Introduction au langage Python

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Introduction

Ceci est un petit tutoriel créé pour ceux qui veulent débuter en programmation Python. Python est un langage de programmation open-source et multiplate-forme. Il a de nombreuses fonctionnalités qui le différencie des autres langages de programmation et est facilement accessible aux nouveaux utilisateurs :

  • Il a été conçu pour être lisible par les êtres humains, le faisant relativement facile à apprendre et comprendre.
  • Il est interprété, ce qui signifie que les programmes n'ont pas besoin d'être compilés avant qu'ils puissent être exécutés. Le code Python peut être exécuté immédiatement même ligne par ligne si vous le désirez.
  • Il peut être intégré dans d'autres programmes comme un langage de script. FreeCAD possède un interpréteur Python intégré. Vous pouvez écrire du code Python pour manipuler des éléments de FreeCAD. Cela est très puissant et signifie que vous pouvez construire vos propres outils.
  • Il est extensible, vous pouvez simplement installer de nouveaux modules dans votre programme Python et étendre ses fonctionnalités. Par exemple, il y a des modules qui permettent à Python de lire et d'écrire des images, pour communiquer avec Twitter, pour planifier des tâches exécutées par votre système d'exploitation, etc.

Ce qui suit est une introduction très basique et en aucun cas un tutoriel complet. Mais espérons le, il fournira un bon point de départ pour une exploration plus approfondie dans FreeCAD et ses mécanismes. Nous vous encourageons fortement à saisir les extraits de code ci-dessous dans un interpréteur Python.

L’interpréteur

Habituellement, lors de l'écriture d'un programme informatique, vous ouvrez un éditeur de texte ou votre environnement de programmation préféré (qui est essentiellement un éditeur de texte avec quelques outils supplémentaires), vous écrivez votre programme, puis vous le compilez et l'exécutez. Souvent une ou plusieurs erreurs ont été commises lors de la saisie, votre programme ne fonctionnera donc pas. Vous pouvez même recevoir un message d'erreur vous indiquant ce qui n'a pas fonctionné. Ensuite, vous revenez à votre éditeur de texte, corrigez les erreurs, exécutez à nouveau et ainsi de suite jusqu'à ce que votre programme fonctionne comme prévu.

En Python, tout ce processus peut être effectué de manière transparente dans l'interpréteur Python. L’interpréteur est une fenêtre Python avec une invite de commande, où vous pouvez simplement taper du code Python. Si vous avez installé Python sur votre ordinateur (téléchargez-le depuis le site Web Python si vous êtes sous Windows ou Mac, installez le à partir des gestionnaires de paquets, si vous êtes sous GNU/Linux), vous aurez un interpréteur Python dans votre menu de démarrage. Mais comme déjà mentionné, FreeCAD dispose également d'un interpréteur Python intégré : la console Python.

FreeCAD Python console.png

La console Python FreeCAD


Si vous ne la voyez pas, cliquez sur le menu Affichage --> Panneaux --> Console Python. La console Python peut être redimensionnée et également non "dockée".

L’interpréteur affiche la version Python installée, puis le symbole >>>, qui est l'invite de commande. L'écriture de code dans l'interpréteur est très simple: une ligne correspond à une instruction. Lorsque vous appuyez sur Entrée, votre ligne de code est exécutée (après avoir été compilée instantanément et de manière invisible). Par exemple, écrivez ce code :

print("hello")

print() est une commande Python qui affiche manifestement quelque chose à l'écran. Lorsque vous appuyez sur Entrée, l'opération est exécutée et le message "hello" apparaît. Si vous faites une erreur, par exemple, écrivez :

print(hello)

Python vous le dira immédiatement. Dans ce cas Python ne sait pas ce qu'est hello. Les caractères " " spécifient que le contenu est un string, un jargon de programmation pour une chaîne de caractères. Sans cela la commande print() ne reconnaît pas hello. En appuyant sur la flèche vers le haut, vous pouvez revenir à la dernière ligne de code et la corriger.

L'interpréteur Python dispose également d'un système d'aide intégré. Disons que nous ne comprenons pas ce qui s'est mal passé avec print(hello) et que nous voulons des informations spécifiques sur la commande:

help("print")

Vous obtiendrez une description longue et complète de tout ce que la commande print() peut faire.

Maintenant que vous comprenez l'interpréteur Python, nous pouvons continuer avec des choses plus sérieuses.

