9. Classes

Les classes sont un moyen de réunir des données et des fonctionnalités. Créer une nouvelle classe crée un nouveau type d'objet et ainsi de nouvelles instances de ce type peuvent être construites. Chaque instance peut avoir ses propres attributs, ce qui définit son état. Une instance peut aussi avoir des méthodes (définies par la classe de l'instance) pour modifier son état.

La notion de classes en Python s'inscrit dans le langage avec un minimum de syntaxe et de sémantique nouvelles. C'est un mélange des mécanismes rencontrés dans C++ et Modula-3. Les classes fournissent toutes les fonctionnalités standards de la programmation orientée objet : l'héritage de classes autorise les héritages multiples, une classe dérivée peut surcharger les méthodes de sa ou ses classes de base et une méthode peut appeler la méthode d'une classe de base qui possède le même nom. Les objets peuvent contenir n'importe quel nombre ou type de données. De la même manière que les modules, les classes participent à la nature dynamique de Python : elles sont créées pendant l'exécution et peuvent être modifiées après leur création.

Dans la terminologie C++, les membres des classes (y compris les données) sont publics (sauf exception, voir Variables privées) et toutes les fonctions membres sont virtuelles. Comme avec Modula-3, il n'y a aucune façon d'accéder aux membres d'un objet à partir de ses méthodes : une méthode est déclarée avec un premier argument explicite représentant l'objet et cet argument est transmis de manière implicite lors de l'appel. Comme avec Smalltalk, les classes elles-mêmes sont des objets. Il existe ainsi une sémantique pour les importer et les renommer. Au contraire de C++ et Modula-3, les types natifs peuvent être utilisés comme classes de base pour être étendus par l'utilisateur. Enfin, comme en C++, la plupart des opérateurs natifs avec une syntaxe spéciale (opérateurs arithmétiques, indiçage, etc.) peuvent être redéfinis pour les instances de classes.

En l'absence d'une terminologie communément admise pour parler des classes, nous utilisons parfois des termes de Smalltalk et C++. Nous voulions utiliser les termes de Modula-3 puisque sa sémantique orientée objet est plus proche de celle de Python que C++, mais il est probable que seul un petit nombre de lecteurs les connaissent.

9.1. Objets et noms : préambule

Les objets possèdent une existence propre et plusieurs noms peuvent être utilisés (dans divers contextes) pour faire référence à un même objet. Ce concept est connu sous le nom d'alias dans d'autres langages. Il n'apparaît pas au premier coup d'œil en Python et il peut être ignoré tant qu'on travaille avec des types de base immuables (nombres, chaînes, tuples). Cependant, les alias peuvent produire des effets surprenants sur la sémantique d'un code Python mettant en jeu des objets muables comme les listes, les dictionnaires et la plupart des autres types. En général, leur utilisation est bénéfique au programme car les alias se comportent, d'un certain point de vue, comme des pointeurs. Par exemple, transmettre un objet n'a aucun coût car c'est simplement un pointeur qui est transmis par l'implémentation ; et si une fonction modifie un objet passé en argument, le code à l'origine de l'appel voit le changement. Ceci élimine le besoin d'avoir deux mécanismes de transmission d'arguments comme en Pascal.

9.2. Portées et espaces de nommage en Python

Avant de présenter les classes, nous devons aborder la notion de portée en Python. Les définitions de classes font d'habiles manipulations avec les espaces de nommage, vous devez donc savoir comment les portées et les espaces de nommage fonctionnent. Soit dit en passant, la connaissance de ce sujet est aussi utile aux développeurs Python expérimentés.

Commençons par quelques définitions.

Un espace de nommage est une table de correspondance entre des noms et des objets. La plupart des espaces de nommage sont actuellement implémentés sous forme de dictionnaires Python, mais ceci n'est normalement pas visible (sauf pour les performances) et peut changer dans le futur. Comme exemples d'espaces de nommage, nous pouvons citer les primitives (fonctions comme abs() et les noms des exceptions de base) ; les noms globaux dans un module ; et les noms locaux lors d'un appel de fonction. D'une certaine manière, l'ensemble des attributs d'un objet forme lui-même un espace de nommage. L'important à retenir concernant les espaces de nommage est qu'il n'y a absolument aucun lien entre les noms de différents espaces de nommage ; par exemple, deux modules différents peuvent définir une fonction maximize sans qu'il n'y ait de confusion. Les utilisateurs des modules doivent préfixer le nom de la fonction avec celui du module.

