formations/AlgoApprofondie/cours/modules.txt

La programmation modulaire
===========================

Il s'agit de décomposer un grand programme en
morceaux (**modules**) connectés entre eux par des **interfaces** bien
définies.

Ces modules doivent être aussi indépendants que possible.

module

    ensemble de ressources  liées sémantiquement

interface

    mode d’emploi du module, avec en plus un principe de masquage
    des informations (partie publique, partie secrète)


Signatures, type abstrait et langage de modules : la programmation modulaire 
permet d'aller très loin dans la programmation structurée.


Définir des fonctions dans un fichier séparé
--------------------------------------------

Les fonctions peuvent être définies dans un fichier et le programme dans un
autre fichier séparé. Dans ce cas, pour pouvoir être exécuté directement avec
la commande python `nomfichierprogramme.py`, le fichier du programme doit
importer d’abord les fonctions du fichier dans lequel les fonctions sont
définies.

1. Fichier de fonctions
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

.. code-block:: python

    # Fichier foncmaxliste.py
    # Recherche le premier élément maximal dans une liste ou
    #dans une chaine de caractères
    def max_list(L) :
        k = len(L)
        max, x = L[0], 0
        i = 1
        while i < k :
        if max < L[i]:
        max = L[i]
        x = i
        i = i + 1
        return max, x

2. Fichier de programme
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

Pour utilser les fonctions définies dans d’autres fichiers, le fichier de
programme doit commencer par les instructions qui importent ces fichiers de
fonctions ou directement les fonctions de ces fichiers. Dans la syntaxe
ci-dessous, on importe une ou toutes les fonctions du fichier `foncmaxlist.py`.

.. code-block:: python

    # Fichier progmaxlist.py
    from foncmaxliste import max_list
    # ou plus simple:
    # from foncmaxliste import *
    print max_list([4,5,6,9,12,5,10,3,18,5,6,7])
    couple = max_list([4,5,6,9,12,5,10,3,18,5,6,7])
    print ’Max de L est ’, couple[0]
    print ’et se trouve à la position ’, couple[1]
    print max_list(’totovaaumarche’)
    couple = max_list(’totovaaumarche’)
    print ’Max de L est ’, couple[0]
    print ’et se trouve à la position ’, couple[1]

Au lieu d’importer les fonctions, on peut importer le fichier qui définit les
fonctions avec la syntaxe qui suit. Dans ce cas, le fichier de programme sera
changé comme suit :

.. code-block:: python

    # Fichier prog2maxlist
    import foncmaxliste
    print foncmaxliste.max_list([4,5,6,9,12,5,10,3,18,5,6,7])
    # la syntaxe indiquant le chemin d’acces a la fonction max_list utiliser ‘‘.’’
    couple = foncmaxliste.max_list([4,5,6,9,12,5,10,3,18,5,6,7])
    print ’Max de L est ’, couple[0]
    print ’et se trouve à la position ’, couple[1]
    print foncmaxliste.max_list(’totovaaumarche’)
    couple = foncmaxliste.max_list(’totovaaumarche’)
    print ’Max de L est ’, couple[0]
    print ’et se trouve à la position ’, couple[1]

L’exécution directe du premier fichier de programme::

    python prog max list.py

L’exécution directe du seconde fichier de programme::

    python prog2 max list.py

Définition de l'implémentation d'un module
-------------------------------------------

Tout fichier qui contient au moins une définition d’une fonction ou d’une
variable est appelé un module (une bibliothèque). Le nom du module est le nom
du fichier enlevé le suffixe `.py`. Ainsi, un fichier de programme qui contient
au moins une définition d’une fonction ou un fichier qui ne contient que des
définition de fonctions sont des modules. On peut importer un module ou des
fonctions ou variables d’un module dans un programme, comme nous avons vu dans
les exemples ci-dessus.

.. important:: on peut importer un module, ou bien lancer un module en tant que
               programme executable

.. code-block:: python

    if __name__ == '__main__':
        main()

Pour faciliter la programmation, Python définit un certain nombre de **modules internes**,
appelés les builtins (la librairie standard).

Par exemple :

– Lors de l’ouverture d’une session interactive, on est dans un module interne nommé
  main . Toutes les variables définies par affectation au niveau de ce module sont valides
  globalement dans la session.