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Les Variables

Très souvent dans la programmation vous avez besoin de stocker une valeur sous un nom. C'est là que les variables entrent en jeu. Par exemple, tapez ceci :

a = "hello"
print(a)

Vous comprenez probablement ce qui s'est passé ici, nous avons enregistré la chaîne de caractères "hello" sous le nom a. Maintenant que a est connu, nous pouvons l'utiliser n'importe où, par exemple dans la commande print(). Nous pouvons utiliser n'importe quel nom souhaité, nous avons juste besoin de suivre quelques règles simples, telles que ne pas utiliser d'espaces ou de ponctuation et ne pas utiliser de mots-clés Python. Par exemple, nous pouvons écrire :

hello = "my own version of hello"
print(hello)

Maintenant hello n'est plus un indéfini. Les variables peuvent être modifiées à tout moment, c'est pourquoi elles sont appelées variables, leur contenu peut varier. Par exemple :

myVariable = "hello"
print(myVariable)
myVariable = "good bye"
print(myVariable)

Nous avons changé la valeur de myVariable. Nous pouvons également copier des variables :

var1 = "hello"
var2 = var1
print(var2)

Il est conseillé de donner des noms significatifs à vos variables. Après un certain temps, vous ne vous souviendrez plus de ce que représente votre variable nommée a. Mais si vous l'avez nommée, par exemple, myWelcomeMessage vous vous souviendrez facilement de son objectif. De plus, votre code est un pas supplémentaire vers l'auto-documentation.

La casse est très importante, myVariable n'est pas la même chose que myvariable. Si vous deviez entrer print(myvariable), il produirait une erreur "not defined" (non défini).

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Les Nombres

Bien sûr les programmes Python peuvent traiter toutes sortes de données, pas seulement les chaînes de caractères. Une chose est importante, Python doit savoir de quel type de données il s'agit. Nous avons vu dans notre exemple print hello que la commande print() a reconnu notre chaîne de caractères "hello". En utilisant les caractères " ", nous avons spécifié que ce qui suit est une chaîne de caractères.

Nous pouvons toujours vérifier le type de données d'une variable avec la commande type():

myVar = "hello"
type(myVar)

Il nous dira que le contenu de myVar est un 'str', qui est l'abréviation de string (chaîne de caractères). Nous avons également d'autres types de données de base, tels que les nombres entiers et ceux à virgule flottante:

firstNumber = 10
secondNumber = 20
print(firstNumber + secondNumber)
type(firstNumber)

Python sait que 10 et 20 sont des nombres entiers, ils sont donc stockés en tant que 'int' et Python peut faire avec eux tout ce qu'il peut faire avec des entiers. Voyez les résultats suivants :

firstNumber = "10"
secondNumber = "20"
print(firstNumber + secondNumber)

Ici nous avons forcé Python à considérer que nos deux variables ne sont pas des nombres mais des chaînes de caractères. Python peut ajouter deux morceaux de texte ensemble, bien que dans ce cas, bien sûr, ça ne fonctionnera pas en arithmétique. Mais nous parlions des nombres entiers. Il existe également des nombres à virgule flottante. La différence est que les nombres à virgule flottante peuvent avoir une partie décimale et les nombres entiers n'en ont pas :

var1 = 13
var2 = 15.65
print("var1 is of type ", type(var1))
print("var2 is of type ", type(var2))

Les entiers et les nombres à virgule flottante peuvent être mélangés sans problème :

total = var1 + var2
print(total)
print(type(total))

Parce que var2 est un flottant, Python décide automatiquement que le résultat doit également être un flottant. Mais il y a des cas où Python ne sait pas quel type utiliser. Par exemple :

varA = "hello 123"
varB = 456
print(varA + varB)

Il en résulte une erreur, varA est une chaîne de caractères et varB est un entier et Python ne sait pas quoi faire. Cependant, nous pouvons forcer Python à convertir entre les types :

varA = "hello"
varB = 123
print(varA + str(varB))

Maintenant que les deux variables sont des chaînes de caractères, l'opération fonctionne. Notez que nous avons "stratifié" varB au moment de l'affichage, mais nous n'avons pas changé varB elle-même. Si nous voulions transformer varB de façon permanente en une chaîne de caractères, nous aurions besoin de faire ceci :

varB = str(varB)

Nous pouvons également utiliser int() et float() pour convertir en entier et en flottant si nous voulons :

varA = "123"
print(int(varA))
print(float(varA))