À ce propos, nous utilisons le mot attribut pour tout nom suivant un point. Par exemple, dans l'expression z.real, real est un attribut de l'objet z. Rigoureusement parlant, les références à des noms dans des modules sont des références d'attributs : dans l'expression nommodule.nomfonction, nommodule est un objet module et nomfonction est un attribut de cet objet. Dans ces conditions, il existe une correspondance directe entre les attributs du module et les noms globaux définis dans le module : ils partagent le même espace de nommage 1 !

Les attributs peuvent être en lecture seule ou modifiables. S'ils sont modifiables, l'affectation à un attribut est possible. Les attributs de modules sont modifiables : vous pouvez écrire nommodule.la_reponse = 42. Les attributs modifiables peuvent aussi être effacés avec l'instruction del. Par exemple, del nommodule.la_reponse supprime l'attribut la_reponse de l'objet nommé nommodule.

Les espaces de nommage sont créés à différents moments et ont différentes durées de vie. L'espace de nommage contenant les primitives est créé au démarrage de l'interpréteur Python et n'est jamais effacé. L'espace de nommage globaux pour un module est créé lorsque la définition du module est lue. Habituellement, les espaces de nommage des modules durent aussi jusqu'à l'arrêt de l'interpréteur. Les instructions exécutées par la première invocation de l'interpréteur, qu'elles soient lues depuis un fichier de script ou de manière interactive, sont considérées comme faisant partie d'un module appelé __main__, de façon qu'elles possèdent leur propre espace de nommage (les primitives vivent elles-mêmes dans un module, appelé builtins).

L'espace des noms locaux d'une fonction est créé lors de son appel, puis effacé lorsqu'elle renvoie un résultat ou lève une exception non prise en charge (en fait, « oublié » serait une meilleure façon de décrire ce qui se passe réellement). Bien sûr, des invocations récursives ont chacune leur propre espace de nommage.

La portée est la zone textuelle d'un programme Python où un espace de nommage est directement accessible. « Directement accessible » signifie ici qu'une référence non qualifiée à un nom est cherchée dans l'espace de nommage.

Bien que les portées soient déterminées de manière statique, elles sont utilisées de manière dynamique. À n'importe quel moment de l'exécution, il y a au minimum trois portées imbriquées dont les espaces de nommage sont directement accessibles :

• la portée la plus au centre, celle qui est consultée en premier, contient les noms locaux ;

• les portées des fonctions englobantes, qui sont consultées en commençant avec la portée englobante la plus proche, contiennent des noms non-locaux mais aussi non-globaux ;

• l'avant-dernière portée contient les noms globaux du module courant ;

• la portée englobante, consultée en dernier, est l'espace de nommage contenant les primitives.

Si un nom est déclaré comme global, alors toutes les références et affectations vont directement dans la portée intermédiaire contenant les noms globaux du module. Pour pointer une variable qui se trouve en dehors de la portée la plus locale, vous pouvez utiliser l'instruction nonlocal. Si une telle variable n'est pas déclarée nonlocal, elle est en lecture seule (toute tentative de la modifier crée simplement une nouvelle variable dans la portée la plus locale, en laissant inchangée la variable du même nom dans sa portée d'origine).

Habituellement, la portée locale référence les noms locaux de la fonction courante. En dehors des fonctions, la portée locale référence le même espace de nommage que la portée globale : l'espace de nommage du module. Les définitions de classes créent un nouvel espace de nommage dans la portée locale.

Il est important de réaliser que les portées sont déterminées de manière textuelle : la portée globale d'une fonction définie dans un module est l'espace de nommage de ce module, quelle que soit la provenance de l'appel à la fonction. En revanche, la recherche réelle des noms est faite dynamiquement au moment de l'exécution. Cependant la définition du langage est en train d'évoluer vers une résolution statique des noms au moment de la « compilation », donc ne vous basez pas sur une résolution dynamique (en réalité, les variables locales sont déjà déterminées de manière statique) !

A special quirk of Python is that -- if no global or nonlocal statement is in effect -- assignments to names always go into the innermost scope. Assignments do not copy data --- they just bind names to objects. The same is true for deletions: the statement del x removes the binding of x from the namespace referenced by the local scope. In fact, all operations that introduce new names use the local scope: in particular, import statements and function definitions bind the module or function name in the local scope.

L'instruction global peut être utilisée pour indiquer que certaines variables existent dans la portée globale et doivent être reliées en local ; l'instruction nonlocal indique que certaines variables existent dans une portée supérieure et doivent être reliées en local.

