TP Développement C++ Sommaire

Transcription

1 TP Développement C tv - v.1.0 Sommaire Première partie : Le premier programme 3 Hello world Explications Compilation Édition des liens Environnement de programmation Manipulations Objectifs Étape n 1 : création de votre espace de travail Étape n 2 : édition du programme source Étape n 3 : vérification du bon fonctionnement du compilateur Étape n 4 : placement dans le bon répertoire Étape n 5 : fabrication (enfin!) du premier programme Questions de révision Exercice 1 : corriger des erreurs Exercice 2 : faire évoluer un programme Bilan Deuxième partie : Structure d un programme informatique simple 14 Structure Objets, types et valeurs Entrée Opérations et opérateurs Règles de codage Affectation et initialisation Questions de révision Exercice 3 : calcul de notes Bilan

2 SOMMAIRE Troisième partie : Programmation modulaire 24 Objectifs et outils Expressions et instructions Constantes Références et pointeurs Fonctions Règles de codage Questions de révision Exercice 4 : programmation modulaire Exercice 5 : passage par adresse Exercice 6 : passage par référence Bilan Les objectifs de ce tp sont de comprendre et mettre en oeuvre la fabrication d un programme simple. Beaucoup de conseils sont issus du livre de référence de Bjarne Stroustrup ( Remarque : les tp ont pour but d établir ou de renforcer vos compétences pratiques. Vous pouvez penser que vous comprenez tout ce que vous lisez ou tout ce que vous a dit votre enseignant mais la répétition et la pratique sont nécessaires pour développer des compétences en programmation. Ceci est comparable au sport ou à la musique ou à tout autre métier demandant un long entraînement pour acquérir l habileté nécessaire. Imaginez quelqu un qui voudrait disputer une compététion dans l un de ces domaines sans pratique régulière. Vous savez bien quel serait le résultat. TP Développement C++ 2 / tv <[email protected]>

3 PREMIÈRE PARTIE : LE PREMIER PROGRAMME Première partie : Le premier programme Hello world Voici une version du premier programme que l on étudie habituellement. Il affiche Hello world! à l écran : // Ce programme affiche le message "Hello world!" à l écran #include <iostream> using namespace std; int main() cout << "Hello world!\n"; // Affiche "Hello world!" return 0; Hello world (version 1) en C++ Explications Tout programme C/C++ doit posséder une fonction nommée main (principale) pour indiquer où commencer l exécution. Une fonction est essentiellement une suite d instructions que l ordinateur exécutera dans l ordre où elles sont écrites. Une fonction comprend quatre parties : un type de retour : ici int (pour integer ou entier) qui spécifie le genre de résultat que la fonction retournera lors de son exécution. En C/C++, le mot int est un mot réservé (un mot-clé) : il ne peut donc pas être utilisé pour nommer autre chose. un nom : ici main une liste de paramètres entre parenthèses (que l on verra plus tard) : ici la liste de paramètres est vide un corps de fonction entre accolades qui énumère les instructions que la fonction doit exécuter Remarque : la plupart des instructions C/C++ se terminent par un point-virgule (;). En C/C++, les chaînes de caractères sont délimitées par des guillements anglais ("). "Hello world!\n" est donc une chaîne de caractères. Le code \n est un caractère spécial indiquant le passage à une nouvelle ligne (newline). Le nom cout (character output stream) désigne le flux de sortie standard (l écran par défaut). Les caractères placés dans cout au moyen de l opérateur de sortie «aparaîtront à l écran. // Affiche "Hello world!" placé en fin de ligne est un commentaire. Tout ce qui est écrit après // sera ignoré par le compilateur (la machine). Ce commentaire rend le code plus lisible pour les programmeurs. On écrit des commentaires pour décrire ce que le programme est supposé faire et, d une manière générale, pour fournir des informations utiles impossibles à exprimer directement dans le code. TP Développement C++ 3 / tv <[email protected]>

