Chapitre 1: Variables & ES

1. Pourquoi des variables ?

1.1 Introduction

Considérons la phrase «nous allons stocker le prix du spectacle dans une variable a, qui vaudra donc au départ 32.»

Il y a plusieurs commentaires à faire sur une telle annonce :

• Dans le problème que l'on cherche à modéliser, le prix du spectacle est une donnée importante, qui va peut-être évoluer (ou pas !).
• Pour la manipuler plus simplement, on va la désigner par un nom, le nom de la variable (ici, le nom a est particulièrement mal choisi, voir D. Bonnes pratiques de nommage)
• Comme en mathématiques, le nom de cette variable va désigner une valeur qui peut changer (varier) au cours du temps (encore une fois : ou pas).
• Cette valeur est fixée au départ à 32. On dira en informatique qu'elle est initialisée à 32.
• Si cette valeur ne change pas, on dira qu'elle est constante. Cela peut paraître inutile de donner un nom à quelque chose qui ne change pas, mais cela est très utile de définir les constantes au début d'un programme.

1.2 On code !

La phrase précédente donnera donc lieu à la ligne Python suivante :

🐍 Console Python

>>> a = 32

Attention

Le symbole = ici utilisé n'a rien à voir avec le symbole = utilisé en mathématique. On dit qu'on a affecté à a la valeur 32, et il faut se représenter mentalement cette action par l'écriture a ← 32.

Comparaison de la syntaxe dans différents langages

PythonCJavascriptelisp

🐍 Script Python

a = 32

C

int a = 32;

JavaScript

var a = 32;

EmacsLisp

(setq a 32)

Une fois la valeur 32 stockée dans la variable a, on peut alors utiliser cette variable :

🐍 Console Python

>>> a
32
>>> a + 5
37
>>> b
Traceback (most recent call last):
  File "<pyshell>", line 1, in <module>
NameError: name 'b' is not defined

Remarquez bien l'erreur lorsqu'on a fait appel à une variable b qui n'avait jamais été définie, comme le dit explicitement le message NameError: name 'b' is not defined

2. Le fonctionnement interne

2.1 Explication simplifiée

En première intention, il est possible d'expliquer le fonctionnement interne de l'affectation des variables par la métaphore des tiroirs :

Écrire l'instruction :

🐍 Console Python

>>> a = 2

va provoquer chez l'ordinateur le comportement suivant :

• Est-ce que je possède déjà un tiroir appelé a ?
  • si oui, je me positionne devant.
  • si non, je crée un tiroir appelé a.
  • J'ouvre le tiroir et j'y dépose la valeur numérique 2. Si le tiroir contenait déjà une valeur, celle-ci disparaît (on dit qu'elle est écrasée).

Cette explication est suffisante pour aborder la notion de variable : c'est un mot (ou une lettre) qui va désigner une valeur.

Partie difficile (optionnelle)

La métaphore du tiroir est malheureusement un peu trop simplificatrice.

2.2 Une réalité bien plus complexe...

2.2.1 La commande id() : l'adresse du tiroir ?

Python possède une fonction qui renvoie l'adresse mémoire de la variable donnée en argument.

🐍 Console Python

>>> b = 7
>>> id(b)
9788800

Faites le test avec votre propre IDE Python (vous n'obtiendrez pas forcément la même valeur d'adresse mémoire)

2.2.2 Cela se complique2

Sans refermer notre IDE, écrasons la valeur de b avec une nouvelle valeur :

🐍 Console Python

>>> b = 12

et redemandons l'adresse de b :

🐍 Console Python

>>> id(b)
9788960

Très mauvaise nouvelle : l'adresse de la variable b a changé. Ceci invalide notre métaphore du «tiroir», une place unique qui serait réservée pour y stocker les valeurs successives d'une variable.

La modification de la valeur de b ne s'est pas faite «en place», la variable b s'est déplacée : que s'est-il donc passé ?

2.2.3 Tentative d'explication

L'affectation

🐍 Console Python

>>> b = 9

ne provoque pas la réservation définitive d'un espace-mémoire pour la variable b, mais la création d'un lien vers un espace-mémoire qui contient la valeur 9. Ce lien consiste en l'adresse-mémoire de cette valeur 9.

Cette adresse-mémoire vaut (sur ma configuration personnelle) 9788864.

🐍 Console Python

>>> id(b)
9788864

Comme le présente le ruban ci-dessus, Python pré-positionne les entiers (de -5 à 256) sur des petites adresses-mémoires, car il considère que ces entiers servent souvent, et doivent donc être rapidement accessibles.

Si on créé une nouvelle variable tokyo aussi égale à 9, elle va aussi pointer vers la même adresse-mémoire :

🐍 Console Python

>>> tokyo = 9
>>> id(tokyo)
9788864

Les variables tokyo et b renvoient vers la même adresse-mémoire.

