Programmation I : Cours d introduction à la programmation INTRODUCTION

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1 Programmation I : Cours d introduction à la programmation INTRODUCTION Laboratoire d Intelligence Artificielle Faculté I&C Programmation I Introduction 1 / 29

2 Objectifs du 1. Apprendre à programmer savoir les bases et connaître correctement au moins un langage pratique sur le langage 2. Savoir comment fonctionne un ordinateur et savoir l utiliser (sous Linux) voir le document «Présentation générale du» mis à disposition. A LIRE ABSOLUMENT! Programmation I Introduction 2 / 29

3 Moyens MOOC : vidéos, quiz, exercices, devoirs notés Moodle : support de, exercices, compléments,... Interactions : séances de (1h) et d exercices (2h) Forums (MOOC et Moodle) Programmation I Introduction 3 / 29

4 Organisation du travail (semaines) AVANT le : voir les vidéos en (lundis CO1) : rappels, approfondissements, questions entre le et la séance d exercices (jeudis ) : finir les quiz (si ce n est pas fait) et commencer des exercices jeudi : séance d exercices avec assistants après la séance d exercices : encore plus d exercices ; puis faire et rendre le devoir noté du MOOC voir le document «Présentation générale du» mis à disposition. A LIRE ABSOLUMENT! Programmation I Introduction 4 / 29

5 Organisation du travail (semestre) MOOC décalage exercices ICC ICC exercices 1 h 2 h 2 h 1 h Lundi Jeudi Vendredi Vendredi prise en main Introduction variables 0 Intro / var / expr variables / expressions Algo if 0 if -switch i++ if -switch i++ Algo 2 (stratégies) for/while 0 for / while for / while Calculabilité fonctions 0 fonctions (1) fonctions (1) Repr. Numérique fonctions (2) fonctions (2) Echantillonage 1 Exam 1 (1 h 15) tableaux (vector) 1 vector (1) vector string + struct 1 array / string string Echantillonage 2 Echantillonage structures structures Compression pointeurs 2 pointeurs Série notée Compression entrées/sorties pointeurs Architecture ordi. Exam 2 (1 h 15) entrées/sorties entrées/sorties Stockage/Réseaux erreurs / exceptions erreurs / exceptions Sécurité Exam 3 (1 h 15) exemple - révisions (étude de cas MOOC) Examen voir le document «Présentation générale du» mis à disposition. A LIRE ABSOLUMENT! Programmation I Introduction 5 / 29

6 Interaction avec les enseignants Plusieurs moyens pour contacter les enseignants, assistants et étudiants-assistants pour poser des questions sur le ou les exercices : Durant les séances d exercices : c est le moyen le plus direct, et généralement le plus efficace. Par l intermédiaire des forums du (dans site Moodle [spécifique] ou MOOC [général]) moyen idéal pour diffuser la connaissance N hésitez pas à en faire usage! par aux assistants mais pour les cas généraux, préférez les forums. Les contacts personnels avec l enseignant ( , téléphone ou visites) devront être strictement réservés aux cas personnels et/ou urgents! Programmation I Introduction 6 / 29

7 Livres? Les éléments fournis (sur le MOOC ou Moodle) devraient constituer une documentation suffisante pour ce! Pour ceux qui souhaitent avoir un livre, les ouvrages suivants sont également recommandés Marylène Micheloud & Medard Rieder Programmation orientée objets en une approche évolutive, PPUR, Il est disponible pour un prix avoisinant les 43 CHF. Une version éléctronique est prévue pour ces prochaines semaines. Programmation I Introduction 7 / 29

8 Livres? Les éléments fournis (sur le MOOC ou Moodle) devraient constituer une documentation suffisante pour ce! Pour ceux qui souhaitent avoir un livre, les ouvrages suivants sont également recommandés J.-C. Chappelier & F. Seydoux par la pratique recueil d exercices corrigés et aide-mémoire, PPUR, 3 e édition, Mais les anciennes éditions restent utilisables pour le de cette année. Il est disponible pour un prix avoisinant les 35 CHF. Une version éléctronique est prévue pour ces prochaines semaines. Programmation I Introduction 7 / 29

