ITC34 - Algorithmique et programmation

Benoît DARTIES
[email protected]
ITC34 - Algorithmique
et programmation
Partie C / C++
Introduction
1
Petite introduction
2
Benoît DartiesITC34 - Partie C / C++
Introduction
Qu’est-ce que le C ?
‣Langage de programmation impératif
-code écrit selon une suite d’instructions élémentaires
-quatre type d’instructions principales
➡assignation
➡branchement conditionnel
➡branchement sans condition
➡bouclage
-conçu pour la programmation système UNIX
3
Benoît DartiesITC34 - Partie C / C++
Introduction
Qu’est-ce que le C++ ?
‣langage de programmation offrant de multiples paradigmes :
-programmation impérative
-programmation orientée objet
-programmation générique
-...
‣considéré comme le petit frère du C
‣apporte de nouveaux éléments par rapport au C
-objets
-fonctions virtuelles
-surcharge des opérateurs et des fonctions
-références
-gestion de flux d’entrée / sortie
-...
4
Benoît DartiesITC34 - Partie C / C++
Histoire du langage C
1972, Naissance du C
‣Développé par Dennis M. Ritchie, laboratoire Bell
‣Objectif : développer une version portable d’UNIX
‣Inspiré du langage B (1970, Ken Tompson)
1978, définition officielle
‣par Brian W. Kernighan & Dennis M. Ritchie
‣livre «The C programming language», le K&R-C
1983 : nouveau standard
‣besoin d’une référence, pour répondre aux problèmes de compatibilité
‣Standardisation ANSI-C (Américan National Standards Institute)
‣Publication dans la seconde édition du K&R-C (1988)
5
Benoît DartiesITC34 - Partie C / C++
Histoire du langage C
1989, Ratification du standard : ANSI X3.159-1989
‣ANSI C, Standard C ou encore C89
1990, Adoption par l’ISO du standard ANSI
‣International Organisation for Standardization
‣Norme ISO/IEC 9899:1990
‣C90 (identique C89)
1999 : Révision du standard
‣Norme ISO/IEC 9899:1990
‣C99
‣Ajout des fonctions inline, types de données, ...
2007 : réflexions sur une évolution du standard : C1X
6

Benoît DartiesITC34 - Partie C / C++
Histoire du langage C++
1979, Pendant ce temps ...
‣Bjarne Stroustrup travaille sur l’ajout de classes au C
-encapsulation de données
-classes dérivées
-typage fort
-fonctions inline (repris dans C)
1983, C++ adopté comme nom officiel
‣ajout de fonctionnalités supplémentaires
-fonctions virtuelles
-surcharge d’opérateurs
-références
-constantes (repris dans C)
-commentaires de fin de lignes // (repris dans C)
-...
7
Benoît DartiesITC34 - Partie C / C++
Histoire du langage C++
1985, première référence
‣livre «The C++ programming language»
‣pas encore de standard officiel
1989, seconde version de C++
‣héritage multiple
‣classes abstraites
‣...
1990, «The annotated C++ Reference Manual» (ARM)
‣bases pour le futur standard
1998, Standardisation (ISO/CEI 14882:1998)
‣Version corrigée en 2003 (ISO/CEI 14882:2003)
8
Benoît DartiesITC34 - Partie C / C++
Popularité des langages de programmation
9
Position
Aug 2010
Position
Aug 2009
Delta in Position
Lanugage
Jul 2010
/ Jul 2009
Status
1
1
=
Java
17.994%
-1.53%
A
2
2
=
C
17.866%
+0.65%
A
3
3
=
C++
9.658%
-0.84%
A
4
4
=
PHP
9.180%
-0.21%
A
5
5
=
(Visual) Basic
5.413%
-3.07%
A
6
7
+
C#
4.986%
+0.54%
A
7
6
-
Python
4.223%
-0.27%
A
8
8
=
Perl
3.427%
-0.60%
A
9
19
++++++++++
Objective-C
3.150%
+2.54%
A
10
11
+
Delphi
2.428%
+0.09%
A
11
9
--
JavaScript
2.401%
-0.41%
A
12
10
--
Ruby
1.979%
-0.51%
A
13
12
-
PL/SQL
0.757%
-0.23%
A
14
13
-
SAS
0.715%
-0.10%
A
15
20
+++++
MATLAB
0.627%
+0.07%
B
16
18
++
Lisp/Scheme/
0.626%
0.00%
B
17
16
-
Pascal
0.622%
-0.05%
B
18
15
---
ABAP
0.616%
-0.12%
B
19
14
-----
RPG (OS/400)
0.606%
-0.15%
B
20
-
++++++++++
Go
0.603%
0.00%
B
Benoît DartiesITC34 - Partie C / C++
Popularité des langages de programmation
10
Benoît DartiesITC34 - Partie C / C++
Ne pas confondre C et C++ !
Langages très proches
‣s’inspirent mutuellement
‣fortes interactions :
-Compilation d’un programme C avec un compilateur C++
-Utilisation de librairies statiques développées en C++ dans du C
-...