Affectons maintenant à tokyo la valeur 2020 et observons son adresse-mémoire :

🐍 Console Python

>>> tokyo = 2020
>>> id(tokyo)
139762979309936

L'adresse-mémoire est (bien) plus grande : elle a été choisie sur le moment par Python pour y stocker 2020 (car 2020 > 256).

De manière plus surprenante, si on créé une nouvelle variable jo qui vaut aussi 2020, Python va ouvrir une autre adresse-mémoire pour y stocker 2020, alors qu'il l'a déjà stockée ailleurs :

🐍 Console Python

>>> jo = 2020
>>> id(jo)
139762979310064

En résumé, une variable n'est pas le nom d'un tiroir mais plutôt le nom d'une flèche qui pointe vers un espace-mémoire de l'ordinateur. - La flèche peut pointer vers un nouvel espace-mémoire sans que le nom de la variable change. - Deux variables peuvent pointer vers le même espace-mémoire.

2.3 Deux étapes : évaluation, affectation

Observons l'instruction

🐍 Console Python

>>> a = 2 + 3

2.3.1 Étape 1 : l'évaluation

Python va prendre la partie à droite du signe égal et va l'évaluer, ce qui signifie qu'il va essayer de lui donner une valeur. Dans nos exemples, cette valeur sera numérique, mais elle peut être d'un autre type (voir plus loin)

Ici, Python effectue le calcul 2 + 3 et l'évalue à la valeur 5.

2.3.2 Étape 2 : l'affectation

Une fois évaluée l'expression à droite du signe =, il ne reste plus qu'à l'affecter à la variable (déjà existante ou pas) située à gauche du signe =.

Comme expliqué précédemment, un «lien» est fait entre le nom de la variable et l'adresse-mémoire qui contient la valeur évaluée. a sera donc lié à la valeur 5. Plus simplement, on dira que «a vaut 5»

2.3.2 L'incrémentation d'une variable.

«Incrémenter» une variable signifie l'augmenter.

Imaginons une variable appelée compteur. Au démarrage de notre programme, elle est initialisée à la valeur 0.

🐍 Console Python

>>> compteur = 0

Considérons qu'à un moment du programme, cette variable doit être modifiée, par exemple en lui ajoutant 1.

En Python, cela s'écrira :

🐍 Console Python

>>> compteur = compteur + 1

Observée avec des yeux de mathématicien, la précédente instruction est une horreur.

Vue avec des yeux d'informaticien, voilà comment est interprétée la commande

🐍 Console Python

>>> compteur = compteur + 1

1. On évalue la partie droite de l'égalité, donc l'expression compteur + 1.
2. On va donc chercher le contenu de la variable compteur. Si celle-ci n'existe pas, un message d'erreur est renvoyé.
3. On additionne 1 au contenu de la variable compteur.
4. On écrase le contenu actuel de la variable compteur avec la valeur obtenue au 3.

À la fin de ces opérations, la variable compteur a bien augmenté de 1.

Cette procédure d'incrémentation est très très classique, il faut la maîtriser parfaitement !

Syntaxe classique et syntaxe Pythonesque

Syntaxe «classique»Syntaxe «Pythonesque»

L'incrémentation d'une variable compteur s'écrira donc en Python :

🐍 Console Python

>>> compteur = compteur + 1

Mais il existe aussi une syntaxe particulière, un peu plus courte :

🐍 Console Python

>>> compteur += 1

Cette syntaxe peut se ranger dans la catégorie des sucres syntaxiques : c'est bien de la connaître, c'est amusant de s'en servir, mais son utilisation n'est en rien obligatoire.

Exercice 1

ÉnoncéCorrection

Écrire le code «classique» et le code «Pythonesque» pour l'instruction suivante :

On initialise une variable score à 100 et on l'augmente de 15.

🐍 Console Python

>>> score = 100
>>> score = score + 15

ou bien

🐍 Console Python

>>> score = 100
>>> score += 15

Exercice 2

ÉnoncéCorrection

Écrire le code «classique» et le code «Pythonesque» pour l'instruction suivante :

On initialise une variable cellule à 1 et on la multiplie par 2.

🐍 Console Python

>>> cellule = 1
>>> cellule = cellule * 2

ou bien

🐍 Console Python

>>> cellule = 1
>>> cellule *= 2

Exercice 3

ÉnoncéCorrection

Écrire le code «classique» et le code «Pythonesque» pour l'instruction suivante.

On initialise une variable capital à 1000 et on lui enlève 5%.

🐍 Console Python

>>> capital = 1000
>>> capital = capital - capital * 5/100

ou bien

🐍 Console Python

>>> capital = 1000
>>> capital *= 0.95

2.3.3 L'échange de variables

Après l'incrémentation, une autre technique de base reviendra fréquemment dans nos codes : l'échange de variables.