9.2.1. Exemple de portées et d'espaces de nommage

Ceci est un exemple montrant comment utiliser les différentes portées et espaces de nommage, et comment global et nonlocal modifient l'affectation de variable :

def scope_test():
    def do_local():
        spam = "local spam"

    def do_nonlocal():
        nonlocal spam
        spam = "nonlocal spam"

    def do_global():
        global spam
        spam = "global spam"

    spam = "test spam"
    do_local()
    print("After local assignment:", spam)
    do_nonlocal()
    print("After nonlocal assignment:", spam)
    do_global()
    print("After global assignment:", spam)

scope_test()
print("In global scope:", spam)

Ce code donne le résultat suivant :

After local assignment: test spam
After nonlocal assignment: nonlocal spam
After global assignment: nonlocal spam
In global scope: global spam

Vous pouvez constater que l'affectation locale (qui est effectuée par défaut) n'a pas modifié la liaison de spam dans scope_test. L'affectation nonlocal a changé la liaison de spam dans scope_test et l'affectation global a changé la liaison au niveau du module.

Vous pouvez également voir qu'aucune liaison pour spam n'a été faite avant l'affectation global.

9.3. Une première approche des classes

Le concept de classe introduit un peu de syntaxe nouvelle, trois nouveaux types d'objets ainsi que quelques nouveaux éléments de sémantique.

9.3.1. Syntaxe de définition des classes

La forme la plus simple de définition d'une classe est la suivante :

class ClassName:
    <statement-1>
    .
    .
    .
    <statement-N>

Les définitions de classes, comme les définitions de fonctions (définitions def), doivent être exécutées avant d'avoir un effet. Vous pouvez tout à fait placer une définition de classe dans une branche d'une instruction conditionnelle if ou encore à l'intérieur d'une fonction.

Dans la pratique, les déclarations dans une définition de classe sont généralement des définitions de fonctions mais d'autres déclarations sont permises et parfois utiles (nous revenons sur ce point plus tard). Les définitions de fonction à l'intérieur d'une classe ont normalement une forme particulière de liste d'arguments, dictée par les conventions d'appel aux méthodes (à nouveau, tout ceci est expliqué plus loin).

Quand une classe est définie, un nouvel espace de nommage est créé et utilisé comme portée locale --- Ainsi, toutes les affectations de variables locales entrent dans ce nouvel espace de nommage. En particulier, les définitions de fonctions y lient le nom de la nouvelle fonction.

À la fin de la définition d'une classe, un objet classe est créé. C'est, pour simplifier, une encapsulation du contenu de l'espace de nommage créé par la définition de classe. Nous revoyons les objets classes dans la prochaine section. La portée locale initiale (celle qui prévaut avant le début de la définition de la classe) est ré-instanciée et l'objet de classe est lié ici au nom de classe donné dans l'en-tête de définition de classe (ClassName dans l'exemple).

9.3.2. Objets classes

Les objets classes prennent en charge deux types d'opérations : des références à des attributs et l'instanciation.

Les références d'attributs utilisent la syntaxe standard utilisée pour toutes les références d'attributs en Python : obj.nom. Les noms d'attribut valides sont tous les noms qui se trouvaient dans l'espace de nommage de la classe quand l'objet classe a été créé. Donc, si la définition de classe est de cette forme :

class MyClass:
    """A simple example class"""
    i = 12345

    def f(self):
        return 'hello world'

alors MyClass.i et MyClass.f sont des références valides à des attributs, renvoyant respectivement un entier et un objet fonction. Les attributs de classes peuvent également être affectés, de sorte que vous pouvez modifier la valeur de MyClass.i par affectation. __doc__ est aussi un attribut valide, renvoyant la docstring appartenant à la classe : "A simple example class".

L'instanciation de classes utilise la notation des fonctions. Considérez simplement que l'objet classe est une fonction sans paramètre qui renvoie une nouvelle instance de la classe. Par exemple (en considérant la classe définie ci-dessus) :

x = MyClass()

crée une nouvelle instance de la classe et affecte cet objet à la variable locale x.

L'opération d'instanciation (en "appelant" un objet classe) crée un objet vide. De nombreuses classes aiment créer des instances personnalisées correspondant à un état initial spécifique. À cet effet, une classe peut définir une méthode spéciale nommée __init__(), comme ceci :

def __init__(self):
    self.data = []

Quand une classe définit une méthode __init__(), l'instanciation de la classe appelle automatiquement __init__() pour la nouvelle instance de la classe. Donc, dans cet exemple, l'initialisation d'une nouvelle instance peut être obtenue par :

x = MyClass()

Bien sûr, la méthode __init__() peut avoir des arguments pour une plus grande flexibilité. Dans ce cas, les arguments donnés à l'opérateur d'instanciation de classe sont transmis à __init__(). Par exemple

>>> class Complex:
...     def __init__(self, realpart, imagpart):
...         self.r = realpart
...         self.i = imagpart
...
>>> x = Complex(3.0, -4.5)
>>> x.r, x.i
(3.0, -4.5)

9.3.3. Objets instances

Now what can we do with instance objects? The only operations understood by instance objects are attribute references. There are two kinds of valid attribute names: data attributes and methods.