Vous devez avoir remarqué que nous avons utilisé la commande print() de plusieurs manières. Nous avons affiché des variables, des sommes, plusieurs choses séparées par des virgules et même le résultat d'une autre commande Python. Peut-être avez vous aussi vu que ces deux commandes :

type(varA)
print(type(varA))

ont le même résultat. C'est parce que nous sommes dans l'interpréteur et tout est automatiquement affiché. Lorsque nous écrivons des programmes plus complexes qui s'exécutent en dehors de l'interpréteur, ils ne s'affichent pas automatiquement, nous devons donc utiliser la commande print(). Dans cet esprit arrêtons de l'utiliser ici. Désormais, nous écrirons simplement :

myVar = "hello friends"
myVar

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Les Listes (Tableaux)

Un autre type de données utile est le type list. Une liste est une collection d'autres données. Pour définir une liste nous utilisons [ ] :

myList = [1, 2, 3]
type(myList)
myOtherList = ["Bart", "Frank", "Bob"]
myMixedList = ["hello", 345, 34.567]

Comme vous pouvez le voir, une liste peut contenir tout type de données. Vous pouvez faire beaucoup de choses avec une liste. Par exemple, compter ses articles :

len(myOtherList)

Ou récupérez un élément :

myName = myOtherList[0]
myFriendsName = myOtherList[1]

Alors que la commande len() renvoie le nombre total d'éléments dans une liste, le premier élément d'une liste est toujours à la position 0, donc dans notre myOtherList "Bob" sera en position 2. Nous pouvons faire beaucoup plus avec des listes tel que le tri, la suppression ou l'ajout d'éléments.

Fait intéressant, une chaîne de caractères est très similaire à une liste de caractères en Python. Essayez de faire ceci :

myvar = "hello"
len(myvar)
myvar[2]

Habituellement ce que vous pouvez faire avec des listes peut également être fait avec les chaînes de caractères. En fait, les listes et les chaînes de caractères sont des séquences.

Outre les chaînes de caractères, les entiers, les flottants et les listes, il existe davantage de types de données intégrés, tels que les dictionnaires et vous pouvez même créer vos propres types de données avec des classes.

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L'indentation

Une utilisation importante des listes est la possibilité de « les parcourir » et de faire quelque chose avec chaque élément. Par exemple, regardez ceci :

alldaltons = ["Joe", "William", "Jack", "Averell"]
for dalton in alldaltons:
    print(dalton + " Dalton")

Nous avons itéré (jargon de programmation) à travers notre liste avec la commande for in et avons fait quelque chose avec chacun des éléments. Notez la syntaxe spéciale: la commande for se termine par : indiquant que ce qui suit sera un bloc d'une ou plusieurs commandes. Dans l'interpréteur, immédiatement après avoir entré la ligne de commande se terminant par :, l'invite de commande passera à ..., ce qui signifie que Python sait qu'il y a plus à venir.

Comment Python saura-t-il combien de lignes suivantes devront être exécutées à l'intérieur de l'opération for in ? Pour cela, Python s'appuie sur l'indentation. Les lignes suivantes doivent commencer par un espace vide, ou plusieurs espaces vides, ou une tabulation, ou plusieurs tabulations. Et tant que l'indentation reste la même, les lignes seront considérées comme faisant partie du bloc for in. Si vous commencez une ligne avec 2 espaces et la suivante avec 4, il y aura une erreur. Lorsque vous avez terminé, écrivez simplement une autre ligne sans retrait, ou appuyez sur Entrée pour revenir du bloc for in.

L'indentation facilite également la lisibilité du programme. Si vous utilisez de grandes indentations (par exemple des tabulations au lieu d'espaces) lorsque vous écrivez un gros programme, vous aurez une vue claire de ce qui est exécuté en son sein. Nous verrons que d'autres commandes utilisent également des blocs de code indentés.

La commande for in peut être utilisée pour de nombreuses choses qui doivent être effectuées plusieurs fois. Elle peut par exemple être combinée avec la commande range() :

serie = range(1, 11)
total = 0
print("sum")
for number in serie:
    print(number)
    total = total + number
print("----")
print(total)

Si vous avez exécuté les exemples de code dans un interpréteur par copier-coller, vous trouverez que le bloc de texte précédent générera une erreur. À la place copiez à la fin du bloc en retrait, c'est-à-dire à la fin de la ligne total = total + number, puis collez-la dans l'interpréteur. Dans l'interpréteur appuyez sur Entrée jusqu'à ce que l'invite à trois points disparaisse et que le code s'exécute. Copiez ensuite les deux dernières lignes suivies d'une autre Enter. La réponse finale devrait apparaître.

