Introducció a Python, Apuntes de Lenguajes de Programación

¡Descarga Introducció a Python y más Apuntes en PDF de Lenguajes de Programación solo en Docsity!

Introducci´o a la programaci´o

Versi´o preliminar

Jeffrey Elkner Allen B. Downey Chris Meyers

Antoni Soto-Riera Marc Vigo-Anglada Sebasti`a Vila-Marta

Jordi Vives

1 de desembre de 2011

Aquest llibre ´es una obra derivada de l’original “How to Think Like a Computer Scientist. Learning with Python 2nd Edition” de Jeffrey Elkner, Allen B. Downey i Chris Meyers. L’original pot ser consultat seguint l’enlla¸c http://openbookproject.net/thinkcspy.

La composici´o d’aquest llibre s’ha realitzat amb LATEX i els fonts corresponents es poden trobar seguint aquest enlla¸c http://devel.cpl.upc.edu/infodocs

Copyright del text original ©c Jeffrey Elkner, Allen B. Downey and Chris Meyers. Copyright de la traducci´o i l’obra derivada ©c Antoni Soto-Riera, Marc Vigo-Anglada, Sebasti`a Vila-Marta i Jordi Vives.

Permission is granted to copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.3 or any later version published by the Free Software Foundation; with Invariant Sections being Foreward, Preface, and Contributor List, no Front-Cover Texts, and no Back-Cover Texts. A copy of the license is included in the section entitled “GNU Free Documentation License”.

Sumari

Pr`oleg

Per David Beazley

Com a educador, investigador i autor, estic complagut de poder veure la consecuci´o d’aquest llibre. Python ´es un llenguatge de programaci´o divertit i extremadament facil d’usar que ha guanyat en popu- laritat a un ritme constant els ´ultims anys. Desenvolupat ara fa uns deu anys per Guido van Rossum, la sintaxi simple de Python aix´ı com la filosofia general provenen majoritariament d’ABC, un llenguatge orientat a l’ensenyament desenvolupat als anys 80. No obstant aixo, Python tamb´e va ser creat per solucionar problemes reals i pren una amplia varietat de caracter´ıstiques de llenguatges de programaci´o tals com C++, Java, Modula-3 i Schema. Degut a aixo, una de les caracter´ıstiques m´es remarcables de Python ´es la seva gran capacitat d’atreure desenvolupadors de programari professional, cient´ıfics, investigadors, artistes i educadors.

Malgrat aquesta atracci´o per Python per part de moltes comunitats, pot ser que encara et preguntis: Per que Python? O, per que ensenyar programaci´o amb Python? Contestar aquestes preguntes no ´es una tasca senzilla (especialment quan l’opini´o popular pertany al b`andol de les alternatives m´es masoquistes com C++ i Java). No obstant, crec que la resposta m´es directa ´es que programar en Python ´es simplement molt m´es divertit i productiu.

Quan imparteixo cursos d’enginyeria informatica, m’interessa tractar una serie de conceptes importants i tamb´e que el material sigui interessant i que enganxi als estudiants. Malauradament, existeix la tendencia en els cursos introductoris de programaci´o a centrar l’atenci´o en l’abstracci´o matematica i a fer que els estudiants esdevinguin frustrats pels molestos problemes relacionats amb detalls de baix nivell sobre sintaxis, compilaci´o i el fet de complir una serie de normes aparentment rebuscades. Tot i que aquesta abstracci´o i formalisme s´on importants per als enginyers de software i per als estudiants que tinguin intenci´o de continuar els seus estudis d’enginyeria informatica, fer aquest tipus d’aproximaci´o en un curs introductori, en gran part, nom´es aconsegueix convertir en avorrida l’enginyeria informatica. Quan imparteixo un curs, no vull tenir una classe amb alumnes insulsos. M’agradaria molt m´es veure’ls intentar resoldre problemes interessants mitjan¸cant l’exploraci´o de diverses idees, provant aproximacions no convencionals, trencant les normes i aprenent dels errors. Volent fer aixo, no m’interessa malbaratar la meitat del semestre intentant resoldre obscurs problemes sint`actics, errors de compilaci´o inintel.ligibles o els centenars de formes en que un programa pot generar una fallida de protecci´o general.

