4. Modèle d’exécution

4.1. Structure d’un programme

Un programme Python est constitué de blocs de code. Un bloc est un morceau de texte d’un programme Python qui est exécuté unitairement. Voici des exemples de blocs : un module, le corps d’une fonction ou la définition d’une classe. Chaque commande tapée dans l’interpréteur interactif est un bloc. Un fichier script (fichier donné en entrée à l’interpréteur ou spécifié en tant qu’argument de la ligne de commande) est un bloc de code. Un script de commande (commande spécifiée dans la ligne de commande de l’interpréteur avec l’option “-c”) est un bloc de code. La chaîne passée en argument aux fonctions natives eval() ou exec() est un bloc de code.

Un bloc de code est exécuté dans un cadre d’exécution. Un cadre contient des informations administratives (utilisées pour le débogage) et détermine où et comment l’exécution se poursuit après la fin de l’exécution du bloc de code.

4.2. Noms et liaisons

4.2.1. Liaisons des noms

Les noms sont des références aux objets. Ils sont créés lors des opérations de liaisons de noms (name binding en anglais).

Les constructions suivantes conduisent à des opérations de liaison à des noms : les paramètres formels d’une fonction, les instructions import, les définitions de fonctions et de classes (le nom de la classe ou de la fonction est lié au bloc qui la définit) et les cibles qui sont des identifiants dans les assignations, les entêtes de boucles for ou après as dans une instruction with ou une clause except. L’instruction import sous la forme from ... import * lie tous les noms définis dans le module importé, sauf ceux qui commencent par un tiret bas (“_”). Cette forme ne doit être utilisée qu’au niveau du module.

Une cible qui apparaît dans une instruction del est aussi considérée comme une liaison à un nom dans ce cadre (bien que la sémantique véritable soit de délier le nom).

Chaque assignation ou instruction import a lieu dans un bloc défini par une définition de classe ou de fonction ou au niveau du module (le bloc de code de plus haut niveau).

Si un nom est lié dans un bloc, c’est une variable locale de ce bloc, à moins qu’il ne soit déclaré nonlocal ou global. Si un nom est lié au niveau du module, c’est une variable globale (les variables du bloc de code de niveau module sont locales et globales). Si une variable est utilisée dans un bloc de code alors qu’elle n’y est pas définie, c’est une variable libre.

Chaque occurrence d’un nom dans un programme fait référence à la liaison de ce nom établie par les règles de résolution des noms suivantes.

4.2.2. Résolution des noms

La portée définit la visibilité d’un nom dans un bloc. Si une variable locale est définie dans un bloc, sa portée comprend ce bloc. Si la définition intervient dans le bloc d’une fonction, la portée s’étend à tous les blocs contenus dans celui qui comprend la définition, à moins qu’un bloc intérieur ne définisse une autre liaison pour ce nom.

Quand un nom est utilisé dans un bloc de code, la résolution utilise la portée la plus petite. L’ensemble de toutes les portées visibles dans un bloc de code s’appelle l’environnement du bloc.

Quand un nom n’est trouvé nulle part, une exception NameError est levée. Si la portée courante est celle d’une fonction et que le nom fait référence à une variable locale qui n’a pas encore été liée au moment où le nom est utilisé, une exception UnboundLocalError est levée. UnboundLocalError est une sous-classe de NameError.

Si une opération de liaison intervient dans un bloc de code, toutes les utilisations du nom dans le bloc sont considérées comme des références au bloc courant. Ceci peut conduire à des erreurs quand un nom est utilisé à l’intérieur d’un bloc avant d’être lié. La règle est subtile. Python n’attend pas de déclaration de variables et autorise les opérations de liaison n’importe où dans un bloc de code. Les variables locales d’un bloc de code peuvent être déterminées en parcourant tout le texte du bloc à la recherche des opérations de liaisons.

Si l’instruction global apparaît dans un bloc, toutes les utilisations du nom spécifié dans l’instruction font référence à la liaison de ce nom dans l’espace de noms de plus haut niveau. Les noms sont résolus dans cet espace de noms de plus haut niveau en recherchant l’espace des noms globaux, c’est-à-dire l’espace de noms du module contenant le bloc de code ainsi que dans l’espace de noms natifs, celui du module builtins. La recherche commence dans l’espace de noms globaux. Si le nom n’y est pas trouvé, la recherche se poursuit dans l’espace de noms natifs. L’instruction global doit précéder toute utilisation du nom considéré.

L’instruction global a la même porte qu’une opération de liaison du même bloc. Si la portée englobante la plus petite pour une variable libre contient une instruction global, la variable libre est considérée globale.

L’instruction nonlocal fait que les noms correspondants font référence aux variables liées précédemment dans la portée de fonction englobante la plus petite possible. SyntaxError est levée à la compilation si le nom donné n’existe dans aucune portée de fonction englobante.