Si vous tapez dans l'interpréteur help(range), vous verrez :

range(...)
    range(stop) -> list of integers
    range(start, stop[, step]) -> list of integers

Ici les crochets indiquent un paramètre facultatif. Cependant tous devraient être des nombres entiers. Ci-dessous nous forcerons le paramètre step à être un entier en utilisant int() :

number = 1000
for i in range(0, 180 * number, int(0.5 * number)):
    print(float(i) / number)

Un autre exemple range() :

alldaltons = ["Joe", "William", "Jack", "Averell"]
for n in range(4):
    print(alldaltons[n], " is Dalton number ", n)

La commande range() a également cette particularité étrange qu'elle commence par 0 (si vous ne spécifiez pas le numéro de départ) et que son dernier numéro sera le numéro (n-1) du dernier numéro (n) que vous avez spécifié. Bien sûr, cela fonctionne aussi avec d'autres commandes Python. Par exemple :

alldaltons = ["Joe", "William", "Jack", "Averell"]
total = len(alldaltons)
for n in range(total):
    print(alldaltons[n])

Une autre utilisation intéressante des blocs d'indentation est la commande if. Cette commande exécute un bloc de code uniquement si une certaine condition est remplie, par exemple :

alldaltons = ["Joe", "William", "Jack", "Averell"]
if "Joe" in alldaltons:
    print("We found that Dalton!!!")

Bien sûr cela affichera toujours l'expression, mais essayez de remplacer la deuxième ligne par :

if "Lucky" in alldaltons:

Alors rien n'est affiché. Nous pouvons également préciser avec une instruction else :

alldaltons = ["Joe", "William", "Jack", "Averell"]
if "Lucky" in alldaltons:
    print("We found that Dalton!!!")
else:
    print("Such Dalton doesn't exist!")

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Les Fonctions

Il existe très peu de commandes Python standard et nous en connaissons déjà plusieurs. Mais vous pouvez créer vos propres commandes. En fait, la plupart des modules supplémentaires que vous pouvez connecter à votre installation Python le font déjà, ils ajoutent des commandes que vous pouvez utiliser. Une commande personnalisée en Python s'appelle une fonction et se présente comme suit :

def printsqm(myValue):
    print(str(myValue) + " square meters")

printsqm(45)

La commande def() définit une nouvelle fonction, vous lui donnez un nom et à l'intérieur de la parenthèse vous définissez les arguments que la fonction utilisera. Les arguments sont des données qui seront transmises à la fonction. Par exemple, observez la commande len(). Si vous écrivez simplement len(), Python vous dira qu'il a besoin d'un argument. Ce qui est évident: vous voulez connaître la longueur de quelque chose. Si vous écrivez len(maListe) alors maListe est l'argument que vous passez à la fonction len(). Et la fonction len() est définie de telle manière qu'elle sait quoi faire avec cet argument. Nous avons fait la même chose avec notre fonction printsqm.

Le nom myValue peut être n'importe quoi et il ne sera utilisé qu'à l'intérieur de la fonction. C'est juste un nom que vous donnez à l'argument pour que vous puissiez en faire quelque chose. En définissant des arguments, vous indiquez également à la fonction combien en attendre. Par exemple, si vous procédez ainsi :

printsqm(45, 34)

Il y aura une erreur. Notre fonction a été programmée pour recevoir un seul argument, mais elle en a reçu deux, 45 et 34. Essayons un autre exemple:

def sum(val1, val2):
    total = val1 + val2
    return total

myTotal = sum(45, 34)

Ici nous avons créé une fonction qui reçoit deux arguments, les additionne et renvoie cette valeur. Renvoyer quelque chose est très utile, car nous pouvons faire quelque chose avec le résultat, comme le stocker dans la variable myTotal.

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Les Modules

Maintenant que vous avez une bonne idée du fonctionnement de Python, vous aurez besoin de savoir encore une chose: comment travailler avec des fichiers et des modules.

Jusqu'à présent, nous avons écrit les instructions Python ligne par ligne dans l'interpréteur. Cette méthode n'est évidemment pas adaptée aux programmes plus importants. Normalement le code des programmes Python est stocké dans des fichiers avec l'extension .py. Ce ne sont que des fichiers de texte brut et n'importe quel éditeur de texte (Linux gedit, emacs, vi ou même le bloc-notes Windows) peut être utilisé pour les créer et les modifier.