Una de les raons per les que a mi m’agrada Python ´es que proporciona un molt bon equilibri entre el que ´es practic i el que ´es conceptual. Degut a que Python ´es interpretat, els principiants poden agafar el llenguatge i comen¸car a desenvolupar coses senzilles immediatament sense haver de perdre temps en compilacions i enlla¸caments. A m´es, Python ve amb una amplia varietat de llibreries i moduls que es poden usar per fer tot tips de tasques que van des de la programaci´o web fins als grafics. Tenir aquest tipus d’orientaci´o practica ´es una bona manera d’atraure els estudiants i els hi permet completar projectes significatius. No obstant, Python tamb´e pot servir com a base per introduir conceptes importants d’enginyeria informatica. Donat que Python suporta completament subprogrames i classes, els estudiants poden ser introdu¨ıts gradualment a temes com ara l’abstracci´o de procediments, les estructures de dades i la programaci´o orientada a objectes (totes les quals s´on aplicables a cursos posteriors de Java o C++). Python fins i tot pren una serie de caracter´ıstiques dels llenguatges de programaci´o funcionals i pot ser usat per introduir conceptes que podrien ser tractats amb m´es detall a cursos de Scheme o Lisp.

vii

Pr`oleg

Llegint el prefaci d’en Jeffrey, em criden l’atenci´o els seus comentaris en que diu que Python li va permetre veure un nivell m´es alt d’exit i un nivell m´es baix de frustraci´o, aix´ı com li va permetre avan¸car m´es rapid amb uns millors resultats. Tot i que aquests comentaris fan referencia al seu curs introductori, a vegades faig servir Python exactament per les mateixes raons als cursos de nivell de graduat avan¸cat als cursos d’enginyeria inform`atica de la Universitat de Chicago. En aquests cursos, em trobo constantment enfrontat a la tasca desalentadora d’haver de tractar un munt de material dif´ıcil del curs en un devastador trimestre de nou setmanes. Tot i que certament em seria possible infligir una gran quantitat de dolor i sofriment usant un llenguatge com C++, sovint he trobat aquesta aproximaci´o contraproduent (especialment quan el curs tracta d’un tema no relacionat nom´es amb la programaci´o). He descobert que usar Python em permet centrar-me millor en el propi tema que pertoqui mentre els alumnes s´on capa¸cos de completar projectes de classe importants.

Tot i que Python encara ´es un llenguatge jove i en evoluci´o, crec que t´e un futur brillant a l’educaci´o. Aquest llibre ´es un pas important en aquesta direcci´o.

David Beazley Universitat de Chicago Autor de “the Python Essential Reference”

viii

Prefaci

2 Com vaig trobar un llibre de refer`encia

Un cop decidit a utilitzar Python a partir del proxim any en els meus cursos d’introducci´o a la infor- matica, el problema m´es urgent era la mancan¸ca d’un llibre de refer`encia disponible.

En aquest punt, els documents lliures em van ajudar. A comen¸caments d’any, en Richard Stallman m’- havia presentat l’Allen Downey. Els dos hav´ıem escrit al Richard tot mostrant-li interes a desenvolupar material educatiu lliure. L’Allen ja havia escrit un llibre d’informatica pels alumnes de primer curs, el ”How to Think Like a Computer Scientist”. Nom´es acabar de llegir aquest llibre ja vaig saber que el voldria utilitzar en els meus cursos. Era el llibre d’inform`atica m´es clar i de m´es ajuda amb el que mai m’havia topat ja que remarcava els processos de pensament involucrats en la programaci´o en comptes de les propietats d’un llenguatge en particular. De fet, despr´es de la lectura del llibre vaig cr´eixer com a professor.