9 Notes et examens Chacun des deux (Programmation I, Programmation II) est une branche de semestre comptant coefficient 3 dans le Bloc 2. La note finale de chacun des sera calculée de la façon suivante : Série notée I (1h45 ) coef. 1 Examen théorique I (1h45 ) coef Série notée II (1h45 ) coef. 1 Examen théorique II (1h45 ) coef. 2 Projet (en binôme) coef. 3 1 voir le document «Présentation générale du». Devoirs notés du MOOC : sont obligatoires sont un très bon entrainement n entrent pas dans le calcul de la note EPFL. 1. mais en aucun cas plus que 1.5 fois la moyenne individuelle (sous forme fractionnaire) ; i.e. ne permet pas de passer si on a une moyenne individuelle hors projet inférieure à 3.0 (= fraction 0.4). Programmation I Introduction 8 / 29

10 Qu est-ce que la programmation? C est quoi? INFORMATIQUE PROGRAMMATION «ICC» «Programmation I» (& II) Programmation I Introduction 9 / 29

11 Qu est-ce que la programmation? Objectif : permettre l automatisation d un certain nombre de tâches à l aide d ordinateurs. Un ordinateur est un exemple d automate programmable. Un automate est un dispositif capable d assurer, sans intervention humaine, un enchaînement d opérations correspondant à la réalisation d une tâche donnée. Exemples : montre, «ramasse-quilles»,... Un automate est programmable lorsque la nature de la tâche qu il est capable de réaliser peut être modifiée à volonté. Dans ce cas, la description de la tâche à réaliser se fait par le biais d un programme, c.-à-d. une séquence d instructions et de données susceptibles d être traitées (i.e. «comprises» et «exécutées») par l automate. Exemples : le métier à tisser Jacquard, l orgue de barbarie, et l ordinateur! Programmation I Introduction 10 / 29

12 Exemple d automate programmable PROGRAMME : Conception : quelles notes enchainer? Réalisation : percer les trous aux bons endroits Exécution : tourner la manivelle Résultat : mélodie Programmation I Introduction 11 / 29

13 Qu est-ce que la programmation? (résumé) En résumé, programmer c est donc décomposer la tâche à automatiser sous la forme d une séquence d instructions (traitements) et de données adaptées à l automate utilisé. opèrent sur traitements données influencent Formalisation des traitements : algorithmes distinguer formellement les bons traitements des mauvais Formalisation des données : structures de données abstraites distinguer formellement les bonnes structures de données des mauvaises Programmation I Introduction 12 / 29

14 Les instructions de l ordinateur Concrètement, quelles sont les instructions et les données «adaptées» à l ordinateur? Ordinateur microprocesseur détermine l ensemble des instructions élémentaires que l ordinateur est capable d exécuter ; mémoire centrale détermine l espace dans lequel des données peuvent être stockées en de traitement périphériques permettent l échange ou la sauvegarde à long terme des données Architecture de Von Neumann (1955) Programmation I Introduction 13 / 29

15 Les instructions de l ordinateur Concrètement, quelles sont les instructions et les données «adaptées» à l ordinateur? Ordinateur microprocesseur mémoire centrale périphériques C est donc le microprocesseur qui détermine le «jeu d instructions» (et le type de données) à utiliser. On les appelle «Instructions Machine», «Langage Machine», «Assembleur» On peut programmer directement le microprocesseur en langage machine......mais c est un peu fastidieux et de plus, chaque processeur utilise ses propres instructions Programmation I Introduction 13 / 29

16 Exemple d instructions-machine Programme en Assembleur 1: LOAD 10 5 mettre 5 dans la mémoire 10 2: CMP 10 0 comparer le contenu de la mémoire 10 à 0 3: JUMP +3 si tel est le cas sauter 3 instructions plus loin 4: DECR 10 décrémenter la mémoire 10 (de 1) 5: JUMP -3 sauter 3 instructions en arrière 6: END Instructions machine : Instructions Code Machine données Code Machine CMP DECR END JUMP LOAD Le programme ci-dessus correspond donc physiquement en machine à la séquence : Programmation I Introduction 14 / 29