Les attributs 'données' correspondent à des "variables d'instance" en Smalltalk et aux "membres de données" en C++. Les attributs 'données' n'ont pas à être déclarés. Comme les variables locales, ils existent dès lors qu'ils sont assignés une première fois. Par exemple, si x est l'instance de MyClass créée ci-dessus, le code suivant affiche la valeur 16, sans laisser de trace :

x.counter = 1
while x.counter < 10:
    x.counter = x.counter * 2
print(x.counter)
del x.counter

L'autre type de référence à un attribut d'instance est une méthode. Une méthode est une fonction qui "appartient à" un objet (en Python, le terme de méthode n'est pas unique aux instances de classes : d'autres types d'objets peuvent aussi avoir des méthodes. Par exemple, les objets listes ont des méthodes appelées append, insert, remove, sort et ainsi de suite. Toutefois, dans la discussion qui suit, sauf indication contraire, nous utilisons le terme de méthode exclusivement en référence à des méthodes d'objets instances de classe).

Les noms de méthodes valides d'un objet instance dépendent de sa classe. Par définition, tous les attributs d'une classe qui sont des objets fonctions définissent les méthodes correspondantes de ses instances. Donc, dans notre exemple, x.f est une référence valide à une méthode car MyClass.f est une fonction, mais pas x.i car MyClass.i n'en est pas une. Attention cependant, x.f n'est pas la même chose que MyClass.f --- Il s'agit d'un objet méthode, pas d'un objet fonction.

9.3.4. Objets méthode

Le plus souvent, une méthode est appelée juste après avoir été liée :

x.f()

Dans l'exemple de la classe MyClass, cela renvoie la chaîne de caractères hello world. Toutefois, il n'est pas nécessaire d'appeler la méthode directement : x.f est un objet méthode, il peut être gardé de côté et être appelé plus tard. Par exemple :

xf = x.f
while True:
    print(xf())

affiche hello world jusqu'à la fin des temps.

Que se passe-t-il exactement quand une méthode est appelée ? Vous avez dû remarquer que x.f() a été appelée dans le code ci-dessus sans argument, alors que la définition de la méthode f() spécifie bien qu'elle prend un argument. Qu'est-il arrivé à l'argument ? Python doit sûrement lever une exception lorsqu'une fonction qui requiert un argument est appelée sans -- même si l'argument n'est pas utilisé…

En fait, vous avez peut-être deviné la réponse : la particularité des méthodes est que l'objet est passé comme premier argument de la fonction. Dans notre exemple, l'appel x.f() est exactement équivalent à MyClass.f(x). En général, appeler une méthode avec une liste de n arguments est équivalent à appeler la fonction correspondante avec une liste d'arguments créée en ajoutant l'instance de l'objet de la méthode avant le premier argument.

Si vous ne comprenez toujours pas comment les méthodes fonctionnent, un coup d'œil à l'implémentation vous aidera peut-être. Lorsque un attribut d'une instance est référencé et que ce n'est pas un attribut 'données', sa classe est recherchée. Si le nom correspond à un attribut valide et que c'est un objet fonction, un objet méthode est créé en générant un objet abstrait qui regroupe (des pointeurs vers) l'objet instance et l'objet fonction qui vient d'être trouvé : c'est l'objet méthode. Quand l'objet méthode est appelé avec une liste d'arguments, une nouvelle liste d'arguments est construite à partir de l'objet instance et de la liste des arguments. L'objet fonction est alors appelé avec cette nouvelle liste d'arguments.

9.3.5. Classes et variables d'instance

En général, les variables d'instance stockent des informations relatives à chaque instance alors que les variables de classe servent à stocker les attributs et méthodes communes à toutes les instances de la classe :

class Dog:

    kind = 'canine'         # class variable shared by all instances

    def __init__(self, name):
        self.name = name    # instance variable unique to each instance

>>> d = Dog('Fido')
>>> e = Dog('Buddy')
>>> d.kind                  # shared by all dogs
'canine'
>>> e.kind                  # shared by all dogs
'canine'
>>> d.name                  # unique to d
'Fido'
>>> e.name                  # unique to e
'Buddy'