El ”How to Think Like a Computer Scientist” no nom´es era un llibre excel.lent sin´o que a m´es havia estat publicat sota la llicencia GNU Public License, el qual significava que es podia utilitzar lliurament i modificar fins a acomplir les necessitats de l’usuari. Un cop feta la decisi´o d’utilitzar Python se’m va oc´orrer que podia traduir a aquest nou llenguatge la versi´o original del llibre de l’Allen, el qual estava escrit per Java. Tot i que jo no hauria estat capa¸c d’escriure un llibre de referencia, s´ı que m’era possible escriure a partir del llibre de l’Allen. Al mateix temps, aix`o demostrava que el desenvolupa- ment cooperatiu utilitzat amb tants bons resultats al programari tamb´e podia funcionar pels materials educatius.

El desenvolupament del llibre durant els darrers dos anys ha estat profit´os tant pels meus estudiants com per mi mateix i, a m´es, els meus estudiants han pres part en el proc´es. Com que jo podia canviar instantaniament qualsevol error d’escriptura o els trossos dif´ıcils que trobessin, els vaig animar a trobar errors al llibre tot donant-los punts extra cada cop que es produ´ıs un canvi en el text gracies als seus suggeriments. Aixo era doblement benefici´os ja que per una banda els encoratjava a llegir amb atenci´o el llibre i per altra banda s’obtenia una revisi´o profunda del llibre amb els ulls cr´ıtics m´es importants: els estudiants que utilitzen el llibre per aprendre informatica.

Per fer la segona meitat del llibre, el qual tracta la programaci´o orientada a objectes, jo ja sabia que faria falta alg´u m´es experimentat amb la programaci´o real. Durant la major part de l’any, el llibre es va quedar a mitges fins que la comunitat de programari lliure, un cop m´es, va aportar els recursos per acabar-lo.

Un dia vaig rebre un correu electronic d’un tal Chris Meyers a on m’expressava que tenia interes en el llibre. El Chris ´es un programador professional que el darrer any havia comen¸cat a ensenyar en un curs de programaci´o de Python al Lane Community College d’Eugene, a Oregon. Durant la planificaci´o del curs el Chris havia topat amb el llibre i de seguida va voler donar un cop de ma. Al final del curs academic ja havia creat un projecte de col.laboraci´o anomenat Python for Fun en el nostre lloc web http://openbookproject.net i treballava com a professor avan¸cat d’alguns dels meus estudiants privilegiats, tot guiant-los m´es enll`a dels meus l´ımits.

3 Python com a introducci´o a la programaci´o

El proc´es de traducci´o i la utilitzaci´o del How to Think Like a Computer Scientist durant els dos darrers anys, ha confirmat la idone¨ıtat de Python per a ensenyar els estudiants de primer curs. Python simplifica enormement els exemples de programaci´o i facilita l’ensenyament dels conceptes b`asics de programaci´o.

El primer exemple del llibre demostra aquesta idea. Tradicionalment, ´es el programa que mostra “Hola Mon! ”, el qual en la versi´o Java del llibre s’expressa com:

x

3 Python com a introducci´o a la programaci´o

class Hola { public static void main (String[] args) { System.out.println ("Hola Mon!."); } }

per`o en la versi´o de Python esdev´e:

print "Hola Mon!!"

Encara que sigui un exemple senzill, els avantatges de Python es fan evidents. La informatica que ensenyo a Yorktown no t´e prerequisits i per tant molts dels estudiants que veuen l’exemple es troben al davant el seu primer programa. Indubtablement, alguns estan una mica nerviosos ja que han sentit que la programaci´o informatica t´e un aprenentatge dif´ıcil. Amb la versi´o Java sempre m’he trobat amb el dilema d’escollir entre dues opcions insatisfactories: o b´e explico les sentencies “class Hola”, “public static void main”, “String[] args”, “{” i “}” tot arriscant-me a confondre o intimidar els alumnes nom´es comen¸car, o b´e els dic: “No us preocupeu d’aquestes coses, en parlarem m´es endavant” tamb´e arriscant-me al mateix. Els objectius educatius en aquest nivell de curs s´on introduir la idea de sent`encia als estudiants i permetre que escriguin el seu primer programa, al mateix temps que s’introdueixen a l’entorn de programaci´o. El programa amb Python t´e exactament el necessari per complir amb aquests objectius, i no afegeix res m´es.