4 PREMIÈRE PARTIE : LE PREMIER PROGRAMME La première ligne du programme est un commentaire classique : il indique simplement ce que le programme est censé faire (et pas ce que nous avons voulu qu il fasse!). Prenez donc l habitude de mettre ce type de commentaire au début d un programme. La fonction main de ce programme retourne la valeur 0 (return 0;) à celui qui l a appelée. Comme main() est appelée par le système, il recevra cette valeur. Sur certains systèmes (Unix/Linux), elle peut servir à vérifier si le programme s est exécuté correctement. Un zéro (0) indique alors que le programme s est terminé avec succès (c est une convention UNIX). Évidemment, une valeur différente de 0 indiquera que le programme a rencontré une erreur. Et sa valeur précisera alors le type de l erreur. En C/C++, une ligne qui commence par un # fait référence à une directive du préprocesseur (ou de précompilation). Le préprocesseur ne traite pas des instructions C/C++ (donc pas de ";"). Ici, la directive #include <iostream> demande à l ordinateur de rendre accessible (d inclure ) les fonctionnalités contenues dans un fichier nommé iostream. Ce fichier est fourni avec le compilateur et nous permet d utiliser cout et l opérateur de sortie «dans notre programme. Un fichier inclus au moyen de #include porte généralement l extension.h. On l appelle en-tête (header) ou fichier d en-tête. Remarque : En C++, il est maintenant inutile d ajouter l extension.h pour les fichiers d en-tête standard. La ligne using namespace std; indique que l on va utiliser l espace de nom std par défaut. Remarque : cout (et cin) existe dans cet espace de nom mais pourrait exister dans d autres espaces de noms. Le nom complet pour y accéder est normalement std::cout. L opérateur :: permet la résolution de portée en C++ (un peu comme le / dans un chemin!). Pour éviter de donner systématiquement le nom complet, on peut écrire le code ci-dessous. Comme on utilise quasiment tout le temps des fonctions de la bibliothèque standard, on utilise presque tout le temps " using namespace std; " pour se simplifier la vie! TP Développement C++ 4 / tv <[email protected]>

5 PREMIÈRE PARTIE : LE PREMIER PROGRAMME Compilation C++ (ou C) est un langage compilé. Cela signifie que, pour pouvoir exécuter un programme, vous devez d abord traduire sa forme lisible par un être humain en quelque chose qu une machine peut comprendre. Cette traduction est effectuée par un programme appelé compilateur. Ce que le programmeur écrit est le code source (ou programme source) et ce que l ordinateur exécute s appelle exécutable, code objet ou code machine. Vous allez constater que le compilateur est plutôt pointilleux sur la syntaxe! Des manipulations de ce TP sont consacrées à découvrir cette syntaxe du langage C++. Comme tous les programmeurs, vous passerez beacoup de temps à chercher des erreurs dans du code source. Et la plupart de temps, le code contient des erreurs! Lorsque vous coderez, le compilateur risque parfois de vous agacer. Toutefois, il a généralement raison car vous avez certainement écrit quelque chose qui n est pas défini précisément par la norme C++ et qu il empêche de produire du code objet. Remarque : Le compilateur est dénué de bon sens et d intelligence (il n est pas humain) et il est donc très pointilleux. Prenez en compte les messages d erreur et analysez les bien car souvenez-vous en bien le compilateur est votre ami, et peut-être le meilleur que vous ayez lorsque vous programmez. TP Développement C++ 5 / tv <[email protected]>

