Premiers pas avec Spyder 5

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Cette page est écrite pour permettre à des débutants avec l'éditeur de code Spyder5 de bien démarrer, en utilisant le langage Python comme exemple.

Spyder 5, un environnement de développement python

Spyder est un environnement de développement (ou IDE) scientifique écrit en python pour le langage Python.

Installation

Spyder5 est installé par défaut sur les machines de l'Ensimag.

Pour l'installer sur vos machines personnelles, il suffit de récupérer le programme d'installation tout-en-un sur https://www.spyder-ide.org/#section-download. Si besoin, le guide officiel d'installation se trouve ici : https://docs.spyder-ide.org/current/installation.html.

Pour les soucis spécifique, nous noterons cela ici :

  • Mac OS
    • Impossible d'ouvrir Spyder.app car le développeur ne peut pas être vérifié : Preferences > sécurité et confidentialité > onglet "General" en bas : Ouvrir quand même

Le reste du tutoriel sera sur Spyder 5 sur Ubuntu dans l'environnement Ensimag. Rassurez-vous ce sera très proche de ce que vous aurez sur vos machines personnelles (Windows, Mac, Autre linux)

17:19

1er lancement

La figure suivante présente comment lancer Spyder dans Ubuntu.

01 Spyder Lancement copie.png

L'interface Utilisateur

inspiré de https://docs.spyder-ide.org/current/quickstart.html et du menu Help > Introduction Tour

La figure suivante présente l'interface utilisateur de Spyder5 et l'agencement par défaut des différents éléments le constituant. Découvrons ces principaux constituants :

02 Spyder Layout copie.png

Les zones les plus importantes sont :

  • Toolbar : la barre des Tâches permet un accès rapide aux actions les plus fréquentes comme ouvrir, sauvegarder, exécuter et débogguer un fichier
  • Editor: L'éditeur qui offre des fonctionnalités pour faciliter l'écriture de code comme la coloration syntaxique, la complétion automatique, la possibilité d'ouvrir plusieurs fichiers, une zone à gauche de numéros de ligne où des avertissements/erreurs peuvent être indiqués, ...
  • IPython Console: une console permettant de voir le résultat de l'exécution du code soit du code du fichier en cours d'édition soit de commandes directement saisies de manière interactive
  • Variable Explorer: L'explorateur de variables permet de voir et d'éditer les variables générées lors de l'exécution d'un programme ou de commandes dans la consoles IPython


Pour découvrir rapidement ces zones de manière interactive ainsi que le reste des zones :

Pour plus de détails concernant chaque panneau, la documentation offre une section "PANES IN DEPTH".

Si la configuration par défaut (taille de police, couleurs, ...) ne vous conviennent pas, vous pouvez personnaliser l'interface Utilisateur. Par exemple, si vous souhaitez plutôt avoir un spyder avec un arrière-plan noir plutôt que blanc, il suffit de choisir dans Tools > Preferences > Appearance > (ou Spyder > Preferences sous MacOS):

  • "Interface": Dark
  • "Syntax highlighting theme": Spyder Dark
  • et cliquer sur le bouton Apply

Vous pouvez également changer la langue par défaut du Français vers l'Anglais via Preferences > Application > Onglet "Advanced Settings" - Language. En cas de souci avec l'IHM, on trouve généralement dans un moteur de recherche plus de pages pertinentes avec des mots clés en anglais.

Partons à la découverte de ces différentes zones sur des exemples de code.

La Toolbar

La Toolbar peut être décomposé en 4 zones.

03 Spyder Toolbar copie 2.png

La zone FICHIER contient 4 icônes permettant de :

  • de créer un fichier
  • d'ouvrir un fichier existant
  • de sauvegarder le fichier en cours d'édition
  • de sauvegarder tous les fichiers ouverts dans les onglets de l'éditeur

La zone EXECUTER contient 4 icônes permettant de :

  • d'éxécuter le fichier en cours d'édition (F5)
  • d'exécuter la cellule courante (Ctrl+Entrée)
  • d'exécuter la cellule courante et de passer à la suivante (Shift+Entrée)
  • d'exécuter la sélection ou le bloc de lignes (F9)

...