Si es compara el text d’explicaci´o que acompanya el programa en cada versi´o del llibre, es demostra que significa per als estudiants que comencen. En la versi´o de Java hi ha set paragrafs per explicar el “Hola Mon!”; en canvi a la versi´o de Python n’hi ha prou amb unes quantes frases. Pero el m´es important ´es que els sis paragrafs de m´es no desenvolupen grans conceptes de la programaci´o informatica sin´o que es dediquen a les min´ucies de la sintaxi de Java. De fet, tot el llibre pateix el mateix problema. A la versi´o de Python, paragrafs complets desapareixen simplement gr`acies a que la sintaxi m´es planera de Python els fa innecessaris.

Quan s’usa un llenguatge d’alt nivell com ´es Python, el professor pot endarrerir l’entrada en detall del baix nivell de l’ordinador fins que els estudiants tenen un coneixement suficient per captar-ne l’essencia, de manera que es poden assentar les coses pedagogicament. Un exemple que ho demostra ´es la manera amb que Python manipula les variables. A Java, una variable ´es un nom d’un lloc a on s’emmagatzema un valor si ´es un tipus basic i en cas contrari ´es una referencia a un objecte. Per explicar aquesta diferencia cal detallar com s’emmagatzemen les dades a l’ordinador, aix´ı doncs, el concepte de variable esta lligada amb el maquinari de l’ordinador. La potencia i els conceptes fonamentals de les variables ja s´on prou dif´ıcils pels estudiants de primer (tant en informatica com en algebra) i els bytes i les adreces de memoria no hi ajuden. A Python una variable ´es un nom que referencia una cosa. Aixo ´es de lluny molt m´es intu¨ıtiu per als estudiants de primer i ´es molt m´es proxim al significat de variable que aprenen a matem`atiques. Aquest any que he ensenyat les variables d’aquesta manera, he tingut menys dificultat a explicar-les i he dedicat menys temps a resoldre dubtes sobre el seu ´us.

La sintaxi de les funcions ´es un altre exemple de com Python millora l’ensenyament i l’aprenentatge de la programaci´o. Els meus estudiants sempre havien presentat dificultat en la comprensi´o de les funcions. El problema principal rau en la diferencia entre la definici´o de la funci´o i la crida a la funci´o, a m´es del problema relacionat de distingir entre un parametre i un argument. En Python se soluciona el problema ni m´es ni menys que amb la sintaxi. Les definicions de les funcions comencen amb la paraula clau def, aix´ı que als estudiants simplement els dic “Quan definiu una funci´o comenceu amb def i a continuaci´o poseu-hi el nom de la funci´o que esteu definint”; per a cridar-la n’hi ha prou amb anomenar-la, ´es a dir escriure el seu nom. Els parametres s’usen a les definicions, els arguments s’usen a les crides. No hi ha declaraci´o dels tipus retornats, declaraci´o dels tipus dels parametres ni parametres apuntadors i de referencia al valor que destorbin. Aix´ı que ara s´oc capa¸c d’ensenyar funcions en menys de la meitat del temps que trigava abans, i a m´es millorant la comprensi´o.

xi

Llista de contribu¨ıdors

Parafrasejant la filosofia de la Free Software Foundation, aquest llibre ´es lliure, pero no necessariament gratu¨ıt^1. Aquest llibre ´es fruit d’un proc´es de col·laboraci´o que no hauria estat possible sense la lli- cencia GNU Free Documentation License. Per aixo, volem agrair a la Free Software Foundation haver desenvolupat aquesta llic`encia i, ´es clar, haver-la posat a la nostra disposici´o.