6 PREMIÈRE PARTIE : LE PREMIER PROGRAMME Édition des liens Un programme contient généralement plusieurs parties distinctes, souvent développées par des personnes différentes. Par exemple, le programme Hello world! est constitué de la partie que nous avons écrite, plus d autres qui proviennent de la bibliothèque standard de C++ (cout par exemple). Ces parties distinctes doivent être liées ensemble pour former un programme exécutable. Le programme qui lie ces parties distinctes s appelle un éditeur de liens (linker). Remarque : notez que le code objet et les exécutables ne sont pas portables entre systèmes. Par exemple, si vous compilez pour une machine Windows, vous obtiendrez un code objet qui ne fonctionnera pas sur une machine Linux. Une bibliothèque n est rien d autre que du code (qui ne contient pas de fonction main évidemment) auquel nous accédons au moyen de déclarations se trouvant dans un fichier d en-tête. Une déclaration est une suite d instruction qui indique comment une portion de code (qui se trouve dans une bibliothèque) peut être utilisée. Le débutant a tendance à confondre bibliothèques et fichiers d en-tête. Remarque : Une bibliothèque dynamique est une bibliothèque qui contient du code qui sera intégré au moment de l exécution du programme. Les avantages sont que le programme est de taille plus petite et qu il sera à jour vis-à-vis de la mise à jour des bibliothèques. L inconvénient est que l exécution dépend de l existence de la bibliothèque sur le système cible. Une bibliothèque dynamique, Dynamic Link Library (.dll) pour Windows et shared object (.so) sous UNIX/Linux, est un fichier de bibliothèque logicielle utilisé par un programme exécutable, mais n en faisant pas partie. Les erreurs détectées par le compilateur sont des erreurs de compilation, celles que trouvent l éditeur de liens sont des erreurs de liaisons (ou erreurs d édition de liens). Et celles qui se produiront à l exécution seront des erreurs d exécutions ou de logique (communément appelées bugs). Généralement, les erreurs de compilation sont plus faciles à comprendre et à corriger que les erreurs de liaison, et les erreurs de liaison sont plus faciles à comprendre et à corriger que les erreurs d exécution et les erreurs de logique. TP Développement C++ 6 / tv <[email protected]>

7 PREMIÈRE PARTIE : LE PREMIER PROGRAMME Environnement de programmation Pour programmer, nous utilisons un langage de programmation. Nous utilisons aussi un compilateur pour traduire le code source en code objet et un éditeur de liens pour lier les différentes portions de code objet et en faire un programme exécutable. De plus, il nous faut un programme pour saisir le texte du code source (un éditeur de texte à ne pas confondre avec un traitement de texte) et le modifier si nécessaire. Ce sont là les premiers éléments essentiels de ce qui constitue la boîte à outils du programmeur que l on appelle aussi environnement de développement. Si vous travaillez dans une fenêtre en mode ligne de commande (appelée parfois mode console ), comme c est le cas de nombreux programmeurs professionnels, vous devez taper vous-mêmes les différentes commandes pour produire un exécutable et le lancer. Figure 1 Exemple de développement sur la console Si vous travaillez dans un Environnement de Développement Intégré ou EDI, comme c est aussi le cas de nombreux programmeurs professionnels, un simple clic sur le bouton approprié suffira. Figure 2 Exemple de développement avec l EDI Qt Creator Un EDI (ou IDE pour Integrated Development Environment) peut contenir de nombreux outils comme : la documentation en ligne, la gestion de version et surtout un débogueur (debugger) qui permet de trouver des erreurs et de les éléminer. Remarque : Il existe de nombreux EDI (ou IDE) pour le langage C/C++ et on en utilisera certains notamment en projet. On peut citer : Visual C++, Builder, Qt Creator, Code::Blocks, devcpp, eclipse, etc... Ils peuvent être très pratique mais ce ne sont que des outils et l apprentissage du C/C++ ne nécessite pas forcément d utiliser un EDI. Ils améliorent surtout la productivité dans un cadre professionnel. TP Développement C++ 7 / tv <[email protected]>

