Programmation orientée objet : cours de NSI Terminale

Jusqu'ici, tu as sans doute écrit des programmes avec des variables et des fonctions : une donnée d'un côté, des instructions qui la transforment de l'autre. Cette façon de faire marche très bien pour de petits programmes. Quand un programme grossit, on se retrouve vite avec des dizaines de variables dispersées et des fonctions qui doivent toutes savoir comment ces variables sont organisées.

La programmation orientée objet, abrégée POO, propose une autre organisation. Le programme est construit à partir de briques logicielles, les objets, que l'on fait dialoguer entre elles. ³ Chaque objet modélise une idée, un concept ou un élément du monde physique : un véhicule, une personne, la page d'un livre. ³ Au lieu de séparer les données et les traitements, on les regroupe dans une même brique.

Le programme de terminale de NSI mentionne la programmation objet dans deux rubriques : « Structures de données » et « Langages et programmation ». ¹ C'est un paradigme, c'est-à-dire une manière de penser et d'organiser un programme, au même titre que la programmation impérative que tu connais déjà. ^{3 2}

Dans ce cours, tu vas apprendre à lire et à écrire des classes en Python, à créer des objets, à utiliser leurs méthodes et à comprendre pourquoi cette organisation rend un programme plus clair. Les chapitres suivants du programme (listes chaînées, piles et files, dictionnaires) s'appuieront sur cette façon de construire des structures de données : tu retrouveras donc souvent des classes.

Cette définition contient l'idée centrale : un objet réunit deux choses.

• des informations : ce que l'objet est ou connaît. On les appelle les attributs. Pour un élève : son nom, sa classe, ses notes.
• des mécanismes : ce que l'objet sait faire. On les appelle les méthodes. Pour un élève : calculer sa moyenne, changer de classe.

Un objet a donc une organisation interne et une conduite propre, et il échange avec les autres objets. ³ L'ensemble des attributs à un instant donné s'appelle l'état de l'objet.

Fabriquer un objet à la main, attribut par attribut, serait pénible si tu as besoin de mille comptes bancaires. On décrit donc une seule fois ce qu'ont en commun tous les comptes, puis on en crée autant que l'on veut.

Une comparaison utile : la classe est le plan de construction d'une maison, l'objet est une maison bâtie d'après ce plan. Avec un seul plan, on construit autant de maisons que l'on veut ; chacune a ses propres meubles, sa propre couleur de volets. Modifier les volets d'une maison ne change ni le plan ni les autres maisons.

Les caractéristiques et comportements d'une classe s'inspirent en général des choses réelles que l'on veut représenter : une personne, un dossier, un produit. ⁴

Python est l'un des langages qui permettent la programmation orientée objet. ³ Le programme de NSI s'appuie sur Python en version 3 ou supérieure. ² Voici la première classe que nous allons étudier ligne par ligne.

Décortiquons ce code.

• class CompteBancaire: déclare une nouvelle classe. Par convention, son nom commence par une majuscule.
• def __init__(self, titulaire, solde): définit le constructeur. Python l'appelle automatiquement à chaque création d'un objet. Il reçoit les valeurs de départ.
• self est le premier paramètre de toutes les méthodes. Il désigne l'objet sur lequel la méthode travaille. Tu ne le passes pas toi-même lors de l'appel : Python le fournit.
• self.titulaire = titulaire crée un attribut de l'objet et lui donne sa valeur. Le point sert à accéder à ce qui appartient à l'objet.
• deposer, retirer, afficher sont des méthodes : des fonctions écrites à l'intérieur de la classe.

Une fois la classe définie, on crée des objets en appelant la classe comme une fonction. On donne les arguments attendus par __init__, sans self.

Dans l'appel compte_lina.deposer(100), la notation pointée se lit : « demande à l'objet compte_lina d'exécuter sa méthode deposer avec le montant 100 ». Python transmet compte_lina au paramètre self. Dans le vocabulaire de la programmation objet, on dit aussi qu'on envoie un message à l'objet. ³

Tu peux lire un attribut avec la même notation : compte_lina.solde vaut 350. Chaque objet garde son propre état : il y a deux soldes distincts en mémoire, un par instance.

