Éléments de programmation C++

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1 Université du Québec École de technologie supérieure Département de génie de la production automatisée GPA789 Analyse et Conception orientées objet Éléments de programmation C++ Professeur: Tony Wong, Ph.D., ing. Chapitre 1 Résumé des notes de cours (partie #A) Les types de base de C++ (1) Entier: int Taille dépendante de la longueur d un mot du processeur Processeur 16bits, int 16bits (MS-DOS, Windows 3.x) Processeur 32bits, int 32bits (Windows NT/2000) short Taille de 2 octets Signé: 32,768 à 32,767 long Taille de 4 octets Signé: 2,147,483,648 à 2,147,483,647 2 (c) Tony Wong Ph.D., ing., Département de génie de production automatisée, ÉTS - UQ 1

2 Les types de base de C++ (2) Point flottant: float Taille de 4 octets ±38 (7 chiffres significatifs) double Taille de 8 octets ±308 (15 chiffres significatifs) long double Taille de 10 octets ±4932 (19 chiffres significatifs) Caractère, chaîne de caractères char, char *, char [] char 1 octet, char *, char[] pointeur 16/32 bits 3 Les types de base de C++ (3) Booléen: bool true, false Aussi, C++ considère une valeur nulle (==0) comme false et une valeur non nulle (!=0) comme true. Constante: entière littérale: 8L, 8LU, 8lu simple et double précision: 3.142e-3f, 3.14e-3L caractère littéral: a, \n chaîne littérale: "a", "Allô" 4 (c) Tony Wong Ph.D., ing., Département de génie de production automatisée, ÉTS - UQ 2

3 Les types de base de C++ (4) Pointeur: Adressage indirect d un type de données. Possède un type int*, float*, char*, etc. On peut appliquer les opérations arithmétiques sur les pointeurs. Référence: Un alias à un type de données. Semblable à un pointeur mais sans la complication de l indirection. Possède un type int&, float&, char&, etc. 5 Les types de base de C++ (5) Énumération: Définition des constantes symboliques de type int. enum _COULEUR {NOIR, ROUGE, VERT}; Tableau: (Tag name) Organisation des données homogènes. Possède un type. float ftab[201]; int itab[10][10]; Tableau 1D de type simple précision Énumération: Noir=1, ROUGE=2, VERT=3, etc. Tableau 2D de type entier 6 (c) Tony Wong Ph.D., ing., Département de génie de production automatisée, ÉTS - UQ 3

4 Les types de base de C++ (6) Définition de type synonyme: typedef: Attention ce n est pas la création de nouveau type. Mais bien l instauration des synonymes de type déjà existant. En C++, on utilise le concept des classes pour créer de nouveaux types utilisateurs. typedef unsigned int UINT; UINT est synonyme de unsigned int typedef FTAB float ftab[100]; FTAB est synonyme d un tableau 1D de type float à 100 éléments 7 Les types de base de C++ (7) Structure de données Rassembler des données hétéroclites en unité logique. (Tag name) struct: struct _PERSONNE { char Nom[25]; char Adresse[50]; unsigned short Age; unsigned int ID; }; struct _PERSONNE personne; Les champs de la structure. On peut accéder aux champs par: personne.age = 16; personne.id=212212; struct _PERSONNE est le type représentant la structure personne est une variable de la structure _PERSONNE 8 (c) Tony Wong Ph.D., ing., Département de génie de production automatisée, ÉTS - UQ 4

5 Les types de base de C++ (8) Structure de données Pour simplifier l écriture des structures, nous utiliserons un typedef. Voici un exemple: typedef struct _PERSONNE { char Nom[25]; char Adresse[50]; unsigned short Age; unsigned int ID; } PERSONNE; PERSONNE personne; PERSONNE est un synonyme du type struct _PERSONNE. Par l utilisation de typedef, on peut utiliser créer des instances de la structure par le type PERSONNE au lieu de struct _PERSONNE. 9 Les types de base de C++ (9) Unions Rassembler des données hétéroclites en unité logique mais ne peut contenir qu une seule donnée à la fois. L espace mémoire réservé la taille de la plus grande donnée de l union. Union _DEPLACEMENT { float nord, sud; int haut, bas; bool arret; }; On peut placer une donnée à la fois dans l union. On peut retirer une donnée à la fois de l union. Ex: On peut assigner une valeur à nord et la retirer comme arret. 10 (c) Tony Wong Ph.D., ing., Département de génie de production automatisée, ÉTS - UQ 5

