Python, la tête dans les étoiles

Aujourd’hui, un article écrit par Kevin Samuel sous licence Creative Commons qui m’a bien aidé lors de mes débuts en python à comprendre les étoiles et notamment les fameux f(*args, **kwargs):

L’utilisation du signe étoile (*) en Python est très simple, mais certains cas sont peu intuitifs. Les nouveaux venus ont souvent besoin d’un peu plus
d’explications que ce que donne la doc. Les utilisateurs d’autres langages sont généralement déroutés car ils sont habitués certaines fonctionnalités qu’on ne retrouvent pas en Python.

Ce que « * » ne permet pas de faire

Il n’y a pas de pointeurs en Python, et les passages par références sont automatiques. Du coup :

mon_objet = MaClasse()
mon_pointeur = *mon_objet
ma_valeur = **mon_pointeur

N’existe pas en Python. On ne peut pas récupérer un pointeur. On ne peut pas choisir si l’on passe une variable par valeur ou par référence. Tout est automatique et transparent.

Les usages basiques de « * »

La multiplication et la puissance fonctionnent comme on l’attend :

>>> print(2*3) # multiplier 2 par 3
6
>>> print(2**3) # élever 2 à la puissance 3
8

Mais déjà, Python se démarque du lot car l’opérateur * est surchargé par défaut, et peut s’appliquer aux chaînes de caractères et aux listes. Pour les chaîne, c’est simple :

>>> print("a" * 3) # on peut multiplier une chaîne par un nombre, et cela donne une chaîne
aaa
>>> print("a" ** 3) # ça ne marche pas avec les puissances
TypeError: unsupported operand type(s) for ** or pow(): 'str' and 'int'

Pour les listes, c’est plus subtil. Une liste de nombres se multiplie sans y penser :

>>> l = [0, 1, 3]
>>> print(l * 2) # on peut multiplier une liste par un nombre, cela donne une liste
[0, 1, 3, 0, 1, 3]
>>> print(l ** 2) # ça ne marche pas avec les puissances
TypeError: unsupported operand type(s) for ** or pow(): 'list' and 'int'

En revanche, multiplier une liste d’objets modifiables ne fait que répéter la référence vers cet objet:

>>> l = [{}] # on fait une liste contenant un dictionnaire
>>> dicos = l * 3 # on peut multiplier une liste par un nombre, cela donne une liste
>>> print(dicos)
[{}, {}, {}]

On a l’impression que le comportement est le même que précédemment, en fait pas du tout. Ici on a pas une liste de 3 dictionnaires, mais une liste de 3 références vers le même dictionnaire. Si on modifie le premier élément de la liste, tous sont modifiés :

>>> d = dicos[0] # on récupère ce qu'on croit être le premier dictionnaire
>>> d["Nouvelle cle"] = "Nouvelle valeur" # on le modifie
>>> print(dicos) # afficher la liste montre que les 3 dictionnaires sont en fait un seul et même objet
[{'Nouvelle cle': 'Nouvelle valeur'},
 {'Nouvelle cle': 'Nouvelle valeur'},
 {'Nouvelle cle': 'Nouvelle valeur'}]

Unpacking

Python intègre une fonctionnalité, l’unpacking, qui permet de prendre chaque élément d’une séquence et de les attribuer à des variables distinctes, d’un seul coup. C’est un raccourcis très pratique :

>>> drapeau = ("bleu", "blanc", "rouge") # ici on utilise un tuple, mais ça marche avec les listes
>>> premiere_couleur = drapeau[0]
>>> deuxieme_couleur = drapeau[1]
>>> troisieme_couleur = drapeau[2]
>>> print(premiere_couleur)
'bleu'
>>> print(deuxieme_couleur)
'blanc'
>>> print(troisieme_couleur)
'rouge'
>>> couleur1, couleur2, couleur3 =  drapeau # la même opération, en une ligne grace à l'unpacking
>>> print(couleur1)
'bleu'
>>> print(couleur2)
'blanc'
>>> print(couleur3)
'rouge'