L'interprète Python

Evaluation de quelques expressions

Au lancement de Spyder, la Console IPython apparaît en bas à droite de la fenêtre. Dans un premier temps, nous ignorerons tout le reste. Vous pouvez taper des commandes interactives :

2+2
2 + 3 * 4
(2 + 3) * 4
10 / 3
10 // 3
10 % 3

Utilisation de variables

Évaluez maintenant les expressions suivantes (dans cet ordre) :

x = 42
y = x + 1
x
y


Vous pouvez remarquer que, dans l'onglet "Variable Explorer" au dessus de la console, les variables créées apparaissent avec leur valeur à la dernière exécution.


L'éditeur

Au lancement, l'éditeur de texte (partie gauche de la fenêtre) est ouvert sur un fichier Python vide. Il est fortement déconseillé d'utiliser ce fichier ouvert par défaut : il se trouve caché dans un répertoire spécifique à Spyder, vous risquez de ne pas le retrouver si vous y mettez des choses importantes.

La première action à faire après le lancement de Spyder est donc de créer un nouveau fichier (menu « Fichier », « Nouveau Fichier ») et de l'enregistrer pour lui donner un nom.

Il y a également la possibilité d'ouvrir un fichier .py directement avec Spyder depuis l'explorateur (Windows) ou le Finder (Mac OS X)

Entrez dans l'éditeur le programme suivant (vu à un semestre passé) et sauvegardez le sous le nom fibonacci.py:

a = 0
b = 1
while b < 10:
    print(b)
    c = a + b
    a = b
    b = c

Revenons rapidement sur la notion d'"Éditeur de texte". Vous avez sûrement déjà utilisé un "Traitement de texte", qui permet de taper du texte, de le mettre en forme (gras, italique, taille et choix des polices, …). Un éditeur de texte édite du texte brut : pas de mise en forme, pas de dessins, juste du texte. Une suite de caractères, quoi. Mais en informatique, on trouve du texte brut partout : langage de programmation, fichiers de configuration de beaucoup de logiciels, …

On pourrait essayer d'éditer le texte d'un programme Python avec un traitement de texte classique, mais on aurait énormément de fonctionnalités inutiles, et par contre, il manquerait énormément de choses. L'éditeur de Spyder fournit toutes ces fonctionnalités indispensables pour écrire du code Python et nous allons aborder ces différentes fonctionnalités dans la suite de ce tutoriel.

Coloration syntaxique

Premier constat : les mots-clés du langage (while, print, …) sont en couleur. Ah, mais on avait pourtant dit qu'il n'y avait pas de mise en forme dans un fichier texte ?!? Et non, il n'y a pas de couleurs dans le fichier, mais Spyder nous l'affiche quand même avec des couleurs.

Indentation

L'indentation (espaces en début de ligne) est cruciale en Python : c'est ce qui détermine où se trouve la fin d'un bloc de code. Sur notre exemple, le code de la boucle while se termine à la fin du bloc indenté. Elle commence par print(b) et finit par b=c.

Spyder vous aide à indenter/désindenter votre code python. Pour indenter une ligne de code il suffit de placer le curseur au début de la ligne et d'appuyer sur la touche de tabulation (TAB). Pour effectuer l'opération inverse, il suffit d'appuyer sur Shift + TAB.

Notez que vous pouvez déplacer le curseur rapidement à l'aide du clavier. Par exemple vous pouvez vous déplacer de mots en mots avec les combinaisons Ctrl + Fleche Gauche/Droite. Vous pouvez aussi aller aux début et fin de lignes en utilisant les touches Début et fin de lignes (flèches en diagonales vers le haut ou le bas).

Pour indenter/désindenter plusieurs lignes, Spyder vous aide aussi. Il vous suffit de sélectionner les lignes que vous souhaitez indenter et d'appuyer sur la touche TAB pour indenter ou Shift + TAB pour désindenter (ou via le menu Edit > Comment/Uncomment).


De la même manière, si vous voulez sélectionner plusieurs lignes de codes au clavier, vous pouvez utiliser la combinaison Shift + Fleche Haut/Bas.

Vous avez également la possibilité de déplacer a une ligne (ou sélection de lignes) de code vers le haut ou le bas en utilisant la combinaison Alt + Fleche Haut/Bas.

Commentaires

Un exemple vous est donné plus loin.

Complétion et Snippets

Spyder embarque un plugin Kite qui vous fait des suggestions au fur et à mesure que vous saisissez du code.