6 Les types de base de C++ (10) Les variables constantes: Remplace l utilisation de la directive #define du pré-processeur C. Une variable constante contient une valeur qui ne peut (et ne doit) pas changer durant la vie du programme. Par exemple: const double PI = 3.141L; const double* ppi = Π 11 Décision et bouclage (1) En C++, les décisions et le bouclage sont basés sur le résultat d évaluation des expressions. Le résultat est considéré comme vrai s il est non nul (!=0). Le résultat est considéré comme faux s il est nul (==0). Instruction if: if (expr1) { instr1; } else if (expr2) { instr2; } 12 else { instr3; } (c) Tony Wong Ph.D., ing., Département de génie de production automatisée, ÉTS - UQ 6

7 Décision et bouclage (2) Instruction switch-case: switch (expr) { case const1: { instr1; break; } case const2: { instr2; break; } case const3: { instr3; break; } : : : default: { instr; } } Le cas default est facultatif. Il est exécuté si: 1) Il est présent. 2) Aucun autre cas n est exécuté. Variable, expression arithmétique Valeurs constantes résultant de expr. const1, const2, const3 ne sont pas des variables. 13 Décision et bouclage (3) Instruction for: for (init; expr1; expr2) { instr; } Par exemple: int i, itab[50]; for (i = 0; i < 50; i++) itab[i] = i*2; L indice débute à 0 pour les tableaux et les chaînes de caractères! Résultat: itab[0]=0, itab[1]=2,, itab[49]=98 14 (c) Tony Wong Ph.D., ing., Département de génie de production automatisée, ÉTS - UQ 7

8 Décision et bouclage (4) Instruction while: while (expr) { instr; } Bouclage jusqu à ce que expr == faux. Par exemple: int i = 0; while (chaine1[i]!= \0 ) { chaine2[i] = chaine1[i]; i++; } chaine2[i] = \0 ; 15 Décision et bouclage (5) Instruction do-while: do { instr; } while (expr) Le bouclage s effectuera au moins 1 fois. Par exemple: int i = 0, itab[50]; do { itab[i] = 2 * i; i++; } while (i < 50); Cette construction est équivalente à celle réalisée pour l instruction for. 16 (c) Tony Wong Ph.D., ing., Département de génie de production automatisée, ÉTS - UQ 8

9 Fonctions (1) Une fonction est l unité d exécution fondamentale en C++. En effet, un programme C++ minimal contient toujours une fonction: main(). Une fonction C++ est réalisée en deux parties: La déclaration (le prototype) Indiquer le nom, le type de retour et les paramètres de la fonction. La définition Le codage proprement dit de la fonction. 17 Fonctions (2) Voici un exemple de déclaration: char* puissance(char [], unsigned int); Une déclaration de fonction est toujours terminée par un point-virgule Le nom de la fonction Le type de retour de la fonction Les paramètres de la fonction. Dans cet exemple, les paramètres sont: char[] une chaîne de caractères unsigned int un entier non signé Ces paramètres sont la signature de la fonction 18 (c) Tony Wong Ph.D., ing., Département de génie de production automatisée, ÉTS - UQ 9

10 Fonctions (3) Voici un exemple de définition: char* puissance(char chaine[], unsigned int n) { unsigned int i, len = strlen(chaine); char* chaine2 = new char[n*len+1]; chaine2[0] = \0 ; for (i=0; i<n; i++) strcat(chaine2, chaine); return chaine2; } Doit retourner une donnée de même type que le type de retour spécifié Utilisation des paramètres de la fonction pour effectuer un traitement 19 Fonctions (4) Il existe des règles de visibilité gouvernant les fonctions: La déclaration n est pas nécessaire si sa définition précède son utilisation dans un fichier source. La déclaration est nécessaire si la fonction est définie dans un autre fichier source ou si elle provient d une bibliothèque. La déclaration doit précéder sa définition et l utilisation de la fonction dans un fichier source. Morale: Toujours déclarer les fonctions. Mieux encore, placer les déclarations dans un fichier d en-tête (.h) 20 (c) Tony Wong Ph.D., ing., Département de génie de production automatisée, ÉTS - UQ 10