Vous n’avez rien à faire, l’unpacking est automatique : il suffit de mettre à gauche du signe « = » le même nombre de variables qu’il y a d’éléments dans la séquence à droite du signe « = ». Dans le cas contraire, Python râle :

>>> un, deux = drapeau
ValueError: too many values to unpack
>>> un, deux, trois, quatre = drapeau
ValueError: need more than 3 values to unpack

Quel rapport avec « * » ? Et bien il permet de forcer l’unpacking dans le cas où c’est ambigüe. Faisons une petite fonction de test qui ne fait qu’afficher chacun de ses paramètres :

>>> def afficher_trois_elements(elem1, elem2=None, elem3=None):
...     print(elem1)
...     print(elem2)
...     print(elem3)
...	
...	
>>> afficher_trois_elements(drapeau)
('bleu', 'blanc', 'rouge')
None
None

Passer drapeau affiche logiquement le tuple comme premier paramètre, et ensuite les valeurs par défaut du premier et du second paramètre.

En utilisant « * », nous pouvons forcer l’unpacking de telle sorte que les valeurs du tuple soient passées individuellement comme autant de paramètres :

>>> afficher_trois_elements(*drapeau)
bleu
blanc
rouge

Très pratique quand vous utilisez une collection tout au long du programme pour vous éviter de sans cesse trainer des variables intermédiaires. D’autant que ça marche combiné aux slices :

>>> l = [1, 2, 3, "element que l'on ne veut pas"]
>>> afficher_trois_elements(*l[:-1])
1
2
3

Encore mieux, on peut utiliser « ** » pour forcer l’unpacking des dictionnaires. Les valeurs du dictionnaires deviennent les valeurs des paramètres, mais cette association se fait par nom : chaque clé du dictionnaire doit correspondre à un nom de paramètre. Ainsi :

>>> elements = {"elem1" : "eau", "elem2" : "feu", "elem3" : "air"} # les clés ont le bon nom
>>> afficher_trois_elements(**elements)
eau
feu
air

Si une clé ne possède pas le nom adéquat, tout plante :

>>> elements = {"elem1" : "eau", "elem2" : "feu", "rien_a_voir" : "air"}
>>> afficher_trois_elements(**elements)
TypeError: afficher_trois_elements() got an unexpected keyword argument 'rien_a_voir'

Une autre erreur courante est d’utiliser « * » avec un dictionnaire. Dans ce cas l’unpacking fonctionne, mais comme itérer sur un dictionnaire donne une liste de clés, c’est comme si vous passiez une liste en paramètres contenant les clés :

>>> elements = {"elem1" : "eau", "elem2" : "feu", "elem3" : "air"}
>>> afficher_trois_elements(*elements)
elem2
elem3
elem1

Si vous donnez moins de valeurs qu’il n’y a de paramètres, Python remplit tout ce qu’il peut :

>>> afficher_trois_elements(*drapeau[:-1])
bleu
blanc
None
>>> elements = {"elem1" : "eau"}
>>> afficher_trois_elements(**elements)
eau
None
None

Dans le cas inverse – si i il y a plus d’élements que de paramètres – Python refuse les séquences, mais fait au mieux avec les dictionnaires :

>>> forces = ("rouge", "bleu", "jaune", "rose", "vert")
>>> afficher_trois_elements(*forces)
TypeError: afficher_trois_elements() takes at most 3 arguments (5 given)
>>> elements = {"elem1" : "eau", "elem2" : "feu", "elem3" : "air", "elem3" : "terre"}
>>> afficher_trois_elements(**elements)
eau
feu
terre

Paramétrage dynamique

Il est parfois pratique de définir une fonction qui accepte un nombre infini d’arguments. Par exemple, on a une fonction qui multiplie ses arguments entre eux :

>>> def multiply(a, b):
...     return a * b # attention, là on utilise « * » pour multiplier, ne cherchez rien de compliqué ;-)
...	
>>> print(multiply(2, 3))
6

Bien sûr, si on veut rajouter un troisième paramètre, il faut la réécrire. Pareil pour un quatrième. Finalement, on finit par demander de passer une liste pour permettre un nombre arbitraire :

>>> def multiply(elements_a_multiplier):
...     res = 1
...     for i in elements_a_multiplier:	
...         res = res * i	
...     return res	
...	
>>> multiply((1, 2, 3, 4))	
24

Et bien sachez qu’il existe une autre possibilité, autoriser l’ajout d’une infinité de paramètres ! Cela se fait bien sur avec « * ».