17 La notion de langage de programmation Cependant, ces instructions-machine sont trop élémentaires pour pouvoir être efficacement utilisées (par les humains) pour l écriture de programmes il faut donc fournir au programmeur la possibilité d utiliser des instructions de plus haut niveau, plus proches de notre manière de penser et de conceptualiser les problèmes... Exemples de langage de programmation de haut niveau : «vieux» BASIC C 1 N=5 2 IF (N>0) THEN PRINT N; N=N-1; GOTO 2 3 END int main() { for (int n=5; n>0; --n) printf("%d\n", n); return 0; } Programmation I Introduction 15 / 29

18 La notion de langage de programmation (2) Comment rendre les instructions plus sophistiquées compréhensibles par l ordinateur? traduire les séquences d instructions de haut niveau en instructions-machine directement exécutables par le microprocesseur Selon ses caractéristiques, un tel traducteur est appelé compilateur ou interpréteur L ensemble des instructions de plus haut niveau qu un compilateur ou un interpréteur est capable de traiter constitue un langage de programmation. Programmation I Introduction 16 / 29

19 Interpréteur / Compilateur Compilateur et Interpréteur sont des traducteurs de langage de programmation de haut niveau en séries d instructions-machine directement exécutables par l ordinateur. La différence réside dans la manière dont la traduction est réalisée : le compilateur traduit les programmes dans leur ensemble : tout le programme doit être fourni en bloc au compilateur pour la traduction. Il est traduit une seule fois. l interpréteur traduit les programmes instruction par instruction dans le cadre d une interaction continue avec l utilisateur. Un programme est traduit à chaque exécution. Remarques : Certains langages peuvent indifféremment être interprétés ou compilés est un langage compilé, jamais interprété Programmation I Introduction 17 / 29

20 Interpréteur / Compilateur (2) Avantages et Inconvénients : De manière générale un langage interprété est donc adapté au développement rapide de prototypes (on peut immédiatement tester ce que l on est en train de réaliser) un langage compilé permet la réalisation d applications plus efficaces ou de plus grande envergure (optimisation plus globale, traduction effectuée une seule fois et non pas à chaque utilisation) un langage compilé permet également de diffuser les programmes sous forme binaire, sans pour autant imposer la diffusion sous forme lisible et compréhensible par un humain protection de la propriété intellectuelle Programmation I Introduction 18 / 29

21 Compilation d un programme fichier source compilateur fichier exécutable commande : g++ hello.cc -o hello hello.cc #include <iostream> using namespace std; int main() { cout << "Hello World!" << endl; return 0; } hello Programmation I Introduction 19 / 29

22 Pour résumer Concrètement : Cycle de développement ➀ réfléchir au problème ; concevoir l algorithme ➁ traduire cette réflexion en un texte (programme source) ➂ traduire ce texte en langage machine (compilation, programme exécutable) ➃ exécution du programme (exécutable) En pratique : erreurs de compilation (mal écrit) erreurs d exécution (mal pensé) = correction(s) d où le(s) cycle(s)! Programmation I Introduction 20 / 29

23 Le langage généralités Le langage est un langage orienté-objet compilé fortement typé. Schématiquement : = C + typage fort + objets Parmi les avantages de, on peut citer : un des langages objets les plus utilisés ; un langage compilé, ce qui permet la réalisation d applications efficaces ; un typage fort, ce qui permet au compilateur d effectuer de nombreuses vérifications lors de la compilation moins de «bugs»... ; un langage disponible sur pratiquement toutes les plate-formes. Programmation I Introduction 21 / 29

24 Suite du généralités Cette partie du correspond à ce qui est donnée sur le MOOC (Coursera) : structure d un programme représentation des données : variables, types instructions, opérateurs et expressions Deux compléments par rapport au MOOC : auto const/constexpr Programmation I Introduction 22 / 29