Imaginons les variables suivantes :

🐍 Console Python

>>> a = 3
>>> b = 5

Le but est d'échanger les valeurs de a et de b.

▸ Méthode naïve

🐍 Console Python

>>> a = b
>>> b = a

Que valent a et b maintenant ?

Malheureusement :

🐍 Console Python

>>> a
5
>>> b
5
>

La variable a a été écrasée dès qu'on lui a donné la valeur de la variable b.

Comment la préserver ?

La situation est similaire au problème suivant : comment échanger le contenu de ces deux verres ?

La méthode est évidente : il nous faut un troisième verre.

Nous allons faire de même pour nos variables. Nous allons utiliser une variable temporaire (on parle aussi de variable tampon) pour conserver la mémoire de la valeur de a (par exemple) avant que celle-ci ne se fasse écraser :

🐍 Console Python

>>> a = 3
>>> b = 5
>>> temp = a
>>> a = b
>>> b = temp

Vous pouvez vérifier maintenant que les valeurs de a et de b ont bien été échangées.

Syntaxe classique et syntaxe Pythonesque

L'échange de deux variables a et de b s'écrit donc :

🐍 Console Python

>>> temp = a
>>> a = b
>>> b = temp

Mais il existe aussi une syntaxe particulière à Python, bien plus courte :

🐍 Console Python

>>> a, b = b, a

C'est de nouveau un sucre syntaxique. Cette syntaxe nous dispense de créer nous-même une troisième variable. Mais pas de miracle : en interne, Python crée lui-même cette variable temporaire. La simultanéité n'existe pas en informatique.

Exercice 4

ÉnoncéCorrection

Une petite erreur s'est glissée à Poudlard :

🐍 Console Python

>>> maisonHarry = "Serpentard"
>>> maisonMalfoy =  "Gryffondor"

Corriger cette erreur, de deux manières différentes.

🐍 Console Python

>>> t = maisonHarry
>>> maisonHarry = maisonMalfoy
>>> maisonMalfoy = t

ou plus rapidement :

🐍 Console Python

>>> maisonHarry, maisonMalfoy = maisonMalfoy, maisonHarry

3. Différents types de variables

Pour l'instant, les variables que nous avons manipulées contiennent toutes des nombres entiers.

Sauf les maisons de Poudlard, qui sont des mots chaînes de caractères.

Pour différencier la nature de ce que peut contenir une variable, on parle alors de type de variable.

3.1 Types de base

En voici quelques uns, que nous découvrirons au fil de l'année :

Types de base

Voici les types Python les plus fréquemment utilisés cette année:

Type Python	Traduction	Exemple
int	entier	42
float	flottant (décimal)	3.1416
str	chaîne de caractères (string)	"NSI"
bool	booléen (True ou False)	True
tuple	p-uplet	(255, 127, 0)
list	liste	[0, 1, 2, 3, 4, 5]
dict	dictionnaire	{'Homer':43, 'Marge':41, 'Bart':12, 'Lisa':10, 'Maggie':4}
function	fonction	print

Comment connaître le type d'une variable ? Il suffit dans la console d'utiliser la fonction type.

🐍 Console Python

>>> a = 1
>>> type(a)
<class 'int'>

3.2 Typage dynamique

Jusqu'à présent, nous ne nous sommes pas occupés de préciser à Python le type de notre variable.

🐍 Console Python

a = 3

Mais dans certains langages, c'est obligatoire. En C par exemple, il faut écrire :

C

int a = 3;

Cela signifie (pour le langage C) que notre variable a n'aura pas le droit de contenir autre chose qu'un nombre entier.

Si on écrit ensuite

C

a = "test";

Le compilateur C renverra une erreur : on ne peut pas stocker une chaîne de caractères dans une variable qu'on a créée comme étant de type entier.

Et en Python ?

🐍 Console Python

>>> a = 3
>>> type(a)
<class 'int'>
>>> a = "test"
>>> type(a)
<class 'str'>

Python a changé tout seul le type de notre variable, sans intervention. On parle de typage dynamique.

4. Bonnes pratiques de nommage

4.1 Ce qui est autorisé et ce qui ne l'est pas

Pour nommer correctement une variable, il existe des règles à respecter.

Les règles

• le nom de la variable peut contenir les caractères suivants :

  • des lettres non accentuées (attention, minuscule et majuscule sont des caractères différents)
  • des chiffres (mais pas comme premier caractère)
  • le tiret du bas _ (underscore, tiret du 8)

• le nom de la variable ne doit pas commencer par un chiffre

• le nom de la variable ne doit pas contenir d'espace
• le nom de la variable ne doit pas être un mot-clé du langage.