– D’autres modules internes sont string, math, random

Dans une session de travail sous l’interpréteur Python, la première importation d’un mo-
dule qui, à part des fonctions qu’elle définit, contient des instruction de programme fait
exécuter ces instructions. Dans la même session, les importations suivantes ne font pas
exécuter ces instructions. Pour les exécuter, on utilise la fonction reload(nomdumodule)
(sans sufffixe .py).

Exemples d'interface
--------------------

::

  type: son type
  arguments
    arg1 : description de l'argument 1
    arg2 : description de l'argument 2
  préconditions:
    arg1 > 10
  postconditions:
    result < 19
  raises: TypeError, AssertionError, SystemError...
  test: tests nominaux pour chaque cas spécifié

- L'interface racine carrée

::

  racine:
    type: float -> float
    arguments x: float, flottant dont on veut calculer la racine
    pré: x >= 0
    test: racine 25.0 -> 5.0 ; racine (-25) -> raises TypeError

- L'interface `lendemain`

Il faut définir auparavant un type spécifique appelé `date`

::

  lendemain: le lendemain est la date qui désigne
    le jour suivant de la date passée en argument
    type: date -> date
    arguments :
      d: date
      description: la date dont on veut calculer le lendemain

Le langages des modules
-------------------------

.. code-block:: ocaml

    module type PILE = (* signature (interface) du module *)
    sig
        type ’a t
        val create : unit -> ’a t
        val push : ’a -> ’a t -> unit
        val pop : ’a t -> ’a
    end

    (* implémentation du module *)
    module Pile : PILE = (* le module est restreint
    par la signature PILE *)
    struct
        type ’a t = ’a list ref
        let create () = ref []
        let push x p = p := x::!p
        let pop p = match !p with [...]
        let rec print p = match p with [...]
    end

- `struct .. end` introduit une collection de définitions, valeurs, types ou modules.
   C'est une **structure**.

- `module Nom = struct .. end` permet de donner un nom à cette structure et
  c'est ça un module. C'est une structure nommée.

- `sig ... end` introduit une signature de module : une interface pour un module.

On restreint souvent une structure par une signature pour "cacher" certaines
définitions. Une signature de module fournit une **interface** entre l'extérieur
et l'intérieur d'un module.

En dehors du module, on accède à ses composants grâce à la notation pointée

.. code-block:: ocaml

    let p = Pile.create()
    Pile.push 45 p

Les foncteurs
--------------

Si un langage possède un langage de modules, on peut aller plus loin : on peut
considérer un module comme étant une expression de base du langage.

- La signature d'un module peut être considérée comme le type du module
- La structure du module peut être considéré comme sa valeur

Quel est l'intérêt ? On peut alors définir des **foncteurs**.

foncteur

    "fonction" d'une structure vers une autre structure.
    On peut ainsi paramétrer un module par un autre module.

.. code-block:: ocaml

    module Nom (M1 :S1 ) (M2 :S2 ) (M3 :S3 ) ... =
    struct
    ...
    end

On applique un foncteur à des paramètres modules, pour
obtenir un nouveau module :

.. code-block:: ocaml

    module M = F (Titi) (Toto)


Contrainte de type par signature
------------------------------------

::

      module M =
        struct
          type t = int * int * int ;;
          let make d m y = d, m, y ;;
        end ;;

      let d = M.make 8 5 8 ;;

      module type S =
        sig
          type t ;;
          val make : int -> int -> int -> t ;;
        end ;;

      module MS  = (M:S) ;;

      MS.make 5 1 2 ;;

Type et signature
------------------

::

      # module type A = sig
        val a: int -> int
        end ;;
      module type A = sig val a : int -> int end
      # module B = struct
        let a x = x + 1 ;;
        end;;
      module B : sig val a : int -> int end
      # module C = (B:A) ;;
      module C : A

      # C.a 2 ;;
      - : int = 3
      #

Module auquel on impose une signature
-----------------------------------------


::

      module  type DATE = sig
            type t
            val make: int -> t
            val get_year: t -> int
            val get_month: t -> int
            end ;;

      module MR = struct
          type t = int * int
          let make x y = (x, y)
          let get_month (x, y) = x
          let get_year (x, y) = y
      end ;;

      module date = (MR:DATE) ;;