25 auto généralités En, on peut laisser le compilateur deviner le type d une variable grace au mot-clé auto. Le type de la variable est déduit du contexte. Il faut donc qu il y ait un contexte, c est-à-dire une initialisation. Par exemple : auto val(2); auto j(2*i+5); auto x(7.2835); Conseil : N abuser pas de cette possibilité et explicitez vos types autant que possibles. N utilisez auto que dans les cas «techniques», par exemple (qui viendra plus tard dans le ) : for (auto p = v.begin(); p!= v.end(); ++p) au lieu de for (vector<int>::iterator p = v.begin(); p!= v.end(); ++p) Programmation I Introduction 23 / 29

26 Données modifiables/non modifiables généralités Par défaut, les variables en sont modifiables. Si l on ne souhaite pas modifier une «variable» après son initialisation : la définir comme constante (pour ce nom là uniquement) La nature modifiable ou non modifiable d une donnée au travers de ce nom peut être définie lors de la déclaration par l indication du mot réservé const. Elle ne pourra plus être modifiée par le programme en utilisant ce nom (toute tentative de modification via ce nom produira un message d erreur lors de la compilation). Exemples : int const couple(2); double const g(9.81); Programmation I Introduction 24 / 29

27 Expressions constantes généralités En 11, il existe aussi le mot clé constexpr. Il est d utilisation plus générale, mais est aussi plus contraignant que const : la valeur initiale doit pouvoir être calculée à la compilation. Les deux (const et constexpr) sont donc très différents! const indique au compilateur qu une donnée ne changera pas de valeur au travers de ce nom ; mais 1. le compilateur peut très bien ne pas connaître la valeur en question au moment de la compilation ; et 2. cette valeur pourrait changer par ailleurs. constexpr indique au compilateur qu une donnée ne changera pas du tout de valeur et qu il doit pouvoir en calculer la valeur au moment de la compilation (i.e. cette valeur ne dépend pas de ce qu il va se passer plus tard dans le programme). Conseil : Si ces deux conditions sont vérifiées, on préfèrera utiliser constexpr. Programmation I Introduction 25 / 29

28 généralités Variables En, une valeur à conserver est stockée dans une variable caractérisée par : son type et son identificateur ; (définis lors de la déclaration) La valeur peut être définie une première fois lors de l initialisation, puis éventuellement modifiée par la suite. Rappels de syntaxe : Types élémentaires : type nom ; (déclaration) int type nom(valeur); (initialisation) double char nom = expression ; (affectation) bool Exemples : int val(2) ; const double z(x+2.0*y); constexpr double pi( ); i = j + 3; Programmation I Introduction 26 / 29

29 généralités Opérateurs Opérateurs arithmétiques * multiplication / division % modulo + addition - soustraction ++ incrément (1 opérande) -- décrément (1 opérande) Opérateurs de comparaison == teste l égalité logique!= non égalité < inférieur > supérieur <= inférieur ou égal >= supérieur ou égal Opérateurs logiques and && «et» logique or ou not! négation (1 opérande) Priorités (par ordre décroissant, tous les opérateurs d un même groupe sont de priorité égale) : not ++ --, * / %, + -, < <= > >=, ==!=, and, or Programmation I Introduction 27 / 29

30 Ce que j ai appris aujourd hui (et la semaine passée) Rappels sur l organisation du : lire le document de présentation Ce qu est et à quoi sert un langage de programmation La différence entre langage interprété et compilé que traitements et données sont les deux facettes complémentaires de la programmation Mes premières bases de les variables expressions et opérateurs je peux commencer à écrire mon premier programme Programmation I Introduction 28 / 29

31 La suite Exercices (jeudi, de à ) : premiers programmes En salle CO-020 (150 postes) ou en salles INF 1 et 2 pour ceux qui veulent travailler sur leur propre portable continuer sur le MOOC pour le prochain (structures de contrôle, branchements conditionnels, conditions, type bool) Le prochain : révision et compléments sur Branchements conditionnels (if) Conditions Le type bool Les suivants : boucles fonctions,... Programmation I Introduction 29 / 29