‣mais doivent être considérés comme des langages séparés !
11
Benoît DartiesITC34 - Partie C / C++
Organisation de ce cours
Partie C
‣Bases du langage
‣Compilation
‣Gestion de la mémoire
-mise en application sur le langage C
-fonctionnement étendu au C++ (non présenté)
Partie C++
‣Ajouts / modifications en langage impératif par rapport au C++
-Surcharge de fonctions, d’opérateurs ..
-Gestion des flux
‣Programmation orientée objets
‣Librairies C++
12

Bases du langage C
13
Benoît DartiesITC34 - Partie C / C++
Composition du langage C
Six groupes de composants élémentaires :
les identificateurs
les mots-clé
les constantes
les chaînes de caractères
les opérateurs
les signes de ponctuation
(éventuellement les commentaires)
14
Benoît DartiesITC34 - Partie C / C++
Les identificateurs
Rôle d’un identificateur
‣Donner un rôle à une entité du programme
‣Peut désigner :
-un nom de variable
-un nom de fonction
-un type
-....
Composition : suite de caractères
‣lettres majuscules / minuscules non accentuées
‣chiffres
‣caractère «underscore» _
‣ne peut commencer par un chiffre
‣respect de la casse : différenciation des majuscules / minuscules
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Benoît DartiesITC34 - Partie C / C++
Les mots-clé
mots réservés pour le langage C
‣ne peuvent être utilisés comme identificateurs
‣ANSI C compte 32 mots-clé
‣différentes utilités
16
auto
const
double
float
int
short
struct
unsigned
break
continue
else
for
long
signed
switch
void
case
default
enum
goto
register
sizeof
typedef
volatile
char
do
extern
if
return
static
union
while
Benoît DartiesITC34 - Partie C / C++
Structure d’un programme C
Un programme C :
‣manipule des variables
‣nommées par un identificateur
‣sur lesquelles il effectue des opérations utilisant des opérateurs
‣ces opérations sont décrites par des instructions
Une instruction :
‣est une expression : suite de composants syntaxiquement correct
‣suivie d’un point virgule
‣a pour objet le résultat d’une action décrite par l’expression
-affectation : associer une valeur à un variable
-comparaison : comparaison de valeurs
-opération mathématique ou logique : calcul d’une valeur
-branchement : saut vers une instruction non consécutive
-...
17
Benoît DartiesITC34 - Partie C / C++
Structure d’un programme C
bloc d’instruction :
‣suite d’instructions encadrée par des crochets ouvrant et fermant
‣inclusion des blocs d’instructions possible
Une variable :
‣espace mémoire fini
‣identifiée par un identificateur
‣capable de contenir une valeur
‣possède un type : int, float, char, ...
-nécessite d’être déclarée avant utilisation
‣portée généralement limitée au bloc d’instruction dans lequel elle est
définie
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Benoît DartiesITC34 - Partie C / C++
Structure d’un programme C
Squelette d’un programme C
19
[directives du préprocesseur]
[déclaration de variables externes]
[fonctions secondaires]
int main() { // bloc d’instructions du main
[variables internes]
[instructions]
}
Benoît DartiesITC34 - Partie C / C++
Types de données
Types de données
‣Le langage C est un langage typé
‣toute variable, fonction, constante est typée
‣Un type définit :
-la façon dont l’élément est représenté en mémoire
-la taille occupée par l’élément
-les valeurs que peut prendre l’élément (=domaine)
-les opérations autorisées sur ce dernier
‣Deux familles de types :
-type primitifs
-types composés (abordés plus loin)
20
Benoît DartiesITC34 - Partie C / C++
Types de données
Relation entre type, taille, encodage, signification
‣espace mémoire de taille n bits : mot binaire
‣2^n mot binaires possibles, chacun représente une valeur
21
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
0
0
1
1
0
0
1
0
1
1
1
0
0
0
1
1
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
valeur binaire sur espace mémoire taille 16 bits valeur décimale
0
1
2
3
...
26055
...
65535
Signification
taille : dépend du type utilisé
Dépend du type !
entier ?
valeur négative ?
réel ?
caractère ?
mot ?
autre ?
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0
0
1
0
0
1
0
Bit de poids le + faible
Bit de poids le + fort
Benoît DartiesITC34 - Partie C / C++
Représentation des caractères
Types représentant les caractères
‣utilisés pour représenter des caractères
‣mot clé : char
‣objet élémentaire du langage C
‣taille : 1 octet (la plupart du temps), soit 256 possibilités
-chaque valeur est associée à un caractère
-correspondance selon le jeu de caractères de la machine utilisée
➡Généralement jeu de caractères ISO 8859 (8 bits)
➡Valeurs 0 à 127 : table ASCII (codée sur 7 bits)
➡Valeurs 128 à 255 : caractères propre aux différentes langues
➡En Europe occidentale : ISO 8859-1 (ISO-LATIN-1)
‣une variable de type char est un mot binaire d’un octet auquel est
associé un caractère ! (par l'intermédiaire d’une valeur décimale)
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Benoît DartiesITC34 - Partie C / C++
Représentation des entiers
Types représentant les entiers
‣utilisés pour représenter des valeurs entières
-on ne peut pas représenter tous les entiers !
