Modelling Language)Principaux éléments :Exemple introductif : passage de l’impératif à une approche objetEncapsulation : classe, objets, attributs, méthodes, etc.Relations entre classesRelations d’utilisationRelation d’héritageQuelques éléments spécifiques à PythonIntrospectionMéthodes spéciales et redéfinitions des opérateursMétaclassesDes éléments méthodologiques

Introduction à la programmation objet en PythonExemple introductifSommaire1Exemple introductif2Classes et objets3Relations entre classes4Méthodes spécialesXavier Crégut (N7)Les robotsIntroduction à la programmation objet en Python3 / 52

Introduction à la programmation objet en PythonExemple introductifLes robotsModéliser un robotExercice 1 Modéliser un robot capable d’avancer d’une case et de pivoter de 90 vers ladroite. On pourra alors le guider de la salle de cours (position initiale du robot) jusqu’ausecrétariat.SecrétariatRobotXavier Crégut (N7)Introduction à la programmation objet en Python4 / 52

Introduction à la programmation objet en PythonExemple introductifLes robotsTypes et sous-programmes associés (pseudo-code)1. On sait définir un type Robot :2. On sait modéliser ses opérations :RobotType1 Enregistrementx: Entier;-- abscissey: Entier;-- ordonnéedirection: DirectionFinEnregistrementProcédure avancer(r: in out RobotType1)-- faire avancer le robot rDébut.FinDirection (NORD, EST, SUD, OUEST)3. On sait utiliser des robots :Variabler1, r2: RobotType1;Débutinitialiser(r1, 4, 10, EST)initialiser(r2, 15, 7, SUD)avancer(r1)pivoter(r2)FinXavier Crégut (N7)Procédure pivoter(r: in out RobotType1)-- faire pivoter le robot r-- de 90 à droiteDébut.FinProcédure initialiser(r: out RobotType1x, y: in Entier, d: in Direction)-- initialiser le robot r.Débutr.x - xr.y - yr.direction - dFinIntroduction à la programmation objet en Python5 / 52

Module Robot en Python (fichier robot dict.py)1234567""" Modèle très limité de robot qui ne sait qu’avancer d’unecase et pivoter à droite de 90 . Il est repéré par son abscisse x,son ordonnée y et sa direction (un entier dans 0.3)."""directions (’nord’, ’est’, ’sud’, ’ouest’)# direction en clairdx (0, 1, 0, -1)# incrément sur X en fonction de la directiondy (1, 0, -1, 0)# incrément sur Y en fonction de la direction891011def robot(x, y, direction):""" Créer un nouveau robot. """return { ’x’: x, ’y’: y, ’direction’: directions.index(direction) }121314151617def avancer(r):""" Avancer le robot r d’une case dans la direction courante. """direction r[’direction’]r[’x’] dx[direction]r[’y’] dy[direction]18192021def pivoter(r):""" Pivoter de 90 à droite le robot r. """r[’direction’] (r[’direction’] 1) % 42223242526def afficher(r, *, prefix ’’):""" Afficher le robot r. """print(’{}Robot(x {}, y {}, direction {})’\.format(prefix, r[’x’], r[’y’], directions[r[’direction’]]))

Introduction à la programmation objet en PythonExemple introductifLes robotsCommentaires sur le module Robot en PythonPas de définition explicite du type Robotles données du robot sont stockées dans un dictionnaire (type dict), tableau associatifsyntaxe un peu lourde : r[’x’]les notions d’objet et de classe seront de meilleures solutionsRemarque : on pourrait utiliser le type namedtuple de collections (mais immuable).Type énuméré Direction représenté par un entier.Remarque : Python offre le module enum pour définir des types énumérés.dx et dy sont des tuples indicés par la direction du robotdonnent l’entier à ajouter à x ou y pour déplacer le robot en fonction de sa directionsimplification du code de translater, évite des if.directions permet d’obtenir le nom en clair de la directionutilisé à la créationutilisé à l’affichageles éléments qui commencent pas un souligné ( ) sont considérés comme locauxun utilisateur du module ne devrait pas les utiliserXavier Crégut (N7)Introduction à la programmation objet en Python7 / 52

Introduction à la programmation objet en PythonExemple introductifLes robotsUtilisation du module Robot en Python1from robot dict import *2345678910r1 robot(4, 10, ’est’)afficher(r1, prefix ’r1 r2 robot(15, 7, ’sud’)afficher(r2, prefix ’r2 pivoter(r1)afficher(r1, prefix ’r1 avancer(r2)afficher(r2, prefix ’r2 ’)’)’)’)Et le résultat :r1r2r1r2 Robot(x 4, y 10,Robot(x 15, y 7,Robot(x 4, y 10,Robot(x 15, y 6,Xavier Crégut (N7)direction est)direction sud)direction sud)direction sud)Introduction à la programmation objet en Python8 / 52

Introduction à la programmation objet en PythonExemple introductifLes robotsModule : Encapsulation des données (types) et traitements (SP)Principe : Un type (prédéfini ou utilisateur) n’a que peu d’intérêt s’il n’est pas équipéd’opérations !Justifications :éviter que chaque utilisateur du type réinvente les opérationsfavoriser la réutilisationModule : Construction syntaxique qui regroupe des types et les opérations associéesIntérêt des modules :structurer l’application à un niveau supplémentaire par rapport aux sous-programmes (conceptionglobale du modèle en V) ;factoriser/réutiliser le code (type et SP) entre applications ;améliorer la maintenance : une évolution dans l’implantation d’un module ne devrait pas avoird’impact sur les autres modules d’une application ;faciliter le test : le modules sont testés individuellement.Question : Pourquoi séparer données et traitements ?Approche objet : regrouper données et SP dans une entité appelée classeXavier Crégut (N7)Introduction à la programmation objet en Python9 / 52