Par exemple si dans votre fichier, vous commencer à taper for une boite de dialogue dans laquelle il y a cinq suggestions :

  • ->| for (keyword)  : détails sur le mot-clé "for"
  • ->| format(o, format_spec) (function) : propose la fonction format, sa définition et ses paramètres
  • ->| format (keyword)  : remplace for par format
  • ->| for (range) (snippet)  : remplace for par la snippet associée
  • ->| for (iterator) (snippet)  : remplace for par la snippet associée

Si vous choisissez le snippet for (range), un squelette de code (snippet) vous est proposé automatiquement pour la boucle for :

for i in range(0, n):
    pass

Cela peut-être pratique si vous oubliez la syntaxe associé à un mot-clé en particulier ou les paramètres d'une fonction.

Si vous tapez import num, le module numpy vous est proposé automatiquement.

Exécution

Pour l'exécuter, tapez la touche F5 (en haut du clavier). Spyder vous proposera d'enregistrer le fichier, faites-le et si ce n'est pas déjà fait, donnez-lui un nom explicite, par exemple fibonacci.py.

Vous devriez voir apparaître dans le panneau « Console » (en bas à droite de la fenêtre Spyder) quelque chose comme :

In [1]: runfile('fibonacci.py', wdir=r'/tmp') 1 1 2 3 5 8 In [2]:


runfile('fibonacci.py', wdir=r'/tmp') indique que le résultat sous-jancent est le résultat de l'exécution du fichier fibonacci.py dans le répertoire de travail /tmp. cela peut être important si le fichier a des dépendances à d'autres fichiers.

Essayez d'ajouter une erreur dans ce programme, par exemple remplacer print(b) par print(b (suppression de la parenthèse fermante).

Enregistrez le fichier. Spyder vous signale une erreur avec une croix rouge dans la marge à la ligne sous le print.

On peut tout de même tenter une exécution : Spyder vous signale alors une erreur de syntaxe dans le panneau « Console ». En cliquant sur la partie du message d'erreur avec la ligne correspondante ( File "chemin_vers_fichier/fibonacci.py", line 12), le curseur se positionne à la bonne ligne du fichier concerné. Corrigez l'erreur (la parenthèse fermante manquante du print) et exécutez le programme.

Avec le bouton Spyder icone exec 4.png (F9), vous avez également la possibilité de n'exécuter que les lignes sélectionnées (ou la ligne courante si plusieurs lignes ne sont pas sélectionnées). Tester en sélectionnat les lignes suivantes :

print(b)
c = a + b
a = b
b = c

Vous obtenez alors le prochain nombre entier de la suite de fibonacci qui est 13.

Rappels et compléments sur les bases de Python

Affichage: print

Exercice : Entrées sorties avec print et input Créez un nouveau fichier dans l'éditeur de texte de Spyder (menu « Fichier », « Nouveau Fichier »), et entrez le programme suivant :

print("Bonjour, quelle est ton année de naissance ?")
annee = int(input()) #Saisissez votre année de naissance dans la console IPython
print("Tu as", 2019 - annee, "ans.")


Exécutez ce programme et saisissez votre année de naissance dans la console IPython. Essayez avec autre chose qu'un nombre entier. Vous obtiendrez un message d'erreur du type

ValueError: invalid literal for int() with base 10

Exercice : importance print

Essayez d'entrer les expressions ou instructions suivantes dans l'interprète interactif :

"Bonjour"
print("Bonjour")
2 + 2
print(2 + 2)

Essayez maintenant d'entrer ces 4 lignes dans un programme, dans la fenêtre de l'éditeur de texte. Exécutez ce programme ou uniquement ces lignes. Que voyez-vous ? Pourquoi ?

Les commentaires

Un commentaire est une portion du programme qui est ignorée par Python. Les commentaires sont là pour aider la relecture du programme par un être humain.

En Python, un commentaire commence par le caractère # et va jusqu'à la fin de la ligne.

Exercice : Commentaires : Modifiez le programme précédent pour en faire, par exemple :

# Cette ligne n'affiche rien :
"Bonjour"

print("Bonjour")  # Encore un commentaire
2 + 2
print(2 + 2)

# Commentaire
# sur plusieurs 
# lignes.

Pour commenter plusieurs lignes, il suffit d'écrire votre commentaire sur plusieurs lignes sans vous soucier du caractère #, de les sélectionner et de les commenter (Edit > Comment/Uncomment)

Vérifiez en exécutant le programme que son comportement n'a pas changé.