-impossible de représenter tous les éléments d’une quantité infinie
‣mot clé : int
-peut-être précédé d’un attribut de précision : short ou long
-et/ou d’un attribut de représentation : unsigned
‣mot clé : char
-peut être précédé d’un attribut de représentation : unsigned
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Benoît DartiesITC34 - Partie C / C++
Représentation des entiers
Attribut de précision :
‣short, long , (long long depuis C99, non ANSI)
‣Modifie le nombre d’octets alloués à la variable
Encodage du signe des entiers :
‣bit de poids le plus fort à 0 pour les entiers positifs
‣attribut unsigned
-utilisation du bit de poids le plus fort pour l’encodage du nombre
-encodage d’entiers positifs ou nul seulement
-valeur max deux fois plus grande
24

Benoît DartiesITC34 - Partie C / C++
Représentation des entiers
Tableau des types de données pour entiers (C99, proc. 32 bits)
25
Type
Signification
Taille (octet)
Plage de valeurs
char
Caractère
1
-128 à 127
unsigned char
Caractère non signé
1
0 à 255
short int
Entier court
2
-32768 à 32767
unsigned short int
Entier court non signé
2
0 à 65535
int
Entier
4
-32768 à 32767
-2147483648 à 2147483647
unsigned int
Entier non signé
4
0 à 65535
0 à 4294967295
long int
Entier long
4
-2 147 483 648 à 2 147 483 647
unsigned long int
Entier long non signé
2
0 à 4 294 967 295
long long int
Entier long long
8
–9,223,372,036,854,775,808 à
9,223,372,036,854,775,807
unsigned long long int
Entier long long non signé
8
0 à 18,446,744,073,709,551,615
Benoît DartiesITC34 - Partie C / C++
Représentation des entiers
Conséquences :
‣L’algorithme ne s’arrête jamais (exécution infinie)
‣Le programme s’arrêtera au bout d’un certain temps
-ceci quel que soit le type de la variable a
-type : retarde la fin d’exécution
26
entier a;
debut
a <- 1;
tant que (a > 0) faire
a<- a + 1;
fin tant que
fin
int main() {
int a;
a=1;
while (a > 0) {
a = a+1;
}
}
Algorithme de boucle infinie Implémentation en C
Benoît DartiesITC34 - Partie C / C++
Représentation des entiers
Incrémentation d’une variable dont la valeur est maximum
‣Integer Overflow
‣Résultat obtenu dépendant du type (donc de la représentation)
-Type non signé (mot clé unsigned )
-Type signé
-Problèmes dans tous les cas
27
Exemple : pacman
‣Numéro de level codé sur 1 octet
‣256 possibilités
‣Levels 0 à 255 OK
‣Level 256 : problèmes d’affichage
Benoît DartiesITC34 - Partie C / C++
Représentation des entiers
Représentation des valeurs entières sur type non signé :
‣Le poids de chaque bit correspond à une puissance de deux
‣Valeur max atteinte lorsque représentation binaire : 1111...1111
‣incrémentation : 10000 ... 0000
-bit tout à gauche inexistant
-réduction au nombre 0000...0000
Représentation des valeurs entières sur type signé
‣Bit de poids fort à 0 pour les entiers positifs
‣Valeur Max atteinte lorsque représentation binaire : 0111...1111
‣Valeur numérique de 1000...0000 jusqu’à 1111...1111 ?
‣Comment sont représentés les entiers négatifs ???
‣Pourquoi peut-on représenter un négatif de plus qu’un positif ??
28
Benoît DartiesITC34 - Partie C / C++
Représentation des entiers négatifs
Approche naïve : méthode Sign-and-Magnitude
‣n-1 bits de poids faibles : code un nombre
‣1 bit de poids le plus fort : code le signe
-0 : nombre positif
-1 : nombre négatif
‣Inconvénients :
-double représentation du 0
-opérations arithmétiques compliquées
29
Binaire
Décimal
00000000
0
00000101
5
01000001
65
01111111
127
Représentation sur type de taille 1 octet
Binaire
Décimal
10000000
-0
10000101
-5
11000001
-65
11111111
-127
Représentation sur type de taille 1 octet
Benoît DartiesITC34 - Partie C / C++
Représentation des entiers négatifs
Complément-à-un
‣Nombre positif codé sur n-1 bits
‣Pour obtenir le négatif : inversion des bits
‣Avantages :
-certaines opérations mathématiques sont facilités
-exemple : addition
‣Inconvénients :
-double représentation du 0
30
Binaire
Décimal
00000000
0
00000101
5
01000001
65
01111111
127
Représentation sur type de taille 1 octet
Binaire
Décimal
11111111
-0
11111010
-5
10111110
-65
10000000
-127
Représentation sur type de taille 1 octet