11 Fonctions (5) Les fichiers d en-tête (.h) peuvent contenir: Les prototypes (déclarations). Les constantes, les variables partagées (globales), les définitions de structures, les énumérations. Les déclarations de classes. La directive de pré-compilation #include est prévue pour inclure les fichiers d en-tête dans un fichier source. 21 Fonctions (6) Un exemple d inclusion des fichiers d en-tête: #include <stdio.h> #include <string> #include "MaBiblio.h" Bibliothèque C/C++ Bibliothèque standard C++ Fichier d en-tête de l utilisateur Utiliser <nomfich> pour signifier au pré-processeur de fouiller les répertoires systèmes pour trouver le fichier nomfich. Utiliser"nomfich" pour signifier au pré-processeur de fouiller les répertoires du projet pour trouver le fichier nomfich. 22 (c) Tony Wong Ph.D., ing., Département de génie de production automatisée, ÉTS - UQ 11

12 Fonctions (7) Fonction inline: Le code source est inséré directement au point d utilisation. Exécution du programme est plus rapide (pas de gosub). Par exemple: inline float carre(float x) { return x*x; } :: : : float res; res = carre(12.65f); Le code de la fonction carre est inséré à ce point du programme. 23 Fonctions (8) Restrictions concernant l utilisation des fonctions inline: Les fonctions inline sont interdites dans des fonctions récursives. On ne peut pas créer une fonction inline s il existe une référence par pointeur à la fonction. Attention! L utilisation des fonctions inline augmente la taille du programme. 24 (c) Tony Wong Ph.D., ing., Département de génie de production automatisée, ÉTS - UQ 12

13 Fonctions (9) La surcharge des fonctions (function overload): Permet l identification de plusieurs fonctions par le même nom. La surcharge est possible pour des fonctions dont la signature est différente. Attention! Ce n est pas le concept de «polymorphisme». Le polymorphisme est un concept beaucoup plus général. 25 Fonctions (10) Voici un exemple de la surcharge: int somme(int* vec, unsigned int len) { int i, sum = 0; for (i=0; i < len; i++) sum += vec[i]; return (sum); } int somme(float* vec, unsigned int len) { int i; float sum = 0.0; for (i=0; i < len; i++) sum += vec[i]; return int(sum); } Même nom mais de signature différente. (Le type de retour ne fait pas partie de la signature d une fonction) 26 (c) Tony Wong Ph.D., ing., Département de génie de production automatisée, ÉTS - UQ 13

14 Fonctions (11) La surcharge des opérateurs: Un opérateur est traité comme une fonction. Opérateurs permettant la surcharge = ^= * 8. &= 9. (, ) 10. / 11. = 12. [, ] 13. % 14. << 15. new, delete 16. ^ 17. >> 18. & 19.! 20. <<= = 23. <= 24. ~ 25. < 26. >= 27. *= 28. > 29. && 30. /= 31. += %= 34. >>= 35. == 36.!= 37., 38. -> 39. ->* 27 Fonctions (12) Nous verrons la syntaxe de la surcharge des opérateurs dans la section expliquant l utilisation des classes C++. Fonction retournant une référence: D abord expliquons ce qu est un lvalue et un rvalue: Opérateur d assignation expression_gauche = expression_droite Une expression placée à gauche d une assignation. Son résultat est un lvalue. Une expression placée à droite d une assignation. Son résultat est un rvalue. 28 (c) Tony Wong Ph.D., ing., Département de génie de production automatisée, ÉTS - UQ 14

15 Fonctions (13) Une fonction retournant une référence est une fonction qui peut jouer le rôle de lvalue ou rvalue. Une fonction comme lvalue est une capacité spéciale du langage C++. Voici un exemple: NouveauX(3) = 5; La fonction NouveauX() joue le rôle d un lvalue en acceptant une valeur rvalue. 29 int ivec[10]; : : : : : : int& NouveauX(int i) { return ivec[i]; } Fonctions (14) La fonction C++ NouveauX() est une fonction retournant une référence d un nombre entier (int&) void main() { int i; for (i=0; i<10; i++) NouveauX(i) = i; } On peut l utiliser comme lvalue pour remplir les éléments d un tableau 1D. 30 (c) Tony Wong Ph.D., ing., Département de génie de production automatisée, ÉTS - UQ 15