Tamb´e volem fer arribar el nostre agra¨ıment a m´es d’un centenar de lectors atents i perspica¸cos que ens han enviat suggeriments i correccions durant els darrers anys. Seguint l’esperit del programari lliure, volem expressar-los el nostre agra¨ıment mitjan¸cant una llista de contribu¨ıdors. Malauradament, aquesta llista ´es incompleta malgrat els nostres esfor¸cos per mantenir-la al dia. Per altra banda, est`a creixent massa per incloure tothom qui ha enviat una o dues correccions. Aquestes persones tenen el nostre agra¨ıment i la satisfacci´o personal d’haver contribu¨ıt a millorar un llibre que els ha resultat d’utilitat. Afegirem a la llista de contribu¨ıdors a la segona edici´o les persones que estan contribuint a hores d’ara.

Si resseguiu la llista, comprovareu que els suggeriments i les correccions aportades per cada un dels contribu¨ıdors us han estalviat, i estalviaran a futurs lectors, confusions provocades o b´e per errors t`ecnics, o b´e per explicacions poc clares.

Malgrat que sembli impossible despr´es de tantes correccions, encara podrien haver-hi errors en aquest llibre. Si en trobeu algun, esperem que trobeu el moment per contactar amb nosaltres. L’adre¸ca de correu electronic ´es [email protected]. Si els vostres suggeriments provoquen canvis substancials en el llibre, us afegirem a la propera versi´o de la llista de contribu¨ıdors (llevat que demaneu no figurar-hi, ´es clar). Gracies.

5 Segona Edici´o

1. Un correu electronic de Mike MacHenry m’il·lustra sobre recursivitat final. I, a m´es de descobrir un error en la presentaci´o, sugger´ı com esmenar-lo.
2. No fou fins que l’estudiant de cinqu`e grau Owen Davies va assistir a una classe d’aprofundiment de Python un dissabte al mat´ı i em va dir que volia escriure el joc de cartes Gin Rummy en Python quan vaig descobrir que volia usar-lo com a cas d’estudi per als cap´ıtols sobre programaci´o orientada a objectes.
3. Vull dedicar un agra¨ıment especial als estudiants pioners de la classe de programaci´o en Python d’en Jeff al GCTAA del curs escolar 2009-2010: Safath Ahmed, Howard Batiste, Louis Elkner- Alfaro, i Rachel Hancock. Els vostres continus i assenyats comentaris van motivar canvis en la major part dels cap´ıtols del llibre. Vosaltres vareu establir el perfil d’estudiant actiu i compromes que ajudara la nova Governor’s Academy a esdevenir allo que hagi d’esdevenir. Gr`acies a vosaltres puc afirmar que aquest text ha estat provat per estudiants.
4. De la mateixa manera, vull dedicar un agra¨ıment als estudiants de la classe d’Informatica d’en Jeff al programa HB-Woodlawn del curs escolar 2007-2008: James Crowley, Joshua Eddy, Eric Larson, Brian McGrail, i Iliana Vazuka. (^1) En angles free es pot referir tant a lliure com a gratu¨ıt. En aquest cas, el sentit ´es lliure, com en free speech i no gratis com en free pizza.

xiii

Llista de contribu¨ıdors

5. Ammar Nabulsi envi`a un gran nombre de correccions dels cap´ıtols 1 i 2.
6. Aldric Giacomoni descobr´ı un error en la definici´o de la seq¨u`encia de Fibonacci al Cap´ıtol 5.
7. Roger Sperberg envia diverses correccions ortografiques i descobr´ı un fragment inconsistent al Cap´ıtol 3.
8. Adele Goldberg segu´e amb en Jeff a la PyCon 2007 i li va proporcionar tot un seguit de suggeri- ments i correccions d’arreu del llibre.
9. Ben Bruno envi`a correccions dels cap´ıtols 4, 5, 6 i 7.
10. Carl LaCombe descobr´ı que usavem incorrectament el terme commutatiu al Cap´ıtol 6 quan el terme adient era simetric.
11. Alessandro Montanile envi`a correccions d’errors tant en el codi dels exemples com en el text dels cap´ıtols 3, 12, 15, 17, 18, 19, i 20.
12. Emanuele Rusconi trob`a errors als cap´ıtols 4, 8, i 15.
13. Michael Vogt descrigu´e un error en el sagnat d’un exemple del Cap´ıtol 6, i envia un suggeriment per tal de clarificar la secci´o del Cap´ıtol 1 sobre les diferencies entre l’int`erpret interactiu i els scripts.