8 PREMIÈRE PARTIE : LE PREMIER PROGRAMME Manipulations Objectifs L objectif de cette partie est la mise en oeuvre de la chaîne de fabrication g++ sous Linux. Étape n 1 : création de votre espace de travail Dans votre répertoire personnel, créez un répertoire "C-C++" où vous stockerez l ensemble des vos tp. Entrez dans ce répertoire et faites un nouveau répertoire dedans nommé "tp1" où vous stockerez vos travaux pour ce premier TP. Pour réaliser cela, vous pouvez soit utiliser l interface graphique avec l explorateur de fichiers (dolphin par exemple) soit utiliser une console (Menu Outils Konsole pour une environnement KDE) en tapant simplement les commandes suivantes : $ mkdir C-C++ $ cd C-C++ $ mkdir tp1 $ cd tp1 Étape n 2 : édition du programme source À l aide d un éditeur de texte (vi, vim, emacs, kwrite, kate, gedit sous Linux ou Notepad, Notepad++, UltraEdit sous Windows,...), tapez (à la main, pas de copier/coller, histoire de bien le lire et de s habituer à la syntaxe!) le programme suivant dans un fichier que vous nommerez "helloworld.cpp" : #include <iostream> using namespace std; int main() int decompte = 5; while(decompte > 0) cout << "Hello "; cout << "world" << "!" << endl; decompte = decompte - 1; return 0; Hello world (version 2) en C++ TP Développement C++ 8 / tv <[email protected]>

9 PREMIÈRE PARTIE : LE PREMIER PROGRAMME Étape n 3 : vérification du bon fonctionnement du compilateur Tout d abord ouvrez une console (Menu Outils Konsole pour une environnement KDE) et vérifiez que le compilateur C++ est bien installé en tapant simplement la commande suivante : $ g++ Si cela vous répond "g++: no input file" ou "g++: pas de fichier à l entrée", alors tout va bien : votre GNU/Linux a bien réussi à exécuter le compilateur... et ce dernier se plaint juste que vous ne lui avez pas dit quoi compiler. L installation du compilateur est bien faite et vous pourrez continuer. Si au contraire GNU/Linux vous répond (en français par exemple) "bash: g++ : commande introuvable". Alors c est que l interpréteur de commandes (bash) n est pas en mesure de trouver le compilateur installé ou qu il n est pas du tout installé. Demandez alors l aide de l enseignant. Étape n 4 : placement dans le bon répertoire Avant de pouvoir compiler notre premier programme, il nous faut tout d abord nous déplacer dans la console (la fenêtre noire) pour nous placer dans le repertoire où se trouve le fichier "helloworld.cpp" créé précédemment. Pour cela, appprendre quelques commandes bash est nécessaire. La première commande à connaitre est "ls" ("ls -l" pour avoir plus de détails) qui affiche le contenu du répertoire dans lequel vous vous trouvez actuellement. Essayez! La commande équivalente sous Windows est "dir". La deuxième commande à connaitre est "cd" qui change le répertoire où vous vous trouvez : par exemple, pour aller dans le sous-répertoire "C-C++", vous allez taper : $ cd C-C++ Remarquez que l invite de commande (en anglais on appelle ça le "prompt", c est-à-dire le message qui précède le curseur sur la dernière ligne qui vient d apparaitre) contient toujours le nom du répertoire courrant. Recommencer l opération cette fois pour rentrer dans le sous-répertoire "tp1" : $ cd tp1 Si vous voulez remonter d un niveau, rien de plus simple car le nom de répertoire ".." indique, où que vous soyez, le répertoire qui se trouve immédiatement au dessus. On l appelle le répertoire parent. $ cd.. Un autre nom de répertoire particulier est "." : c est le répertoire dans lequel vous êtes actuellement. On l appelle le répertoire courant. Souvenez-vous que sous Linux, il faut taper "./helloworld" pour lancer l exécution du programme "helloworld" (sous Linux, les fichiers exécutables n ont pas d extension particulière contrairement à Windows qui possède l extension ".exe" pour les programmes). En fait cela signifie : "dans le répertoire courant" / "le fichier helloworld". A votre avis, quel est le résultat de la commande suivante : $ cd. Pourquoi? Vous avez peut être remarqué qu une barre oblique sépare les répertoires, et qu elle n est pas dans le même sens sous Windows "\" et Linux "/"? Apprennez à les repérer et à ne pas vous tromper! Au lieu de faire deux fois la commande "cd", on aurait pu aller directement au bon endroit en une seule fois : TP Développement C++ 9 / tv <[email protected]>

