Langages de haut niveau

Langages
de haut niveau
Eduardo Sanchez
Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
Introduction
♦ Un assembleur est un programme traduisant en code machine un
programme écrit à l'aide des mnémoniques
♦ Les langages d'assemblage représentent une deuxième
génération de langages, après les langages machine. Toutefois,
la différence entre les deux générations se situe simplement au
niveau de la syntaxe, puisque les primitives sont les mêmes
♦ Le transfert d'un programme écrit en assembleur vers un autre
processeur n'est pas une tâche aisée
♦ Une troisième génération de langages utilise des primitives de
plus haut niveau, indépendantes de la machine. Les deux
exemples les plus connus sont:
• FORTRAN (Formula Translator), développé pour des applications
scientifiques, et
• COBOL (Common Business-Oriented Language), développé par l'US Navy
pour des applications commerciales
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♦ L'approche suivie par cette troisième génération était d'identifier
un ensemble de primitives de haut niveau utilisables pour
développer le logiciel
♦ Chacune de ces primitives devait pouvoir être implémentée
comme une séquence des primitives de bas niveau disponibles
dans les langages machine
♦ Un traducteur est ensuite nécessaire pour transformer les
primitives de haut niveau en séquences d'instructions machine:
c'est le compilateur
♦ Le premier compilateur a été écrit par Grace Hopper
♦ Un autre type de traducteur est l'interpréteur. Dans ce cas, les
instructions machine sont exécutées au fur et à mesure qu'elles
sont générées, au lieu d'être stockées dans un fichier pour une
utilisation ultérieure
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♦ Les problèmes de portabilité n'ont pas été tous résolus par les
langages de troisième génération
♦ Certains de ces problèmes disparaissent avec une
standardisation du langage, le plus souvent menée à bien par
deux organisations:
• ANSI (American National Standards Institute) et
• ISO (International Organization for Standardization)
♦ Parfois les fabricants du compilateur ajoutent des "extensions"
au langage qui le rendent incompatible avec d'autres produits
♦ Pour les générations suivantes, l'ambition s'est déplacée de la
portabilité vers la communication avec l'ordinateur en utilisant
des concepts abstraits. Ou, mieux encore, vers une découverte
par l'ordinateur d'une partie de l'algorithme à exécuter
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Paradigmes de programmation
LISP
ML
Scheme
Smalltalk
langages
machine
FORTRAN
Basic
COBOL Algol
C
APL
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1960
C++
Visual Basic
C#
Java
Ada
Prolog
1970
orienté objet
impératif
Pascal
GPSS
1950
fonctionnel
déclaratif
1980
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1990
2000
♦ Ces paradigmes représentent des approches différentes pour
construire des solutions aux problèmes. Plus que des paradigmes
de programmation, on pourrait parler des paradigmes de
développement de logiciel
♦ Paradigme impératif ou procédural: le processus de
programmation est défini comme le développement d'une
séquence de commandes qui manipulent des données pour
produire le résultat souhaité. C'est-à-dire, on doit trouver
l'algorithme donnant solution au problème et, ensuite, il doit être
exprimé comme une séquence de commandes
♦ Avec le paradigme déclaratif, l'approche est différente: au lieu de
décrire l'algorithme, le programmeur doit maintenant décrire le
problème
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♦ Pour le paradigme déclaratif, il faut trouver et implémenter un
algorithme général de solution de problèmes. Si cela est fait, il
suffit ensuite de décrire un problème donné en respectant un
format compatible avec cet algorithme général pour obtenir sa
solution
♦ Le paradigme fonctionnel voit le processus de développement
de programmes comme l'interconnexion de "boîtes noires"
prédéfinies. Chacune de ces boîtes est une fonction
mathématique
♦ Les primitives d'un langage fonctionnel sont des fonctions
élémentaires que le programmeur doit utiliser pour construire
les fonctions plus complexes nécessaires pour résoudre le
problème traité
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♦ Exemple d'un programme fonctionnel pour calculer la
moyenne d'une liste de nombres, utilisant les fonctions Add,
Compter et Diviser:
Entrée:
Entrée:
xx11,x
,x22,...,x
,...,xnn
Add
Add
Compter
Compter
Diviser
Diviser
Sortie:
Sortie: (x
(x11+x
+x22+...+x
+...+xnn)/n
)/n
(Diviser (Add Nombres) (Compter Nombres))
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♦ Le paradigme orienté objets (OOP) voit les unités de données
comme objets "actifs", contrairement aux unités passives vues
par le paradigme impératif traditionnel
♦ Prenons, par exemple, une liste de noms. Le paradigme
impératif voit cette liste comme une simple collection de
données, et tout programme l'utilisant doit inclure un
algorithme capable d'exécuter le traitement demandé. Pour le
paradigme orienté objets, la liste est construite comme un
objet composé par la liste elle-même plus une collection de
procédures capables de la manipuler
♦ Les procédures à l'intérieur d'un objet, décrivant la façon de
répondre aux messages adressés à l'objet, sont essentiellement
des unités de programmation impérative