6 Primera Edici´o

1. Lloyd Hugh Allen envi`a una correcci´o a la Secci´o 8.4.
2. Yvon Boulianne envia una correcci´o d’un error semantic al Cap´ıtol 5.
3. Fred Bremmer propos`a una correcci´o a la Secci´o 2.1.
4. Jonah Cohen escrigu´e els scripts en Perl per tal de convertir la font original en LATEX d’aquest llibre a HTML.
5. Michael Conlon envia una correcci´o gramatical al Cap´ıtol 2 i una millora d’estil al Cap´ıtol 1, i va iniciar un debat sobre aspectes tecnics dels int`erprets.
6. Benoit Girard envi`a una correcci´o d’una errada divertida a la Secci´o 5.6.
7. Courtney Gleason i Katherine Smith escrigueren horsebet.py, que es va usar com a cas d’estudi en una versi´o preliminar del llibre. El seu programa ara es pot trobar al lloc web.
8. Lee Harr propos`a m´es correccions de les que podem encabir aqu´ı, i, per descomptat, hauria de ser considerat un dels editors principals del text.
9. James Kaylin ´es un estudiant que usa el text. Ha proposat un bon nombre de correccions.
10. David Kershaw correg´ı una versi´o incorrecta de la funci´o catTwice de la Secci´o 3.10.
11. Eddie Lam ha enviat un bon nombre de correccions als cap´ıtols 1, 2, i 3. Ha corregit el Makefile per tal que generi un ´ındex el primer cop que s’executi i ens va ajudar a establir un esquema de versions.
12. Man-Yong Lee envi`a una correcci´o del codi de l’exemple de la Secci´o 2.4.
13. David Mayo va descobrir que calia canviar la paraula unconsciously per subconsciously al Cap´ıtol
15. Chris McAloon envi`a diverses correccions a les seccions 3.9 i 3.10.

xiv

Llista de contribu¨ıdors

39. Gregor Lingl ensenya Python en un institut de Vienna, Austria. Est`a treballant en la traducci´o a l’alemany del llibre i ha descobert un parell d’errors greus en el Cap´ıtol 5.
40. Julie Peters detecta un error tipografic en el Prefaci.

xvi

1 El m`etode de programar

L’objectiu d’aquest curs ´es ensenyar-te a pensar com un informatic. Aquesta manera de pensar combina algunes de les millors caracter´ıstiques de les matematiques, l’enginyeria i les ciencies naturals. Com els matematics, els enginyers informatics usen llenguatges formals per denotar idees, particularment calculs. Com els enginyers, dissenyen coses, adapten components a sistemes i avaluen les avantatges entre les diferents alternatives. Com els cient´ıfics, observen el comportament de sistemes complexos, formulen hip`otesis i comproven les prediccions.

L’habilitat m´es important per a un informatic ´es la capacitat de resoldre problemes. Resoldre problemes requereix saber formular els problemes, pensar de manera creativa en les seves solucions i coneixer com expressar les solucions de manera clara i acurada. Com es fa evident, el proc´es d’aprendre a programar ´es una oportunitat excel.lent de practicar l’habilitat de resoldre problemes. ´Es per aquest motiu que aquest cap´ıtol s’anomena El m`etode de programar.

Per una banda, aprendras a programar, una habilitat ´util per si mateixa. D’altra banda, usaras la programaci´o com a un medi per aconseguir un fi. A mida que avancem, aquest fi quedar`a m´es clar.