Les erreurs

Les programmeurs sont des êtres humains comme les autres, et ils ont droit à l'erreur ! Plusieurs types d'erreurs peuvent se produire :

  • Les erreurs de syntaxe, qui correspondent à des programmes qui ne sont pas grammaticalement corrects. Dans ces cas, Python refuse de commencer l'exécution du programme (il ne comprend pas ce qu'on lui demande).
  • Les erreurs à l'exécution peuvent arriver après le début de l'exécution du programme (Python comprend ce qu'on lui demande, mais il y a un problème lors de l'exécution du programme).

Exercice : Erreur de syntaxe : Essayez d'entrer le programme suivant (dans l'interprète interactif ou dans l'éditeur de texte) :

print("Début du programme")
x = 2 +
print("Fin du programme")

Essayez d'exécuter le programme. Que se passe-t-il ?

  File "/private/tmp/test2.py", line 9
    x = 2 +
           ^
SyntaxError: invalid syntax

Nous avons affaire à une erreur de syntaxe indiquée dans la marge de l'éditeur par une croix rouge avant même l'exécution. Le programme ne peut pas s'exécuter.

Exercice: Modifiez le programme ci-dessus comme ceci :

print("Début du programme")
x = 1 / 0
print("Fin du programme")

Essayez d'exécuter le programme. Que se passe-t-il ?

Début du programme
Traceback (most recent call last):

  File "/private/tmp/test2.py", line 9, in <module>
    x = 1 / 0

ZeroDivisionError: division by zero

Pas de problème de syntaxe. Le programme commence à s'exécuter d'où l'affichage de Début du programme mais une erreur d'exécution (division par zéro) l'interrompt

En Python, les vérifications d'existence et de types des variables sont faites à l'exécution. Les erreurs suivantes sont donc des erreurs à l'exécution :

x = 'Bonjour' + 42  # Can't convert 'int' object to str implicitly
x = y + z  # name 'y' is not defined

(D'autres langages comme C ou Java font ces deux vérifications au même moment que les vérification de syntaxe)

Débogage avec Spyder

Soit le programme suivant :

x = 4
y = 5

print("Avant multiplication : x =", x, "et y =", y)

resultat = 0
while y > 0:
    resultat = resultat + x
    y = y - 1
    print("Dans la boucle, resultat =", resultat)

print("Résultat :", resultat)


L'instruction print est utilisée pour observer l'exécution du programme mais il peut devenir vite fastidieux de rajouter un print à chaque fois qu'on veut connaître l'état d'une variable. Une autre méthode, plus propre, est d'utiliser un débogueur, qui permet d'observer une exécution du programme sans le modifier.


L'interface du débogueur

Pour activer le débogueur, choisissez menu « Déboguer », « Déboguer », ou bien cliquez sur le bouton Spyder icone debug 1.png] dans la barre de boutons (« Déboguer le script » en forme de bouton « play/pause », ou Control+F5). L'exécution est prête, la console affiche un nouveau prompt IPdb [1]: et indique que le débogueur est à la première ligne exécutable du programme mais rien n'a encore été exécuté : à nous d'exécuter les instructions une par une.

La barre de boutons du haut contient entre autres les actions:

  • Spyder icone debug 2.png « Run current line » (« Exécuter la ligne en cours ») pour exécuter la ligne courante sans entrer dans une fonction
  • Spyder icone debug 3.png « Step into function ... » (« Avancer dans la fonction ... ») pour exécuter la ligne courante. Si l'instruction courante est un appel de fonction, le débogueur « entre » dans la fonction et arrête l'exécution à la première ligne de la fonction
  • Spyder icone debug 3.png « Run until current function or method returns » (« Exécuter jusqu'au retour de la fonction ou méthode ») pour exécuter jusqu'à sortir de la fonction courante (très utile si on est entré par erreur dans une fonction)
  • Spyder icone debug 4.png « Continue execution until next breakpoint » exécute toutes les lignes jusqu'au prochain point d'arrêt
  • Spyder icone debug 5.png « Stop debugging ». Sort du mode débogage. La console affiche à nouveau un prompt de type In [X]:

En choisissant l'onglet « Explorateur de variables » du panneau en haut à droite de la fenêtre Spyder, on peut voir les variables du programme, leur type et leur valeur au fur et mesure de l'exécution

Exécution pas à pas

exercice: Déboguage : Exécutez pas à pas le programme avec « Exécuter la ligne en cours », jusqu'à sa fin, et observez les changements des valeurs de x, y et resultat.