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Concepts de programmation
♦ Les concepts étudiés ici sont ceux des langages impératifs et
orientés objets
♦ Trois catégories de phrases:
• phrases déclaratives: définition des termes utilisés par la suite
• phrases impératives: description des pas de l'algorithme
• commentaires
♦ Les langages de haut niveau se réfèrent aux positions de
mémoire par le biais des noms, contrairement aux adresses
explicites utilisées par les langages machine. Ces noms sont les
variables du programme
♦ Une variable doit être déclarée avant son utilisation. Cette
déclaration doit donner également le type de la donnée, ce qui
définit la façon de coder la donnée et les opérations qui peuvent
l'utiliser
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♦ Exemples des déclarations de variables:
• Pascal:
var
Longueur, Largeur : real;
Prix, Taxe, Total : integer;
Symbole
: char;
• C, C++, C#, Java:
float Longueur, Largeur;
int Prix, Taxe, Total;
char Symbole
• FORTRAN:
REAL Longueur, Largeur
INTEGER Prix, Taxe, Total
CHARACTER Symbole
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♦ En plus de son type de donnée, une variable est souvent
associée à une structure de données: c'est sa forme
conceptuelle, son arrangement virtuelle. La disposition
physique de la variable à l'intérieur de la mémoire est
souvent différente
♦ Exemple d'un tableau (array):
• Pascal:
Employe: record
Nom
: packed array[1..8] of char;
Age
: integer;
Evaluation: real
end;
• C:
Employe
struct
{char Nom[8];
int Age;
float Evaluation;
} Employe;
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Nom
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Age
Evaluation
♦ L'algorithme est décrit à l'aide des phrases impératives
♦ La phrase impérative de base est l'affectation, qui permet
d'affecter une valeur à une variable (ou, plus précisément, de
stocker une valeur dans la zone de mémoire réservée pour la
variable)
♦ Exemple:
• C, C++, C#, Java:
z = x + y;
• Ada, Pascal:
z := x + y;
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♦ Une phrase de contrôle altère la séquence d'exécution d'un
programme
♦ Exemples en C, C++, C# et Java:
B?
s1
s2
B?
s1
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if B s1
else s2;
while B
s1;
♦ Un résultat surprenant de l'informatique théorique nous dit
que le nombre de structures de contrôle nécessaires pour
garantir à un langage de programmation qu'il est capable
d'exprimer une solution à tout problème possédant une
solution algorithmique est très petit
♦ Du choix des structures de contrôle d'un langage dépend en
bonne partie la lisibilité des programmes. La programmation
structurée est une méthodologie de programmation qui utilise
une certaine famille de structures de contrôle afin de faciliter
la lisibilité et la preuve des programmes
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Unités procédurales
♦ Une procédure est un ensemble d'instructions qui réalisent
une tâche et qui peut être considéré comme une unité par
d'autres unités du programme
♦ Lorsque les services de la procédure sont nécessaires, le
programme lui passe le contrôle: on appelle la procédure
unité appelante
passage du contrôle
à la procédure
retour du contrôle
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procédure
♦ En général, une procédure possède une structure similaire à
celle du programme principale, avec une partie déclarative
suivie des phrases impératives qui décrivent l'algorithme
♦ Une variable déclarée dans une procédure est une variable
locale, appelées ainsi par opposition aux variables globales
du programme
♦ Les procédures sont écrites avec des termes génériques qui
deviennent spécifiques au moment de l'appel: c'est les
paramètres de la procédure
♦ Les termes utilisés pendant l'écriture de la procédure sont les
paramètres formels. L'affectation spécifique donnée aux
paramètres formels au moment de l'appel sont les
paramètres réels
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♦ Exemple de procédure:
paramètre formel
void PredictionPopulation (float TauxCroissance)
{ int Annee;
variable locale
Population[0] = 100.0;
for (Annee = 0; Annee =< 10; Annee++)
Population[Annee+1] = Population[Annee]*TauxCroissance);
}
paramètre réel
PredictionPopulation (0.03);
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♦ Le passage d'une donnée entre les paramètres formels et
réels peut se faire de plusieurs façons, selon le langage
♦ Dans le passage par valeur, la procédure reçoit seulement
une copie du paramètre réel: toute modification faite par la
procédure sur le paramètre est ignorée par l'unité appelante
♦ Le passage par valeur est très peu efficace pour des données
à très grande taille
♦ Dans le passage par référence, la procédure reçoit un accès
direct au paramètre réel, en recevant son adresse. La
procédure peut dans ce cas modifier la donnée de l'unité
appelante
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♦ Dans certains cas, le but de la procédure est de produire une
valeur, plus que de réaliser une action: c'est une fonction
♦ Exemple de fonction:
type de la valeur produite
float VolumeCylindre (float Rayon, float Hauteur)
{ float Volume;
Volume = 3.14 * Rayon * Rayon * Hauteur;
return Volume;
}
valeur produite
Cout = CoutPerUniteVol * VolumeCylindre(3.45, 12.7);
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