Comme nous l'avons vu dans Objets et noms : préambule, les données partagées muable (telles que les listes, dictionnaires, etc.) peuvent avoir des effets surprenants. Par exemple, la liste tricks dans le code suivant ne devrait pas être utilisée en tant que variable de classe car, dans ce cas, une seule liste est partagée par toutes les instances de Dog :

class Dog:

    tricks = []             # mistaken use of a class variable

    def __init__(self, name):
        self.name = name

    def add_trick(self, trick):
        self.tricks.append(trick)

>>> d = Dog('Fido')
>>> e = Dog('Buddy')
>>> d.add_trick('roll over')
>>> e.add_trick('play dead')
>>> d.tricks                # unexpectedly shared by all dogs
['roll over', 'play dead']

Une conception correcte de la classe est d'utiliser une variable d'instance à la place :

class Dog:

    def __init__(self, name):
        self.name = name
        self.tricks = []    # creates a new empty list for each dog

    def add_trick(self, trick):
        self.tricks.append(trick)

>>> d = Dog('Fido')
>>> e = Dog('Buddy')
>>> d.add_trick('roll over')
>>> e.add_trick('play dead')
>>> d.tricks
['roll over']
>>> e.tricks
['play dead']

9.4. Remarques diverses

Les attributs 'données' surchargent les méthodes avec le même nom ; pour éviter des conflits de nommage, qui peuvent causer des bugs difficiles à trouver dans de grands programmes, il est sage d'adopter certaines conventions qui minimisent les risques de conflits. Parmi les conventions possibles, on peut citer la mise en majuscule des noms de méthodes, le préfixe des noms d'attributs 'données' par une chaîne courte et unique (parfois juste la caractère souligné) ou l'utilisation de verbes pour les méthodes et de noms pour les attributs 'données'.

Les attributs 'données' peuvent être référencés par des méthodes comme par des utilisateurs ordinaires ("clients") d'un objet. En d'autres termes, les classes ne sont pas utilisables pour implémenter des types de données purement abstraits. En fait, il n'est pas possible en Python d'imposer de masquer des données — tout est basé sur des conventions (d'un autre côté, l'implémentation de Python, écrite en C, peut complètement masquer les détails d'implémentation et contrôler l'accès à un objet si nécessaire ; ceci peut être utilisé par des extensions de Python écrites en C).

Les clients doivent utiliser les attributs 'données' avec précaution --- ils pourraient mettre le désordre dans les invariants gérés par les méthodes avec leurs propres valeurs d'attributs. Remarquez que les clients peuvent ajouter leurs propres attributs 'données' à une instance d'objet sans altérer la validité des méthodes, pour autant que les noms n'entrent pas en conflit --- là aussi, adopter une convention de nommage peut éviter bien des problèmes.

Il n'y a pas de notation abrégée pour référencer des attributs 'données' (ou les autres méthodes !) depuis les méthodes. Nous pensons que ceci améliore en fait la lisibilité des méthodes : il n'y a aucune chance de confondre variables locales et variables d'instances quand on regarde le code d'une méthode.

Souvent, le premier argument d'une méthode est nommé self. Ce n'est qu'une convention : le nom self n'a aucune signification particulière en Python. Notez cependant que si vous ne suivez pas cette convention, votre code risque d'être moins lisible pour d'autres programmeurs Python et il est aussi possible qu'un programme qui fasse l'introspection de classes repose sur une telle convention.

Tout objet fonction qui est un attribut de classe définit une méthode pour des instances de cette classe. Il n'est pas nécessaire que le texte de définition de la fonction soit dans la définition de la classe : il est possible d'affecter un objet fonction à une variable locale de la classe. Par exemple :

# Function defined outside the class
def f1(self, x, y):
    return min(x, x+y)

class C:
    f = f1

    def g(self):
        return 'hello world'

    h = g

Maintenant, f, g et h sont toutes des attributs de la classe C et font référence à des fonctions objets. Par conséquent, ce sont toutes des méthodes des instances de C --- h est exactement identique à g. Remarquez qu'en pratique, ceci ne sert qu'à embrouiller le lecteur d'un programme.

Les méthodes peuvent appeler d'autres méthodes en utilisant des méthodes qui sont des attributs de l'argument self :

class Bag:
    def __init__(self):
        self.data = []

    def add(self, x):
        self.data.append(x)

    def addtwice(self, x):
        self.add(x)
        self.add(x)

Les méthodes peuvent faire référence à des noms globaux de la même manière que les fonctions. La portée globale associée à une méthode est le module contenant la définition de la classe (la classe elle-même n'est jamais utilisée en tant que portée globale). Alors qu'il est rare d'avoir une bonne raison d'utiliser des données globales dans une méthode, il y a de nombreuses utilisations légitimes de la portée globale : par exemple, les fonctions et modules importés dans une portée globale peuvent être utilisés par des méthodes, de même que les fonctions et classes définies dans cette même portée. Habituellement, la classe contenant la méthode est elle-même définie dans cette portée globale et, dans la section suivante, nous verrons de bonnes raisons pour qu'une méthode référence sa propre classe.