>>> def multiply(*tous_les_elements): # on ne change pas grand chose, on rajoute juste « * »	
...     res = 1	
...     for i in tous_les_elements):	
...         res = res * i	
...     return res	
...	
>>> multiply(1, 2, 3)	 # mais plus besoin d'une séquence !	
26	
>>> multiply(1, 2, 3, 4, 5)	
120

Comment ça marche ? C’est simple, tout les arguments sont stockés dans une liste, et cette liste est le paramètre que l’on a désigné par « * ».

Ce système très puissant peut être utilisé conjointement avec des paramètres normaux :

>>>def afficher(elem1, elem2, *elemx):	
...    print(elem1)	
...    print(elem2)	
...    for e in elemx :	
...        print("(*) %s" % e)	
...	
>>> afficher("Toi", "Moi", "Luke", "Anakin", "Obi Wan", "Robert")	
Toi	
Moi	
(*) Luke	
(*) Anakin	
(*) Obi Wan	
(*) Robert

La seule condition est de mettre « * » sur un paramètre situé après tous les autres. « * » est toujours en dernier, et il n’apparait qu’une seule fois. Enfin, il existe une convention pour le nom de cet argument : « *args ».

Bonne nouvelle, on peut utiliser aussi « ** ». Comme on peut s’y attendre, il permet de récupérer aussi une infinité de paramètres, mais sous forme de dictionnaire. Cela signifie qu’il ne récupère que les paramètres nommés :

>>> def afficher_recette(recette, **ingredients): # ingrédients sera un dictionnaire	
...     print(recette)	
...     for ingredient in ingredients.iteritems():	
...                     print " - %s : %s" % ingredient	
...	
>>> afficher_recette("moukraines à la glaviouse",	
...                             creme="trop", # on doit donner le nom de ce paramètre	
...                             moukraines= "suffisamment",	
...                             glaviouse="si disponible") # mais l'ordre des paramètres importe peu	
moukraines à la glaviouse	
 - glaviouse : si disponible	
 - creme : trop	
 - moukraines : suffisamment

Il faut également mettre « ** » après tous les autres arguments. La convention pour nommer ce paramètre est « **kwargs », pour « keyword arguments ».

Enfin, on peut mélanger tout ça d’un coup :

>>> def affichage_hybride(parametre_normal,	
...                                   parametre_avec_default="valeur par défaut",	
...                                   *args,	
...                                   **kwargs):	
...     print(parametre_normal)	
...     print(parametre_avec_default)	
...     print(args)	
...     print(kwargs)	
...	
>>> affichage_hybride("param1", "param2", "infini1", "infini2", kwinfini1=1, kwinfini2=2)	
param1	
param2	
('infini1', 'infini2')	
{'kwinfini1': 1, 'kwinfini2': 2}

On doit absolument mettre les paramètres dans cet ordre :

  1. paramètres normaux et obligatoires;
  2. paramètres normaux facultatifs (valeur par défaut);
  3. paramètres dynamiques;
  4. paramètres dynamiques nommés.

En plus, cela permet en effet de faire jouer les valeurs par défaut de manière très souple :

>>> affichage_hybride("param tout seul")	
param tout seul	
valeur par défaut	
()	
{}

Si vous vous sentez à l’aise avec tout ça, vous pouvez mélanger plusieurs usages de « * » d’un coup. Je vous laisse donc en guise de conclusion un petit combo qui utilise un code précédent:

>>> def multiply(*args):	
...     res = 1	
...     for i in elements_a_multiplier:	
...         res = res * i	
...     return res	
...	
>>> print(multiply(*([2]*6)) == 2**6)	
True

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