10 PREMIÈRE PARTIE : LE PREMIER PROGRAMME cd C-C++\tp1 Sous Windows cd C-C++/tp1 Sous Linux Faites maintenant "ls -l" (ou "dir" et vérifiez que votre fichier "helloworld.cpp" apparait bien dans la liste. Si ce n est pas le cas, appelez l enseignant à l aide. Étape n 5 : fabrication (enfin!) du premier programme Cela se fait comme vu en cours avec les deux commandes suivantes : g++ -Wall -c helloworld.cpp qui réalise le "pré-processing", la compilation et l assemblage du fichier source "helloworld.cpp" en un fichier objet "helloworld.o" dans le même repertoire. Faites "ls -l" pour vérifier que le fichier "helloworld.o" a bien été créé. Vous devez ensuite faire : g++ -Wall -o helloworld helloworld.o qui réalise l édition des liens entre les divers fichiers ".o" (unification des variables et des fonctions contenues dans ces différents fichiers), puis qui produit le fichier exécutable "helloworld". Vous pouvez maintenant démarer le programme, sous Linux, souvenez-vous qu il faut indiquer que le programme se trouve dans le repertoire courant en tapant : "./helloworld" pour le démarrer../helloworld Questions de révision L idée de base des questions de révision est de vous donner une chance de voir si vous avez identifié et compris les points clés de cette partie. Question 1. Quel est le but du programme Hello world!? Question 2. Quelles sont les quatre parties d une fonction? Question 3. Citez une fonction qui doit apparaître dans tout programme C ou C++. Question 4. Dans le programme Hello world!, à quoi sert la ligne return 0;? Question 5. Quel est le rôle du compilateur? Question 6. À quoi sert la directive #include? Question 7. Que signifie l extension.h à la fin d un nom de fichier en C/C++? Question 8. Que fait l éditeur de liens pour votre programme? Question 9. Quelle est la différence entre un fichier source et un fichier objet? Question 10. Qu est-ce qu un environnement de développement intégré (EDI) et que fait-il pour vous? TP Développement C++ 10 / tv <[email protected]>

11 PREMIÈRE PARTIE : LE PREMIER PROGRAMME Exercice 1 : corriger des erreurs L objectif de cet exercice est d apprendre à interpréter les erreurs signalées par le compilateur. Question 11. Éditez le fichier "acorriger.cpp" ci-dessous et tentez de le compiler. Quel compilateur faut-il utiliser? g++ ou gcc? /Qu est censé faire ce programme? // auteur : e. remy include <iostrem> using namespace std; integer main() /* Vous devez corriger ce programme et arriver à le compiler puis l exécuter. cout << Le programme marche! << end; int valeur = 10 cout << "valeur =" << valeur << end; // Attention : la division de deux entiers est une division euclidienne, // c est-à-dire une division ***ENTIERE***! int quotient = 10 / 3 cout << "quotient=" << quotient << end; int reste = 10 % 3 cout << "reste=" << reste << end; // Si vous voulez faire une division réelle, il faut convertir un des // arguments en réel : out << "quotient reel =" << valeur / 3.0 <<end; // Cette fois-ci 3.0 est réel out << "Fin du programme; return 0; Un fichier source truffé d erreurs! La compilation échoue car le fichier est truffé d erreurs! Question 12. Corrigez-les jusqu à obtenir le bon fonctionnement du programme. Puis, ajouter le commentaire classique au début du programme source. Quelques consignes importantes : Vous pouvez commencer par tenter de corriger toutes les erreurs que vous trouver par vous-même en lisant le programme... mais au delà, c est au compilateur de vous dire où sont les erreurs de syntaxe. Ne considérez que la première erreur signalée par le compilateur : les suivantes peuvent être une conséquence de la mauvaise compréhension de la suite du programme par le compilateur à cause de cette première erreur... il faut donc la corriger en premier! Une fois qu elle est corrigée, essayez de recompiler pour voir si vous avez bien corrigé, et s il reste d autres erreurs... La programmation est une véritable école de patience! Utilisez le numéro de ligne indiqué par le compilateur. Soit l erreur se trouve à la ligne indiquée... soit un peu avant : le numéro de ligne indiqué est l endroit où il devient manifeste pour le compilateur que le programme est erroné... mais des fois vous avez pu écrire une bêtise qui n est pas litéralement fausse et donc que le compilateur accepte pendant quelques lignes... jusqu à ce que cela devienne clair qu il y a un problème! TP Développement C++ 11 / tv <[email protected]>