1.1 El llenguatge de programaci´o Python

El llenguatge de programaci´o que aprendras sera Python. Python ´es un exemple de llenguatge d’alt nivell; altres llenguatges d’alt nivell dels quals potser haur`as sentit a parlar s´on C++, PHP i Java.

llenguatge d’alt nivell (high level language)

Com potser ja has dedu¨ıt del nom “llenguatge d’alt nivell”, tamb´e existeixen els llenguatges de baix nivell, a vegades anomenats llenguatge m`aquina o llenguatge assemblador. Parlant de manera planera,

llenguatges de baix ni- vell (low level lan- guages)

llenguatge m`aquina (machine language)

llenguatge assembla- dor (assem- bler)

els ordinadors nom´es poden executar programes escrits en llenguatges de baix nivell. Aix´ı, els programes escrits en llenguatges d’alt nivell han de ser processats abans de poder funcionar. Aquest processat pron una mica de temps, la qual cosa ´es una de les petites desavantatges dels llenguatges d’alt nivell.

Pero els avantatges s´on enormes. Primer, ´es molt m´es senzill escriure un programa en un llenguatge d’alt nivell. Els programes escrits en llenguatges d’alt nivell tamb´e prenen menys temps en ser escrits, s´on m´es curts i facils de llegir i molt m´es senzills de corregir. Segon, els programes escrits en llenguatges d’alt nivell s´on portables, la qual cosa vol dir que poden funcionar en diversos tipus de m`aquina amb

portables (portable)

poques o cap modificaci´o. Els llenguatges de baix nivell nom´es poden funcionar en un tipus de m`aquina i han de ser reescrits per tal de funcionar en una altra.

Degut a aquests avantatges, gaireb´e tots els programes estan escrits en llenguatges d’alt nivell. Els llenguatges de baix nivell nom´es s’usen per alguns programes molt especialitzats.

Existeixen dos tipus de programa que processen els programes escrits en llenguatges d’alt nivell i els transformen en programes escrits en llenguatges de baix nivell: els int`erprets i els compiladors. Un

int`erprets (interpre- ter)

compiladors (compiler)

interpret llegeix un programa escrit en un llenguatge d’alt nivell i l’executa. En l’ambit de la progra- maci´o, executar significa dur a terme els calculs que s’especifiquen al programa. L’interpret executa el

executar (empty)

programa de mica en mica, alternant la lectura de l´ınies i duent a terme c`alculs.

Un compilador llegeix el programa i el tradueix completament abans de qu`e aquest comenci a executar- se. En aquest cas, el programa en alt nivell s’anomena codi font i el programa tradu¨ıt s’anomena codi

codi font (source code)

objecte o executable. Una vegada un programa s’ha compilat, es pot executar repetidament sense cap

codi objec- te (object code)

executable

1.2 Qu`e ´es un programa?

Per conveni, els fitxers que contenen programes Python tenen noms acabats amb l’extensi´o .py.

Per executar el programa, hem d’escriure el nom del fitxer que cont´e el programa Python des del terminal de l’entorn Unix:

$ python firstprogram.py 2

L’int`erpret de Python llegeix el fitxer i l’executa, escrivint el resultat per pantalla.

Aquests exemples mostren Python funcionant des d’una terminal de comandes Unix. En altres entorns de desenvolupament, els detalls d’executar programes poden variar. A m´es, la majoria de programes s´on m´es interessants que el que acabem de veure.

Els exemples d’aquest curs usen ambd´os modes de Python: el mode interactiu i el mode comanda. Seras capa¸c de diferenciar-los perque els exemples en mode interactiu sempre comen¸caran amb el prompt de Python.

Treballar amb el mode interactiu ´es convenient per comprovar fragments curts de codi, ja que es rep resposta immediatament. Imagina’t que ´es com un tros de paper que uses per ajudar-te a solucionar problemes. Qualsevol c`alcul m´es llarg d’unes poques l´ınies s’hauria d’escriure en un script.

1.2 Qu`e ´es un programa?

Un programa ´es una seq¨uencia de sentencies que especifiquen com dur a terme un calcul. El calcul

programa (program)

pot ser de tipus matematic (com resoldre un sistema d’equacions o trobar les arrels d’un polinomi), pero tamb´e pot ser un calcul simbolic (com cercar i reempla¸car un text en un document o compilar un programa).

Els detalls varien en els diversos llenguatges, pero existeixen una serie de sentencies basiques que

sentencies basiques (empty)

apareixen gaireb´e a tots els llenguatges. Aquestes sent`encies serveixen per:

Entrada Obtenir dades del canal d’entrada (del teclat, d’un fitxer o de qualsevol altre dispositiu).