Introduction à la programmation objet en PythonExemple introductifLes robotsVersion objet1. Modéliser les robots :Classe Données TraitementsRobotType1x : Entiery : Entierdirection : Directionavancerpivoterinitialiser(in x, y : int,in d : Direction)Notation UML :Nom de la structeurs(initialisation)Xavier Crégut (N7)2. Utiliser les robotsVariabler1, r2: RobotType1Débutr1.initialiser(4, 10, EST)r2.initialiser(15, 7, SUD)r1.pivoterr2.avancerFinr1 : RobotType1x 4y 10direction EST SUDavancerpivoterinitialiser(in x, y : int,in d : Direction)(objet r1)Introduction à la programmation objet en Pythonr2 : RobotType1x 15y 76direction SUDavancerpivoterinitialiser(in x, y : int,in d : Direction)(objet r2)10 / 52

Introduction à la programmation objet en PythonExemple introductifLes robotsClasses et objetsClasse : moule pour créer des données appelées objetsspécifie l’état et le comportement des objetséquivalent à un type équipé des opérations pour en manipuler les donnéesObjet : donnée créée à partir d’une classe (instance d’une classe)une identité : distinguer deux objets différentsr1 et r2 sont deux objets différents, instances de la même classe Roboten général, l’identité est l’adresse de l’objet en mémoireun état : informations propres à un objet, décrites par les attributs/champsexemple : l’abscisse, l’ordonnée et la direction d’un robotpropre à chaque objet : r1 et r2 ont un état différentun comportement : décrit les évolutions possibles de l’état d’un objet sous la formed’opérations (sous-programmes) qui lui sont appliquablesexemples : avancer, pivoter, etc.une opération manipule l’état de l’objetRemarque : On ne sait pas dans quel ordre les opérations seront appelées. mais il fautcommencer par initialiser l’objet : c’est le rôle du constructeur (initialiser).Xavier Crégut (N7)Introduction à la programmation objet en Python11 / 52

Introduction à la programmation objet en PythonExemple introductifLes robotsPremière version de la classe Robot en Python (robot.py)class Robot:""" Robot qui sait avancer d’une case et pivoter à droite de 90 .Il est repéré par son abscisse x, son ordonnée y et sa direction."""definit (self, x, y, direction):""" Initialiser le robot self à partir de sa position (x, y) et sa direction. """self.x xself.y yself.direction ’nord est sud ouest’.split().index(direction)def avancer(self):""" Avancer d’une case dans la direction.# mettre à jour self.xif self.direction 1: # estself.x 1elif self.direction 3: # ouestself.x - 1# mettre à jour self.yif self.direction 0: # nordself.y 1elif self.direction 2: # sudself.y - 1Xavier Crégut (N7)"""Introduction à la programmation objet en Python12 / 52

Introduction à la programmation objet en PythonExemple introductifLes robotsPremière version de la classe Robot en Python (robot.py) (2)def pivoter(self):""" Pivoter ce robot de 90 vers la droite.self.direction (self.direction 1) % 4"""def afficher(self, *, prefix ’’):print(prefix ’({}, {}) {}’.format(self.x, self.y, \’nord est sud ouest’.split()[self.direction]))1Expliquer les différents éléments qui apparaissent sur cette classe.2Expliquer comment a été modélisé le robot, en particulier que représente direction.3Indiquer les critiques que l’on peut faire sur ce code et comment l’améliorer.Xavier Crégut (N7)Introduction à la programmation objet en Python13 / 52

Introduction à la programmation objet en PythonExemple introductifLes robotsUtilisation de la classe Robot en Python (fichier exemple robot.py)1from robot import Robot234567891011121314r1 Robot(4, 10, ’est’)r1.afficher(prefix ’r1 ’)r2 Robot(15, 7, ’sud’)r2.afficher(prefix ’r2 ’)r1.pivoter()r1.afficher(prefix ’r1 ’)r2.avancer()r2.afficher(prefix ’r2 ’)Robot.pivoter(r2)# syntaxe "classique"Robot.afficher(r2, prefix ’r2 ’)print(’Robot.pivoter :’, Robot.pivoter)print(’r2.pivoter :’, r2.pivoter)Et le résultat :r1 (4, 10) estr2 (15, 7) sudr1 (4, 10) sudr2 (15, 6) sudr2 (15, 6) ouestRobot.pivoter : function Robot.pivoter at 0x7f0b128429d8 r2.pivoter : bound method Robot.pivoter of robot.Robot object at 0x7f0b12847748 Xavier Crégut (N7)Introduction à la programmation objet en Python14 / 52

Classe Robot en Python (fichier robot.py)12345678class Robot:""" Robot qui sait avancer d’une case et pivoter à droite de 90 .Il est repéré par son abscisse x, son ordonnée y et sa direction."""# des attributs de classedirections (’nord’, ’est’, ’sud’, ’ouest’)# direction en clairdx (0, 1, 0, -1)# incrément sur X en fonction de la directiondy (1, 0, -1, 0)# incrément sur Y en fonction de la direction91011121314def init (self, x, y, direction):""" Initialiser le robot self à partir de sa position (x, y) et sa direction. """self.x xself.y yself.direction Robot. directions.index(direction)1516171819def avancer(self):""" Avancer d’une case dans la direction.self.x Robot. dx[self.direction]self.y Robot. dy[self.direction]"""20212223def pivoter(self):""" Pivoter ce robot de 90 vers la droite.self.direction (self.direction 1) % 4"""242526def afficher(self, *, prefix ’’):print(prefix, self, sep ’’)272829def str (self):return ’({}, {}) {}’.format(self.x, self.y, Robot. directions[self.direction])