Une méthode se comporte comme une fonction : elle peut recevoir des paramètres, effectuer des calculs et renvoyer une valeur avec return. Celles qui servent à consulter l'état sans le modifier s'appellent souvent des accesseurs.

Un attribut peut lui-même être un objet, ou une structure de données comme une liste. Cela permet de construire des modèles riches : une classe Eleve peut contenir une liste de notes, une classe Bibliotheque une liste d'objets Livre. C'est précisément cette idée qui servira à construire les listes chaînées, les piles et les files des chapitres suivants.

Reprenons le compte bancaire. Rien n'empêche, en Python, d'écrire compte_karim.solde = -5000 depuis n'importe où dans le programme. On contourne alors la vérification faite dans retirer, et l'objet se retrouve dans un état absurde.

L'encapsulation est l'un des principes de la programmation par objets. ³ Son idée : l'objet protège son état interne, et le reste du programme ne le modifie qu'en passant par les méthodes que la classe propose. Ces méthodes forment l'interface de la classe : ce qu'on a le droit d'utiliser sans connaître le détail du fonctionnement interne.

Par convention, en Python, on signale qu'un attribut est réservé à l'usage interne de la classe en faisant commencer son nom par un tiret bas : self._solde. Ce n'est qu'une convention de lecture, qui indique aux autres programmeurs « ne touche pas directement ». On propose alors des méthodes d'accès, par exemple consulter().

class CompteBancaire:
    def __init__(self, titulaire, solde):
        self.titulaire = titulaire
        self._solde = solde

    def consulter(self):
        return self._solde

    def deposer(self, montant):
        if montant > 0:
            self._solde = self._solde + montant

La difficulté principale n'est pas la syntaxe, mais le choix des objets. Il s'agit de représenter les objets et leurs relations : c'est leur interaction qui permet de réaliser les fonctionnalités attendues. ³ L'étape de modélisation a donc une importance majeure. ³ On parle d'ailleurs d'analyse et de conception orientées objet, qui précèdent l'écriture du code. ³

Au milieu des années 1960, deux chercheurs norvégiens, Ole-Johan Dahl et Kristen Nygaard, ont lancé cette approche avec Simula 67, un langage qui offrait déjà les classes, les objets, l'héritage et le polymorphisme. ³ Alan Kay a repris ces principes dans Smalltalk et a donné son nom au paradigme. ³ Smalltalk a vu le jour en 1972 au centre de recherche de Xerox. ⁴

La POO a gagné en popularité en 1983 grâce à C++, un langage dont l'usage rappelle volontairement celui du C. ⁴ Java, conçu par Sun Microsystems en 1995, visait d'abord le développement d'applications pour le web. ⁴ Quant à la théorie qui décrit proprement ces principes, elle est plus tardive : elle se met en place au fil des années 1980, puis surtout dans la décennie suivante. ³

Les principes de la programmation par objets cités pour Smalltalk sont : objet, encapsulation, messages, typage et polymorphisme. L'héritage est vu comme dérivé de ces principes ou comme une manière de les mettre en œuvre. ³ Dans Smalltalk, tout est objet, même les classes. ³

Pour aller plus loin que le strict programme, retiens l'intuition de ces deux notions :

• l'héritage : une classe peut en reprendre une autre pour la compléter. Une classe Eleve pourrait reprendre tout ce que définit une classe Personne et y ajouter ses notes ;
• le polymorphisme : des objets de classes différentes peuvent répondre à une même méthode, chacun à sa façon.

La POO n'est pas réservée à Python : on la retrouve aussi en PHP, par exemple. ³ Elle sert aussi à bâtir des architectures de logiciels, comme le modèle MVC (Modèle Vue Contrôleur) en PHP, où les modèles représentent des objets. ³ La notion d'objet est de plus utilisée pour la conception de logiciels et pour les bases de données orientées objet, qui stockent durablement des objets. ⁴