Toute valeur est un objet et a donc une classe (appelée aussi son type). Elle est stockée dans objet.__class__.

9.5. Héritage

Bien sûr, ce terme de "classe" ne serait pas utilisé s'il n'y avait pas d'héritage. La syntaxe pour définir une sous-classe est de cette forme :

class DerivedClassName(BaseClassName):
    <statement-1>
    .
    .
    .
    <statement-N>

Le nom BaseClassName doit être défini dans une portée contenant la définition de la classe dérivée. À la place du nom d'une classe de base, une expression est aussi autorisée. Ceci peut être utile, par exemple, lorsque la classe est définie dans un autre module :

class DerivedClassName(modname.BaseClassName):

L'exécution d'une définition de classe dérivée se déroule comme pour une classe de base. Quand l'objet de la classe est construit, la classe de base est mémorisée. Elle est utilisée pour la résolution des références d'attributs : si un attribut n'est pas trouvé dans la classe, la recherche se poursuit en regardant dans la classe de base. Cette règle est appliquée récursivement si la classe de base est elle-même dérivée d'une autre classe.

Il n'y a rien de particulier dans l'instanciation des classes dérivées : DerivedClassName() crée une nouvelle instance de la classe. Les références aux méthodes sont résolues comme suit : l'attribut correspondant de la classe est recherché, en remontant la hiérarchie des classes de base si nécessaire, et la référence de méthode est valide si cela conduit à une fonction.

Les classes dérivées peuvent surcharger des méthodes de leurs classes de base. Comme les méthodes n'ont aucun privilège particulier quand elles appellent d'autres méthodes d'un même objet, une méthode d'une classe de base qui appelle une autre méthode définie dans la même classe peut en fait appeler une méthode d'une classe dérivée qui la surcharge (pour les programmeurs C++ : toutes les méthodes de Python sont en effet "virtuelles").

Une méthode dans une classe dérivée peut aussi, en fait, vouloir étendre plutôt que simplement remplacer la méthode du même nom de sa classe de base. L'appel direct à la méthode de la classe de base s'écrit simplement BaseClassName.nomMethode(self, arguments). C'est parfois utile également aux clients (notez bien que ceci ne fonctionne que si la classe de base est accessible en tant que BaseClassName dans la portée globale).

Python définit deux fonctions primitives pour gérer l'héritage :

• utilisez isinstance() pour tester le type d'une instance : isinstance(obj, int) renvoie True seulement si obj.__class__ est égal à int ou à une autre classe dérivée de int ;

• utilisez issubclass() pour tester l'héritage d'une classe : issubclass(bool, int) renvoie True car la classe bool est une sous-classe de int. Cependant, issubclass(float, int) renvoie False car float n'est pas une sous-classe de int.

9.5.1. Héritage multiple

Python gère également une forme d'héritage multiple. Une définition de classe ayant plusieurs classes de base est de cette forme :

class DerivedClassName(Base1, Base2, Base3):
    <statement-1>
    .
    .
    .
    <statement-N>

Dans la plupart des cas, vous pouvez vous représenter la recherche d'attributs dans les classes parentes comme étant : le plus profond d'abord, de gauche à droite, sans chercher deux fois dans la même classe si elle apparaît plusieurs fois dans la hiérarchie. Ainsi, si un attribut n'est pas trouvé dans DerivedClassName, il est recherché dans Base1, puis (récursivement) dans les classes de base de Base1 ; s'il n'y est pas trouvé, il est recherché dans Base2 et ses classes de base, et ainsi de suite.

Dans les faits, c'est un peu plus complexe que ça ; l'ordre de la recherche (method resolution order, ou MRO en anglais) change dynamiquement pour gérer des appels coopératifs à super(). Cette approche est connue sous le nom de la "appel de la méthode la plus proche" (call-next-method en anglais) dans d'autres langages avec héritage multiple. Elle est plus puissante que le simple appel à super que l'on trouve dans les langages à héritage simple.