L’espace de noms pour un module est créé automatiquement la première fois que le module est importé. Le module principal d’un script s’appelle toujours __main__.

Les blocs de définition de classe et les arguments de exec() ainsi que eval() sont traités de manière spéciale dans le cadre de la résolution des noms. Une définition de classe est une instruction exécutable qui peut utiliser et définir des noms. Toutes ces références suivent les règles normales de la résolution des noms à l’exception des variables locales non liées qui sont recherchées dans l’espace des noms globaux. L’espace de noms de la définition de classe devient le dictionnaire des attributs de la classe. La portée des noms définis dans un bloc de classe est limitée au bloc de la classe ; elle ne s’étend pas aux blocs de code des méthodes – y compris les compréhensions et les expressions générateurs puisque celles-ci sont implémentées en utilisant une portée de fonction. Ainsi, les instructions suivantes échouent :

class A:
    a = 42
    b = list(a + i for i in range(10))

4.2.3. Noms natifs et restrictions d’exécution

Particularité de l’implémentation CPython : L’utilisateur ne doit pas toucher à __builtins__; c’est et cela doit rester réservé aux besoins de l’implémentation. Les utilisateurs qui souhaitent surcharger des valeurs dans l’espace de noms natifs doivent importer le module builtins et modifier ses attributs judicieusement.

L’espace de noms natifs associé à l’exécution d’un bloc de code est effectivement trouvé en cherchant le nom __builtins__ dans l’espace de noms globaux ; ce doit être un dictionnaire ou un module (dans ce dernier cas, le dictionnaire du module est utilisé). Par défaut, lorsque l’on se trouve dans le module __main__, __builtins__ est le module natif builtins ; lorsque l’on se trouve dans tout autre module, __builtins__ est un pseudonyme du dictionnaire du module builtins lui-même.

4.2.4. Interaction avec les fonctionnalités dynamiques

La résolution des noms de variables libres intervient à l’exécution, pas à la compilation. Cela signifie que le code suivant affiche 42 :

i = 10
def f():
    print(i)
i = 42
f()

Les fonctions eval() et exec() n’ont pas accès à l’environnement complet pour résoudre les noms. Les noms doivent être résolus dans les espaces de noms locaux et globaux de l’appelant. Les variables libres ne sont pas résolues dans l’espace de noms englobant le plus proche mais dans l’espace de noms globaux [1]. Les fonctions eval() et exec() possèdent des arguments optionnels pour surcharger les espaces de noms globaux et locaux. Si seulement un espace de noms est spécifié, il est utilisé pour les deux.

4.3. Exceptions

Les exceptions sont un moyen de sortir du flot normal d’exécution d’un bloc de code de manière à gérer des erreurs ou des conditions exceptionnelles. Une exception est levée au moment où l’erreur est détectée ; elle doit être gérée par le bloc de code qui l’entoure ou par tout bloc de code qui a, directement ou indirectement, invoqué le bloc de code où l’erreur s’est produite.

L’interpréteur Python lève une exception quand il détecte une erreur à l’exécution (telle qu’une division par zéro). Un programme Python peut aussi lever explicitement une exception avec l’instruction raise. Les gestionnaires d’exception sont spécifiés avec l’instruction tryexcept. La clause finally d’une telle instruction peut être utilisée pour spécifier un code de nettoyage qui ne gère pas l’exception mais qui est exécuté quoi qu’il arrive (exception ou pas).

Python utilise le modèle par terminaison de gestion des erreurs : un gestionnaire d’exception peut trouver ce qui est arrivé et continuer l’exécution à un niveau plus élevé mais il ne peut pas réparer l’origine de l’erreur et ré-essayer l’opération qui a échoué (sauf à entrer à nouveau dans le code en question par le haut).

Quand une exception n’est gérée par aucun gestionnaire, l’interpréteur termine l’exécution du programme ou retourne à la boucle interactive. Dans ces cas, il affiche une trace de la pile d’appels, sauf si l’exception est SystemExit.

Les exceptions sont identifiées par des instances de classe. La clause except sélectionnée dépend de la classe de l’instance : elle doit faire référence à la classe de l’instance ou à une de ses classes ancêtres. L’instance peut être transmise au gestionnaire et peut apporter des informations complémentaires sur les conditions de l’exception.

Note

Les messages d’exception ne font pas partie de l’API Python. Leur contenu peut changer d’une version de Python à une autre sans avertissement et le code ne doit pas reposer sur ceux-ci s’il doit fonctionner sur plusieurs versions de l’interpréteur.

Reportez-vous aussi aux descriptions de l’instruction try dans la section L’instruction try et de l’instruction raise dans la section L’instruction raise.

Notes

[1]En effet, le code qui est exécuté par ces opérations n’est pas connu au moment où le module est compilé.