16 Classes de stockage (1) Les classes de stockage représentent la durée de vie et la visibilité des entités (variables, constantes, objets, etc.) du langage C++. Ne pas confondre avec le concept des classes de C++. Il existe quatre classes de stockage: auto (automatique) extern (global) register (registre du processeur) static 31 Classes de stockage (2) Présentons d abord la cartographie logique d un programme exécutant sous un système d exploitation moderne. 0xFFFFFFFF ( ) Espace noyau 0xE ( ) Espace utilisateur Programme noyau Pile utilisateur Bibliothèque partagée Fichier associé à la mémoire Heap Données non initialisées Données initialisées 0 Texte 32 (c) Tony Wong Ph.D., ing., Département de génie de production automatisée, ÉTS - UQ 16

17 Classes de stockage (3) La classe auto: Les variables de classe automatique sont placées dans la pile utilisateur. Leur durée de vie est normalement confinée à l intérieur des blocs de code entourés par des accolades. void foo(int* vec, int len) { int i; } for (i=0; i<len; i++) { float s; s+= vec[i] * 2.0f; } Variables automatiques 33 Classes de stockage (4) La classe extern: Rendre une variable visible à l extérieur du fichier où elle a été déclarée. Cette classe de stockage n est applicable qu à des entités globales (i.e. variables globales). Les fonctions (non membres) sont externs par défaut. Ne pas abuser l utilisation de la classe extern! 34 (c) Tony Wong Ph.D., ing., Département de génie de production automatisée, ÉTS - UQ 17

18 Classes de stockage (5) Voici un exemple d utilisation d une variable déclarée extern: Fichier source A.cpp char* chai ne = "Je sui s i ci!"; : : : : : : Définition d une variable globale dans le fichier A.cpp Fichier source B.cpp : : : : : : ext ern char* chai ne; : : : : : : La variable chaine est visible dans le fichier B.cpp, il suffit de l indiquer par le mot clé extern 35 Classes de stockage (6) La classe registre: L idée est de stocker une variable directement dans l un des registres du processeur. Voici les étapes générales impliquées dans l utilisation d une variable dans un programme: Transférer de la mémoire le contenu de la variable dans l'un des registres du processeur Effectuer le calcul à l'aide de l'accumulateur et/ou des registres du processeur L utilisation du mot clé register placé devant une variable élimine ces deux étapes. Transférer le résultat du calcul à l'adresse mémoire de la variable 36 (c) Tony Wong Ph.D., ing., Département de génie de production automatisée, ÉTS - UQ 18

19 Classes de stockage (7) Attention! L utilisation du mot clé register n est qu une indication de notre souhait. Le compilateur peut ne pas l honorer. void main() { register int i = 0; while (i < 100) { chaine = puissance(ch1, i); } } i++; Demander au compilateur de pré-charger la variable automatique i dans l un des registres du processeur. Si possible, le compilateur générera du code machine qui chargera la variable i dans un registre du processeur. Il n y aura pas de déplacement de/vers la mémoire vive de i dans la boucle while. 37 Classes de stockage (8) La classe statique: Cette classe modifie la durée de vie d une variable. La variable modifiée aura une durée de vie égale à celle du programme. La variable modifiée est placée dans le segment «données initialisées» du programme (voir cartographie de la mémoire à la page 32). Cette classe modifie la visibilité d une variable globale. La variable globale modifiée ne sera pas visible à l extérieur du fichier source où elle a été définie. 38 (c) Tony Wong Ph.D., ing., Département de génie de production automatisée, ÉTS - UQ 19

20 Classes de stockage (9) En voici un exemple: int somme(int* vec, unsigned int len) { int i; static int sum = 0; for (i=0; i < len; i++) sum += vec[i]; return (sum); } Cette variable automatique est modifiée par le mot clé static. Elle aura une durée de vie égale à celle du programme. L assignation sum = 0 sera effectuée une seule fois après le démarrage du programme. 39 Pointeur (1) Un pointeur est une variable pouvant recevoir comme contenu une adresse mémoire. En C++, les variables et les fonctions ont une adresse mémoire associée. Donc, un pointeur C++ est une variable contenant l adresse mémoire d une autre variable (ou fonction). Donc, un pointeur C++ possède également un type celui de la variable pointée. 40 (c) Tony Wong Ph.D., ing., Département de génie de production automatisée, ÉTS - UQ 20