L'ordre défini dynamiquement est nécessaire car tous les cas d'héritage multiple comportent une ou plusieurs relations en losange (où au moins une classe peut être accédée à partir de plusieurs chemins en partant de la classe la plus basse). Par exemple, puisque toutes les classes héritent de object, tout héritage multiple ouvre plusieurs chemins pour atteindre object. Pour qu'une classe de base ne soit pas appelée plusieurs fois, l'algorithme dynamique linéarise l'ordre de recherche d'une façon qui préserve l'ordre d'héritage, de la gauche vers la droite, spécifié dans chaque classe, qui appelle chaque classe parente une seule fois, qui est monotone (ce qui signifie qu'une classe peut être sous-classée sans affecter l'ordre d'héritage de ses parents). Prises ensemble, ces propriétés permettent de concevoir des classes de façon fiable et extensible dans un contexte d'héritage multiple. Pour plus de détails, consultez http://www.python.org/download/releases/2.3/mro/.

9.6. Variables privées

Les membres "privés", qui ne peuvent être accédés que depuis l'intérieur d'un objet, n'existent pas en Python. Toutefois, il existe une convention respectée par la majorité du code Python : un nom préfixé par un tiret bas (comme _spam) doit être considéré comme une partie non publique de l'API (qu'il s'agisse d'une fonction, d'une méthode ou d'un attribut 'données'). Il doit être vu comme un détail d'implémentation pouvant faire l'objet de modifications futures sans préavis.

Dès lors qu'il y a un cas d'utilisation valable pour avoir des attributs privés aux classes (notamment pour éviter des conflits avec des noms définis dans des sous-classes), il existe un support (certes limité) pour un tel mécanisme, appelé name mangling. Tout identifiant de la forme __spam (avec au moins deux tirets bas en tête et au plus un à la fin) est remplacé textuellement par _classname__spam, où classname est le nom de la classe sans le ou les premiers tirets-bas. Ce "découpage" est effectué sans tenir compte de la position syntaxique de l'identifiant, tant qu'il est présent dans la définition d'une classe.

Ce changement de nom est utile pour permettre à des sous-classes de surcharger des méthodes sans casser les appels de méthodes à l'intérieur d'une classe. Par exemple :

class Mapping:
    def __init__(self, iterable):
        self.items_list = []
        self.__update(iterable)

    def update(self, iterable):
        for item in iterable:
            self.items_list.append(item)

    __update = update   # private copy of original update() method

class MappingSubclass(Mapping):

    def update(self, keys, values):
        # provides new signature for update()
        # but does not break __init__()
        for item in zip(keys, values):
            self.items_list.append(item)

L'exemple si dessus fonctionnerait même si MappingSubclass introduisait un identifieur __update puisqu'il a été remplacé avec _Mapping__update dans la classe Mapping et _MappingSubclass__update dans la classe MappingSubclass respectivement.

Notez que ces règles sont conçues avant tout pour éviter les accidents ; il reste possible d'accéder ou de modifier une variable considérée comme privée. Ceci peut même être utile dans certaines circonstances, comme au sein du débogueur.

Remarquez que le code que vous passez à exec(), eval() ne considère pas le nom de la classe appelante comme étant la classe courante ; le même effet s'applique à la directive global dont l'effet est, de la même façon, restreint au code compilé dans le même ensemble de byte-code. Les mêmes restrictions s'appliquent à getattr(), setattr() et delattr(), ainsi qu'aux références directes à __dict__.

9.7. Trucs et astuces

Il est parfois utile d'avoir un type de donnée similaire au "record" du Pascal ou au struct du C, qui regroupent ensemble quelques attributs 'données' nommés. La définition d'une classe vide remplit parfaitement ce besoin :

class Employee:
    pass

john = Employee()  # Create an empty employee record

# Fill the fields of the record
john.name = 'John Doe'
john.dept = 'computer lab'
john.salary = 1000

À du code Python qui s'attend à recevoir un type de donnée abstrait spécifique, on peut souvent fournir une classe qui simule les méthodes de ce type. Par exemple, à une fonction qui formate des données extraites d'un objet fichier, vous pouvez lui passer comme argument une instance d'une classe qui implémente les méthodes read() et readline() en puisant ses données à partir d'un tampon de chaînes de caractères.

Les objets méthodes d'instances ont aussi des attributs : m.__self__ est l'instance d'objet avec la méthode m() et m.__func__ est l'objet fonction correspondant à la méthode.