12 PREMIÈRE PARTIE : LE PREMIER PROGRAMME Si vous ne trouvez pas la source de l erreur, n hésitez pas à appeler à l aide! L enseignant est là pour vous aider. Plus tard, quand vous rédigerez vos propres programmes, sachez également que quand on a "le nez dedans", on ne voit pas toujours ses propres fautes, mais qu elles sont souvent évidentes pour quelqu un qui a un regard neuf sur votre programme : demander une relecture à un de vos camarades s avère donc souvent très efficace. Exercice 2 : faire évoluer un programme L objectif de cet exercice est de faire évoluer un programme existant. Question 13. Testez le programme ci-dessous. Que permet de faire cin? Proposez une définition pour cin? // Affiche à l écran un entier saisi par l utilisateur #include <iostream> int main (int argc, char **argv) int n; std::cout << "Donnez un entier : " << std::endl; std::cin >> n; std::cout << "Vous avez donné l entier : " << n << std::endl; return 0; Une saisie clavier avec cin Question 14. Modifiez le programme Hello world (version 2) pour qu il puisse afficher n fois le message "Hello world!" (n étant une valeur saisie par l utilisateur). Que se passe-t-il si l utilisateur saisi une valeur négative? Bilan Qu y a-t-il de si important à propos du programme Hello world!? Son objectif était de vous familiariser avec les outils de base utilisés en programmation. Retenez cette règle : il faut toujours prendre un exemple extrêmement simple (comme Hello world ) à chaque fois que l on découvre un nouvel outil. Cela permet de diviser l apprentissage en deux parties : on commence par apprendre le fonctionnement de base de nos outils avec un programme élémentaire puis on peut passer à des programmes plus compliqués sans être distraits par ces outils. Découvrir les outils et le langage simultanément est beaucoup plus difficile que de le faire un après l autre. Conclusion : cette approche consistant à simplifier l apprentissage d une tâche complexe en la décomposant en une suite d étapes plus petites (et donc plus faicles à gérer) ne s applique pas uniquement à la programmation et aux ordinateurs. Elle est courante et utile dans la plupart des domaines de l existence, notamment dans ceux qui impliquent une compétence pratique. Descartes (mathématicien, physicien et philosophe français) dans le Discours de la méthode : TP Développement C++ 12 / tv <[email protected]>

13 PREMIÈRE PARTIE : LE PREMIER PROGRAMME «diviser chacune des difficultés que j examinerais, en autant de parcelles qu il se pourrait, et qu il serait requis pour les mieux résoudre.» «conduire par ordre mes pensées, en commençant par les objets les plus simples et les plus aisés à connaître, pour monter peu à peu comme par degrés jusques à la connaissance des plus composés...» TP Développement C++ 13 / tv <[email protected]>

14 DEUXIÈME PARTIE : STRUCTURE D UN PROGRAMME INFORMATIQUE SIMPLE Deuxième partie : Structure d un programme informatique simple Structure Un programme informatique est souvent structuré de la manière suivante : Les vrais programmes ont donc tendance à produire des résultats en fonction de l entrée qu on leur fournit. Pour pouvoir lire quelque chose, il faut dire où le placer ensuite. Autrement dit, il faut un endroit dans la mémoire de l ordinateur où placer les données lues. On appelle cet endroit un objet. Objets, types et valeurs Un objet est une région de la mémoire, dotée d un type qui spécifie quelle sorte d information on peut y placer. Un objet nommé s appelle une variable. Exemples : les chaînes de caractères sont stockées dans des variables de type string les entiers sont stockés dans des variables de type int les réels sont stockés dans des variables de type float etc.. Vous pouvez vous représenter un objet comme une boite (une case) dans laquelle vous pouvez mettre une valeur du type de l objet : Représentation d objets TP Développement C++ 14 / tv <[email protected]>