C'est quand même plus efficace que mettre des print partout.

\begin{exercice}

 Une alternative intéressante : Python Tutor. Ouvrez la page
 \url{http://pythontutor.com/}, cliquez sur « Start writing and
 visualizing code now! » selectionnez Python 3, et entrez un programme
 dans le champ texte. Le bouton « Visualize execution » permet
 d'exécuter le programme pas à pas avec une visualisation graphique
 des valeurs de variables. Si vous ne voyez pas l'intérêt de Python
 Tutor pour l'instant, vous le verrez sans doute quand nous verrons
 les listes en Python.

\end{exercice}

Les points d'arrêt

L'exécution pas à pas peut devenir rapidement énervante si votre programme est grand et que vous n'êtes intéressés par l'état de vos variables à un endroit particulier du programme. D'où l'intérêt des breakpoints (point d'arrêt) !

Reprenons le même code que précédemment et imaginons que vous souhaitiez que le débogueur arrête l'exécution à chaque fois que la variable resultat est mis à jour dans la boucle while. Pour ce faire, il vous suffit de cliquer à droite du numéro de la ligne de l'instruction print("Dans la boucle, resultat =", resultat) et un point rouge fera son apparition. Vous venez de mettre un point d'arrêt !

Ensuite il ne vous reste plus qu'à déboguer le fichier et de cliquer sur Spyder icone debug 4.png pour voir comment évolue la variable resultat à chaque tour de boucle while. Le programme sort automatiquement du mode débogage en arrivant à la fin du programme

Spyder debug.gif

Programme multi-fichiers

Quand on écrit des fonctions qui sont destinées à être utilisées dans plusieurs programmes, ou lorsqu'on veut séparer les parties d'un programme (par exemple la partie qui fait le calcul, la partie qui fait l'affichage, et la partie qui fait le test), on peut séparer le programme en plusieurs fichiers .py: les modules qui ne contiennent que des fonctions, et les programmes qui utilisent les modules.


Reprenons l'exemple précédent et découpons le en 2 fichiers que nous mettrons dans le même dossier :

  • multiplication.py : le module qui va contenir la fonction multiplication
  • test_multiplication.py qui va utiliser le module multiplication

multiplication.py nous donne:

def multiplication(argument, facteur_multiplicatif):
    resultat = 0
    while facteur_multiplicatif > 0:
        resultat = resultat + argument
        facteur_multiplicatif = facteur_multiplicatif - 1
        print("Dans la boucle, resultat =", resultat)
    return resultat

test_multiplication.py:

import multiplication as mult

x = 4
y = 5

print("Avant multiplication : x =", x, "et y =", y)
resultat = mult.multiplication(x, y)
print("Résultat :", resultat)

import multiplication as mult va charger le module multiplication.py et donc exécuter son contenu créant ainsi la fonction multiplication avant d'exécuter le reste du programme. Attention à ce que le fichier multiplication.py soit bien dans le même répertoire que le fichier test_multiplication.py sinon python sera dans l'incapacité de trouver le module débouchant sur l'erreur ModuleNotFoundError :

runfile('/private/tmp/test/multiplication_test.py', wdir='/private/tmp/test')
Traceback (most recent call last):

  File "/private/tmp/test/multiplication_test.py", line 1, in <module>
    import multiplication

ModuleNotFoundError: No module named 'multiplication'

En fait, Python est fourni avec un ensemble de modules standard (appelé la bibliothèque standard), qui contiennent déjà beaucoup de fonctions. Par exemple, le module math contient une fonction sqrt (square root) que l'on peut utiliser au lieu de ** 0.5 pour calculer une racine carrée. Pour l'utiliser, il faut d'abord écrire (en début de programme) import math, puis d'appeler la fonction math.sqrt.

Ces modules standard ne se trouvent pas à l'évidence dans le répertoire courant. En fait, les modules seront recherchées par défaut dans :

  • les répertoires de sys.path. Pour avoir accès à cette variable prédéfinie dans python, il suffit de taper dans la console import sys suivi de sys.path
  • les répertoires définis par l'utilisateur via la variable PYTHONPATH : Menu Tools > PYTHONPATH Manager ou l'icône Spyder icone PYTHONPATH.png de la Toolbar
  • le répertoire du fichier en cours d'exécution : Cela correspond à notre exemple ci-dessus. Cette option est paramétrée dans Tools > Preferences > Run - Working directory settings