9.8. Itérateurs

Vous avez maintenant certainement remarqué que l'on peut itérer sur la plupart des objets conteneurs en utilisant une instruction for :

for element in [1, 2, 3]:
    print(element)
for element in (1, 2, 3):
    print(element)
for key in {'one':1, 'two':2}:
    print(key)
for char in "123":
    print(char)
for line in open("myfile.txt"):
    print(line, end='')

Ce style est simple, concis et pratique. L'utilisation d'itérateurs imprègne et unifie Python. En arrière plan, l'instruction for appelle la fonction iter() sur l'objet conteneur. Cette fonction renvoie un objet itérateur qui définit la méthode __next__(), laquelle accède aux éléments du conteneur un par un. Lorsqu'il n'y a plus d'élément, __next__() lève une exception StopIteration qui indique à la boucle de l'instruction for de se terminer. Vous pouvez appeler la méthode __next__() en utilisant la fonction native next(). Cet exemple montre comment tout cela fonctionne :

>>> s = 'abc'
>>> it = iter(s)
>>> it
<iterator object at 0x00A1DB50>
>>> next(it)
'a'
>>> next(it)
'b'
>>> next(it)
'c'
>>> next(it)
Traceback (most recent call last):
  File "<stdin>", line 1, in <module>
    next(it)
StopIteration

Une fois compris les mécanismes de gestion des itérateurs, il est simple d'ajouter ce comportement à vos classes. Définissez une méthode __iter__() qui renvoie un objet disposant d'une méthode __next__(). Si la classe définit elle-même la méthode __next__(), alors __iter__() peut simplement renvoyer self :

class Reverse:
    """Iterator for looping over a sequence backwards."""
    def __init__(self, data):
        self.data = data
        self.index = len(data)

    def __iter__(self):
        return self

    def __next__(self):
        if self.index == 0:
            raise StopIteration
        self.index = self.index - 1
        return self.data[self.index]

>>> rev = Reverse('spam')
>>> iter(rev)
<__main__.Reverse object at 0x00A1DB50>
>>> for char in rev:
...     print(char)
...
m
a
p
s

9.9. Générateurs

Les générateurs sont des outils simples et puissants pour créer des itérateurs. Ils sont écrits comme des fonctions classiques mais utilisent l'instruction yield lorsqu'ils veulent renvoyer des données. À chaque fois qu'il est appelé par next(), le générateur reprend son exécution là où il s'était arrêté (en conservant tout son contexte d'exécution). Un exemple montre très bien combien les générateurs sont simples à créer :

def reverse(data):
    for index in range(len(data)-1, -1, -1):
        yield data[index]

>>> for char in reverse('golf'):
...     print(char)
...
f
l
o
g

Tout ce qui peut être fait avec des générateurs peut également être fait avec des itérateurs basés sur des classes, comme décrit dans le paragraphe précédent. Ce qui rend les générateurs si compacts, c'est que les méthodes __iter__() et __next__() sont créées automatiquement.

Une autre fonctionnalité clé est que les variables locales ainsi que le contexte d'exécution sont sauvegardés automatiquement entre les appels. Cela simplifie d'autant plus l'écriture de ces fonctions et rend leur code beaucoup plus lisible qu'avec une approche utilisant des variables d'instance telles que self.index et self.data.

En plus de la création automatique de méthodes et de la sauvegarde du contexte d'exécution, les générateurs lèvent automatiquement une exception StopIteration lorsqu'ils terminent leur exécution. La combinaison de ces fonctionnalités rend très simple la création d'itérateurs, sans plus d'effort que l'écriture d'une fonction classique.

9.10. Expressions et générateurs

Des générateurs simples peuvent être codés très rapidement avec des expressions utilisant la même syntaxe que les compréhensions de listes, mais en utilisant des parenthèses à la place des crochets. Ces expressions sont conçues pour des situations où le générateur est utilisé tout de suite dans une fonction. Ces expressions sont plus compactes mais moins souples que des définitions complètes de générateurs et ont tendance à être plus économes en mémoire que leur équivalent en compréhension de listes.

Exemples :

>>> sum(i*i for i in range(10))                 # sum of squares
285

>>> xvec = [10, 20, 30]
>>> yvec = [7, 5, 3]
>>> sum(x*y for x,y in zip(xvec, yvec))         # dot product
260

>>> from math import pi, sin
>>> sine_table = {x: sin(x*pi/180) for x in range(0, 91)}

>>> unique_words = set(word  for line in page  for word in line.split())

>>> valedictorian = max((student.gpa, student.name) for student in graduates)

>>> data = 'golf'
>>> list(data[i] for i in range(len(data)-1, -1, -1))
['f', 'l', 'o', 'g']

Notes de bas de page

1

Il existe une exception : les modules disposent d'un attribut secret en lecture seule appelé __dict__ qui renvoie le dictionnaire utilisé pour implémenter l'espace de nommage du module ; le nom __dict__ est un attribut mais pas un nom global. Évidemment, si vous l'utilisez, vous brisez l'abstraction de l'implémentation des espaces de nommage. Il est donc réservé à des choses comme les débogueurs post-mortem.