Il existe plusieurs façons d'exécuter un programme Python. Sous Windows, faites simplement un clic droit sur votre fichier, ouvrez-le avec Python et exécutez-le. Mais vous pouvez également l'exécuter à partir de l'interpréteur Python lui-même. Pour cela, l'interprète doit savoir où se trouve votre programme. Dans FreeCAD, le moyen le plus simple consiste à placer votre programme dans un dossier que l'interpréteur Python de FreeCAD connaît par défaut, tel que le dossier utilisateur Mod de FreeCAD:

  • Sous Linux il s'agit généralement de /home/<nom_utilisateur>/.FreeCAD/Mod/.
  • Sous Windows il s'agit de %APPDATA%\FreeCAD\Mod\, qui est généralement C:\ Utilisateurs\<nom_utilisateur>\Appdata\ Roaming\FreeCAD\Mod\.
  • Sous Mac OSX il s'agit généralement de /Utilisateurs/<nom_utilisateur>/Bibliothèque/Preferences/FreeCAD/Mod/.

Ajoutons un sous-dossier appelé scripts puis écrivons un fichier comme celui-ci:

def sum(a,b):
    return a + b

print("myTest.py succesfully loaded")

Enregistrez le fichier sous myTest.py dans le dossier scripts et dans la fenêtre de l'interpréteur, écrivez :

import myTest

sans l'extension .py. Cela exécutera le contenu du fichier, ligne par ligne, comme si nous l'avions écrit dans l'interpréteur. La fonction sum (somme) sera créée et le message sera affiché. Les fichiers contenant des fonctions, comme les nôtres, sont appelés modules.

Lorsque nous écrivons une fonction sum() dans l'interpréteur, nous l'exécutons comme ceci :

sum(14, 45)

Mais lorsque nous importons un module contenant une fonction sum() la syntaxe est un peu différente :

myTest.sum(14, 45)

Autrement dit, le module est importé en tant que "conteneur" et toutes ses fonctions se trouvent à l'intérieur de ce conteneur. Ceci est très utile, car nous pouvons importer de nombreux modules et garder tout bien organisé. Fondamentalement, lorsque vous voyez something.somethingElse, avec un point entre les deux, cela signifie que somethingElse est à l'intérieur something.

Nous pouvons également importer notre fonction sum() directement dans l'espace principal de l'interpréteur :

from myTest import *
sum(12, 54)

Presque tous les modules le font: ils définissent des fonctions, de nouveaux types de données et classes que vous pouvez utiliser dans l'interpréteur ou dans vos propres modules Python, car rien ne vous empêche d'importer d'autres modules à l'intérieur de votre module !

Comment savons-nous quels modules nous avons, quelles fonctions sont à l'intérieur et comment les utiliser (c'est-à-dire, de quel type d'arguments elles ont besoin) ? Nous avons déjà vu que Python possède une fonction help(). Faites :

help("modules")

nous donnera une liste de tous les modules disponibles. Nous pouvons importer n'importe lequel d'entre eux et parcourir leur contenu avec la commande dir() :

import math
dir(math)

Nous verrons toutes les fonctions contenues dans le module math, ainsi que des choses étranges nommées __doc__, __file__, __name__. Chaque fonction d'un module bien construit a un __doc__ qui explique comment l'utiliser. Par exemple, nous voyons qu'il y a une fonction sin() à l'intérieur du module mathématique. Vous voulez savoir comment l'utiliser ?

print(math.sin.__doc__)

Cela peut ne pas être évident, mais de chaque côté de doc se trouvent deux caractères de soulignement.

Et enfin une dernière astuce : lorsque vous travaillez sur du code nouveau ou existant, il est préférable de ne pas utiliser l'extension de fichier de macro FreeCAD, .FCMacro, mais plutôt d'utiliser l'extension standard .py. En effet, Python ne reconnaît pas l'extension .FCMacro. Si vous utilisez .py, votre code peut être facilement chargé avec import, comme nous l'avons déjà vu et également rechargé avec importlib.reload() :

import importlib
importlib.reload(myTest)

Il existe cependant une alternative :

exec(open("C:/PathToMyMacro/myMacro.FCMacro").read())

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Démarrer avec FreeCAD

Espérons que vous avez maintenant une bonne idée du fonctionnement de Python et que vous pouvez commencer à explorer ce que FreeCAD a à offrir. Les fonctions Python de FreeCAD sont toutes bien organisées en différents modules. Certains d'entre eux sont déjà chargés (importés) lorsque vous démarrez FreeCAD. Essayez simplement :

dir()

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Notes

  • FreeCAD a été initialement conçu pour fonctionner avec Python 2. Puisque Python 2 a atteint la fin de sa vie en 2020, le développement futur de FreeCAD se fera exclusivement avec Python 3 et la compatibilité descendante ne sera pas prise en charge.
  • Beaucoup plus d'informations sur Python peuvent être trouvées dans le tutoriel Python officiel et la référence officielle Python.

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