Ce que fait le PC
quand Python s’exécute.

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À la fin, vous devez pouvoir expliquer le rôle du CPU, distinguer RAM et stockage, décrire la compilation dans CPython et suivre une lecture de fichier. Prévoir un PC avec Python 3 pour les exercices. Le cours décrit le fonctionnement habituel de CPython, l’implémentation de Python la plus courante. Certaines autres implémentations et configurations utilisent des mécanismes différents.

L’alimentation fournit l’énergie. Le refroidissement évacue la chaleur et aide à maintenir les performances. Un programme Python ordinaire ne délègue pas automatiquement ses calculs au GPU. Une bibliothèque et un environnement compatibles doivent organiser ce travail.

« Si je ferme Python, ma liste de courses existe-t-elle encore ? » Réponse : pas automatiquement. Une liste créée en mémoire cesse d’être accessible à la fermeture du processus. Pour la retrouver, il faut par exemple l’écrire dans un fichier.

Le caractère « é » occupe ici deux octets en UTF-8. Un caractère ne correspond donc pas toujours à un octet. La représentation binaire affichée par bin(5) décrit la valeur 5, pas toute la mémoire occupée par l’objet entier Python. Cet objet comporte aussi des informations de gestion.

Les processeurs modernes font progresser plusieurs instructions à la fois, anticipent des branchements et réorganisent des opérations. Une fréquence de 3 GHz signifie environ trois milliards de cycles par seconde, pas nécessairement trois milliards d’instructions. x86-64 et ARM64 désignent des architectures avec des jeux d’instructions différents.

Les caches matériels conservent des blocs de mémoire. Ils exploitent la réutilisation des données et la proximité de leurs adresses. Ils sont distincts du cache .pyc de Python et du cache de fichiers du système. On évite ici des latences chiffrées universelles : elles dépendent fortement du matériel et de la charge.

Certains périphériques transfèrent des données vers ou depuis la RAM par DMA, sous le contrôle du système. Le CPU n’a pas à copier chaque octet lui-même. Un périphérique peut signaler un événement par une interruption. Les chemins exacts varient selon la carte mère et les contrôleurs.

Le programme manipule généralement des adresses virtuelles. Le matériel et le système les traduisent vers la mémoire physique. Une identité d’objet obtenue avec id() ne doit pas être interprétée comme une adresse physique dans une barrette de RAM.

Vérifier l’installation avec python --version. Sous Windows, le lanceur py peut remplacer python. Sur certains systèmes, utiliser python3. Choisir la commande qui désigne votre installation Python 3. Un éditeur sert à écrire le fichier, le terminal sert à lancer les commandes. Le bouton d’exécution d’un éditeur organise généralement ces opérations pour vous.

Ce parcours décrit le fonctionnement usuel de CPython. Des moteurs JIT ou d’autres implémentations peuvent produire du code machine pendant l’exécution. Le bytecode reste une représentation interne, distincte des instructions du CPU. Documentation Python : bytecode.

Python doit notamment déterminer les objets concernés, appliquer les opérations adaptées à leurs types et gérer les références. L’addition de deux entiers et la concaténation de deux chaînes utilisent le même symbole +, mais ne réalisent pas le même travail.

Remplacer + par * puis comparer la sortie. La fonction demande une multiplication, l’opération correspondante change. dis n’affiche pas le code machine du CPU. Nous utilisons des paramètres plutôt que 5 + 3 dans la fonction afin d’éviter qu’une simple expression constante masque l’opération lors de la compilation. Documentation du module dis.

Le nom du fichier contient généralement une indication de version. Le cache dépend de l’environnement Python et doit être valide pour être réutilisé. L’exécution directe d’un script principal ne crée pas systématiquement un .pyc pour ce script. Un fichier .pyc n’est pas un exécutable natif autonome. Documentation : fichiers Python compilés.

print() ne commande pas directement les pixels. La sortie standard peut être redirigée. Selon le terminal et le système, la commande python bonjour.py > resultat.txt envoie la sortie vers un fichier. L’encodage employé peut dépendre de l’environnement.

Remplacer b = a par b = a.copy(). Le résultat affiché pour a devient [1, 2] et a is b devient False. copy() réalise ici une copie superficielle. Des listes imbriquées pourraient encore partager leurs éléments internes.

CPython gère notamment la durée de vie des objets grâce aux références et à un mécanisme de collecte des cycles. del a supprime une liaison de nom : cela ne garantit pas la disparition immédiate de l’objet ni le retour immédiat de mémoire au système. Le programmeur doit toujours éviter de conserver inutilement de grands ensembles de données.

Le fichier est créé dans le dossier courant du programme. Ce code remplace son contenu s’il existe déjà : utiliser un dossier d’exercice. with ferme le fichier et fait vider les tampons Python à la sortie du bloc. Le système peut encore différer l’écriture physique sur le stockage. Une seconde lecture peut provenir de la RAM et ne mesure donc pas forcément la vitesse du SSD.

Un CPU plus puissant ne supprime pas une attente réseau. Un SSD plus rapide n’accélère pas forcément un calcul déjà en RAM. Une mesure doit préciser la taille des données, les conditions et les versions utilisées.

Des versions de CPython proposent aussi des builds free-threaded, qui peuvent désactiver le GIL. Les comportements dépendent donc de l’installation et des extensions. Les threads restent utiles avec le GIL pour certains travaux qui attendent des entrées/sorties. Créer des tâches et transférer leurs données a aussi un coût. Documentation : GIL.

« Compilation terminée » apparaît avant « Le programme s’exécute ». compile() crée un objet code, exec() l’exécute. Remplacer la chaîne par print( sans parenthèse fermante : la compilation échoue avec SyntaxError. Avec une chaîne contenant print(1 / 0), la compilation réussit mais l’exécution produit ZeroDivisionError. Utiliser uniquement le code d’exercice de confiance avec exec().

La deuxième version construit une liste avant de la parcourir, ce qui ajoute une allocation et des références en mémoire. Les temps mesurés peuvent varier : les observations priment sur une prédiction absolue. Une durée mesure un temps écoulé, pas directement un nombre d’instructions CPU. Répéter les mesures limite l’effet de perturbations ponctuelles.

Exécuter dans un dossier d’exercice : le fichier nombres_exercice.txt est créé ou remplacé. Résultat attendu : 49 995 000. La lecture parcourt progressivement les lignes, avec des tampons, sans conserver toutes les valeurs dans une liste. Le générateur fournit les valeurs à sum() au fil du parcours. La consommation mémoire ne croît donc pas comme une liste contenant toutes les lignes.

Le SSD conserve le script et les données. Le système lance le processus et rend le code accessible en mémoire. CPython compile le source puis exécute son bytecode. Le système sert la lecture depuis son cache ou le stockage. Python construit la liste et les objets entiers en mémoire. Le CPU exécute les instructions machine nécessaires à toutes ces opérations, notamment au calcul. print() écrit sur la sortie standard. Remplacer la liste par un générateur réduit les données conservées simultanément.