Sortida Mostrar dades pel canal de sortida (a la pantalla, enviant-les a un fitxer o un altre dispositiu).

Calcul Dur a terme operacions matematiques b`asiques (com les sumes o les multiplicacions).

Condicional Comprovar certes condicions i executar la seq¨uencia de sentencies adient segons el resultat de la comprovaci´o.

Iteraci´o Dur a terme determinades accions de manera repetitiva, normalment amb alguna variaci´o.

Ho creguis o no, aixo ´es practicament tot. Qualsevol programa que hagis pogut usar, no importa com de complicat fos, esta constru¨ıt amb sentencies (a vegades tamb´e s’anomenen instruccions) com les que acabes de veure. Aix´ı, podem descriure el fet de programar com el proc´es de trencar una tasca llarga i complexa en subtasques cada cop m´es i m´es petites, fins que les subtasques s´on prou senzilles com per ser dutes a terme amb una de les sentencies basiques.

Aixo pot sonar una mica vague, pero ja tornarem a insistir-hi m´es endavant quan parlem d’algorismes.

1 El m`etode de programar

1.3 Qu`e ´es depurar?

Programar ´es un proc´es complex i, at`es que el fan ´essers humans, sovint cont´e errors. El proc´es de

errors (bug)

trobar-los i corregir-los s’anomena depuraci´o. (^) depuraci´o

(debugging) En un programa podem trobar tres tipus d’errors: errors sint`actics, errors en temps d’execuci´o i errors

errors sin- t`actics (syntax error) errors en temps d’e- xecuci´o (runtime error)

sem`antics. Es for¸´ ca ´util saber distingir els tres tipus d’error per tal de poder-los localitzar i corregir de

errors se- m`antics (semantic error)

la manera m´es r`apida. Els seg¨uents apartats concreten aquests tipus d’errors.

1.4 Errors sint`actics

Python nom´es pot executar un programa si la seva sintaxi ´es correcta; d’altra manera, el proc´es falla i retorna un missatge d’error. La sintaxi es refereix a l’estructura del programa i a les normes sobre aquesta estructura. Per exemple, en Catala, una frase ha de comen¸car amb una lletra en maj´uscula i acabar amb un punt. aquesta frase cont´e un error sintactic. Aquesta tamb´e

Per a molts lectors, uns quants errors sintactics no s´on un problema significatiu, pero Python no ´es tant permissiu. Si hi ha un sol error sintactic a qualsevol punt del teu programa, Python et mostrara un missatge d’error i acabara, i no seras capa¸c de fer funcionar el teu programa. Durant les teves primeres setmanes com a programador, passaras for¸ca temps localitzant i corregint errors sintactics. A mida que vagis adquirint experiencia pero, cada vegada faras menys errors i seras capa¸c de trobar-los m´es de pressa.

1.5 Errors en temps d’execuci´o

El segon tipus d’error s´on els errors en temps d’execuci´o, anomenats aix´ı perqu`e no apareixen fins que no executes el teu programa. Aquests errors tamb´e s’anomenen excepcions ja que sovint indiquen que

excepcions (exception)

alguna cosa excepcional —i dolenta— ha succe¨ıt.

Els errors en temps d’execuci´o s´on estranys als programes senzills que es veuen en els primers cap´ıtols, aix´ı que encara passar`a un temps fins que te’n trobis algun.

1.6 Errors sem`antics

El tercer tipus d’error s´on els errors semantics. Si el teu programa t´e un error semantic, el programa funcionara correctament. L’ordinador no mostrara cap missatge d’error, pero no calculara el resultat correcte. Obtindr`a un resultat diferent al que tu esperaves.

El problema rau en que el programa que has escrit no ´es el programa que volies escriure. El significat del programa —la seva semantica— esta malament. Identificar els errors semantics pot ser complicat ja que, a partir del resultat incorrecte que s’ha obtingut, cal que dedueixis qu`e pot haver passat.