21 Pointeur (2) Voici la syntaxe d un pointeur de variable: int* pi; // pointeur d une variable int float* pf; // pointeur d une variable float double* pd; // pointeur d une variable double MA_STRUCT* pms;// pointeur d une structure appelée // MA_STRUCT On peut aussi écrire: int *pi; float *pf; double *pd; MA_STRUCT *pms; Le compilateur ne fait pas de distinction entre ces deux façons d écrire les pointeurs de variable. 41 Pointeur (3) Voici une utilisation des pointeurs: int X; float Y; double Z; Déclaration de quelques variables int* pi = &X; float* pf = &Y; double* pd = &Z; int* pi = &Y; // Erreur! type incompatible Après ces assignations, pi pointe vers X, pf pointe vers Y, pd pointe vers Z. 42 (c) Tony Wong Ph.D., ing., Département de génie de production automatisée, ÉTS - UQ 21

22 Pointeur (4) Pour obtenir le contenu de la variable pointée par un pointeur: Utiliser l opérateur d indirection (*). Voici la syntaxe nécessaire: *pi = 12; // X = 12 *pf = ; // Y = *pi++; // X = 13 *pf = 2.0 * (*pf); // Y = 2 * (3.1416) = L opérateur d indirection utilise le même symbole que l opérateur de multiplication! 43 Pointeur (5) Un type de pointeur spécial le type void*: void est un type indéfini. Donc, un pointeur de type void peut recevoir l adresse mémoire de n importe quel type de variable. int X; float Y; double Z; void *pv; pv = &X; pv = &Y; pv = &Z; // ok // ok // ok pv est un pointeur de type void 44 (c) Tony Wong Ph.D., ing., Département de génie de production automatisée, ÉTS - UQ 22

23 Pointeur (6) Cependant, pour pouvoir accéder au contenu de la variable pointée: Il faut effectuer la conversion de type (casting). double Z; void* pv = &Z; *((double*)pv) = 1.0; // Z = Forcer pv en un pointeur de type double (double*) 2. Référer au contenu de la variable pointée (variable Z) Sans la conversion de type explicite, le compilateur de ce code produira une erreur de compilation. 45 Pointeur (7) Mais pourquoi doit-on appliquer une conversion de type à des pointeurs de type void? Parallèlement, pourquoi est-il nécessaire de spécifier le type à un pointeur? Réponses: *((double*)pv) = 1.0; Le compilateur doit savoir la taille des données à manipuler et à transférer dans la zone mémoire pointée. Par exemple, Un pointeur de char manipulation/transfert de 1 octet. Un pointeur de short transfert de 2 octets. Un pointeur de long transfert de 4 octets. 46 Etc. (c) Tony Wong Ph.D., ing., Département de génie de production automatisée, ÉTS - UQ 23

24 Pointeur (8) Il existe une relation intime entre un pointeur et un tableau 1D. Le nom du tableau 1D est le pointeur du tableau. Ex: int itab[10]; itab est un pointeur de type const int Autrement dit, itab &itab[0] itab est un pointeur constant qui contient l adresse mémoire du premier élément du tableau 1D. 47 Pointeur (9) On peut donc indexer un tableau 1D par: *(itab+i) itab[i] avec 0 i 9. Pourquoi cela est-il possible? Un tableau 1D (2D, 3D, ) est arrangé en mémoire d une manière contiguë. case itab 48 (c) Tony Wong Ph.D., ing., Département de génie de production automatisée, ÉTS - UQ 24

25 Pointeur (10) Il existe également une relation intime entre une chaîne de caractères et un tableau 1D. Une chaîne de caractères EST un tableau 1D. Cependant, le tableau est du type char (ou unsigned char). Le tableau représentant la chaîne est toujours terminé par le caractère zéro ( \0 ). La discussion portée sur les tableaux 1D s applique également au chaîne de caractères. 49 Pointeur (11) La chaine "Tony" est représentée en mémoire de la manière suivante: char *Nom = "Tony"; char Nom[] = "Tony"; Syntaxe équivalente case T o n y \0 Nom La chaîne nécessite en réalité 5 cases de mémoire. Le 5e élément sert à entreposer le caractère 0 (indicateur de fin de chaîne). La variable Nom est un pointeur constant de type char. 50 (c) Tony Wong Ph.D., ing., Département de génie de production automatisée, ÉTS - UQ 25

26 Fin de la première partie du chapitre 1 Lire les notes de cours: chapitre 1. Comprendre les détails techniques présentés dans les notes de cours. Préparer vos questions pour le prochain cours. N oubliez pas: C++ est bien plus que du C. 51 (c) Tony Wong Ph.D., ing., Département de génie de production automatisée, ÉTS - UQ 26

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