Liste des mots-clés réservés par Python

and	as	assert	break	class	continue	def	del
elif	else	except	False	finally	for	from	global
if	import	in	is	lambda	None	not	or
pass	raise	return	True	try	while	with	yield

4.2 Du sens, du sens, du sens

Hormis pour les indices (de boucles, de tableaux...) un nom de variable (dans un programme destiné à être lu, par vous ou quelqu'un d'autre) doit impérativement avoir du sens :

🐍 Script Python

# PAS BIEN
if d == 1:
    cep += vm

# BIEN
if date == 1:
    compte_epargne += versement_mensuel

Règle d'or

On ne donne jamais un nom de variable au hasard, on le choisit pour qu'il soit explicite.

Oui mais pour donner du sens, il faut souvent plusieurs mots... La longueur du nom de la variable («c'est trop long à taper») n'est plus un problème depuis que la grande majorité des IDE propose la complétion automatique.
Mais comment former ces longs mots ?

4.3 Syntaxe des noms à rallonge

Comment accoler des mots

• S'il est composé, le nom peut être de la forme:
  • snake_case : les mots sont séparés par des underscores.
  • camelCase : les mots sont séparés par des majuscules mais la 1ère lettre est minuscule. Conseillé en Javascript.
  • PascalCase : les mots sont séparés par des majuscules et la 1ère lettre est majuscule. Conseillé en 3.
  • kebab-case : les mots sont séparés par des tirets courts. Conseillé en HTML - CSS.

Sans surprise, en Python, nous utiliserons donc le snake_case:

• je_suis_une_variable
• je_suis_une_fonction
• je_suis_une_methode
• JE_SUIS_UNE_CONSTANTE.

5. Entrées/Sorties

Les processus d'entrée et de sortie permettent l'échange d'information entre d'une part la machine et le programme qui tourne dessus, et d'autre part le monde extérieur, au sens large : utilisateur, fichiers, périphériques. Le point de vue adopté est celui de la machine : on parle d'entrée quand l'information circule de l'extérieur vers la machine (exemple : l'utilisateur saisit un mot à l'aide du clavier) et de sortie quand elle circule dans l'autre sens.

Dans un premier temps nous nous limiterons aux échanges d'information entre le programme et l'utilisateur via la console d'entrée/sortie de l'environnement de développement intégré.

5.1 Sortie

L'instruction print() permet d'afficher un résultat sur la console. Les parenthèses peuvent contenir une valeur (nombre ou texte), un nom de variable,une opération.... ou plusieurs de ces éléments, séparés par des virgules (ils apparaîtront alors les uns à la suite des autres, séparés par des espaces).

Exemple :

🐍 Script Python

print("Bonjour tout le monde ! ")
print(4*3)
v = 50
print("la valeur de la variable v est",v)

5.2 Entrée

L'instruction input() permet de récupérer une valeur écrite par l'utilisateur sur la console. Les parenthèses peuvent contenir un message pour l'utilisateur (message facultatif mais fortement conseillé!).

Lors de l'exécution de la commande input , le message pour l'utilisateur est affiché dans la console et le programme s'arrête jusqu'à ce que l'utilisateur ait donné sa réponse dans la console, en la validant à l'aide de la touche Entrée.

Exemple à tester :

🐍 Script Python

reponse = input("Quel jour sommes-nous? ")
print("Nous sommes",reponse)

Exercice 5

Écrire un programme qui demande son prénom à l'utilisateur puis qui affiche sur la console "J'adore ton prénom" suivi du prénom donné par l'utilisateur.

• Attention, la valeur renvoyée par input est toujours de type chaîne de caractère (str) même si l'utilisateur a écrit un nombre dans la console.
• Si on souhaite obtenir une valeur numérique de l'utilisateur, il faudra convertir le résultat de input en utilisant soit float() pour obtenir un nombre en virgule flottante, ou int() pour obtenir un entier.

Exemple:

🐍 Script Python

    reponse = input("Écrire une valeur numérique :")
    valeur = float(reponse)                            # (1)
    print("reponse:", reponse," valeur:", valeur)      # (2)
    print("type de reponse:", type(reponse))           # (3)
    print("type de valeur:", type(valeur))             # (4)

1. Convertit la variable reponseen un nombre à virgule et l'affecte à la variable valeur
2. reponse et valeur s'affichent de la même façon
3. Mais reponseest une chaîne de caractères (str)
4. Tandis que valeur est un nombre à virgule (float)

• Il est possible, et même recommandé, d'enchaîner les instructions. On évite ainsi la création d'une variable intermédiaire de type str, souvent inutile.

Exemple:

🐍 Script Python

valeur = float(input("Ecrire une valeur numérique :")) # (1)

1. Pour obtenir une valeur numérique de type float