15 DEUXIÈME PARTIE : STRUCTURE D UN PROGRAMME INFORMATIQUE SIMPLE // Réalise la saisie de l age et du nom de l utilisateur #include <iostream> int main () int age; // Réserve une région de la mémoire destinée à contenir un entier et lui attribue le nom age string nom; // Réserve une région de la mémoire destinée à contenir une chaîne de caractères et lui attribue le nom nom std::cout << "Donnez votre âge : " << std::endl; // Affiche un message d invite demandant à l utilisateur d exécuter une action std::cin >> age; // Lit la valeur saisie et la place dans age std::cout << "Donnez votre nom : " << std::endl; std::cin >> nom; // Lit les caractères et les place dans nom //... return 0; Saisies clavier avec cin Remarque : il est fondamentalement impossible de faire quoi que ce soit avec un ordinateur sans stocker des données en mémoire (on parle ici de la RAM). Une instruction qui définit une variable est... une définition! Une définition peut (et généralement doit) fournir une valeur initiale. Trop de programmes informatiques ont connu des bugs dûs à des oublis d initialisation de variables. On vous obligera donc à le faire systématiquement. On appelle cela respecter une régle de codage. Il en existe beaucoup d autres. int nombredetours = 100; // Correct 100 est une valeur entière string prenom = "Robert"; // Correct "Robert" est une chaîne de caractères // Mais : int nombredetours = "Robert"; // Erreur : "Robert" n est pas une valeur entière string prenom = 100; // Erreur : 100 n est pas une chaîne de caractères (il manque les guillemets) Initialisation de variables Remarque : Le compilateur se souvient du type de chaque variable et s assure que vous l utilisez comme il est spécifié dans sa définition. TP Développement C++ 15 / tv <[email protected]>

16 DEUXIÈME PARTIE : STRUCTURE D UN PROGRAMME INFORMATIQUE SIMPLE Le C++ dispose de nombreux types (voir le support de cours). Toutefois, vous pouvez écrire la plupart des programmes en n en utilisant que cinq : int nombredetours = 100; // int pour les entiers double tempsdevol = 3.5; // double pour les nombres en virgule flottante (double précision) string prenom = "Robert"; // string pour les chaînes de caractères char pointdecimal =. ; // char pour les caractères individuels ou pour des variables entières sur 8 bits (un octet) bool ouvert = true; // bool pour les variables logiques (booléenes) Les types usuels en C++ Remarque : les types string et bool n existent pas en langage C. Entrée Rappel : Une instruction qui introduit un nouveau nom dans un programme et réserve de la mémoire pour une variable s appelle une définition. Le nom cin (character input stream) désigne le flux d entrée standard (le clavier par défaut), dans la bibiothèque standard. L opérateur» (qui signifie obtenir depuis ) spécifie où va l entrée. On remarque dans cet exemple que l opérateur» est sensible au type : autrement dit, la lecture dépend du type de la variable de destination. C est la même chose pour l opérateur «. // Réalise la saisie de l age et du nom de l utilisateur #include <iostream> int main () int age; // Réserve une région de la mémoire destinée à contenir un entier et lui attribue le nom age string nom; // Réserve une région de la mémoire destinée à contenir une chaîne de caractères et lui attribue le nom nom std::cout << "Donnez votre nom et votre âge : " << std::endl; // Affiche un message d invite demandant à l utilisateur d exécuter une action std::cin >> nom; // Lit les caractères et les place dans nom std::cin >> age; // Lit la valeur saisie et la place dans age //... return 0; Saisies clavier avec cin Pourquoi cin ne place-t-il pas tout ce qui est saisi dans la variable nom? Parce que, par convention, la lecture des chaînes de caractère se termine sur ce qu on appelle un espace blanc (whitespace), c est-à-dire le caractère espace, une tabulation ou un caractère de retour à la ligne. Notez que les espaces sont ignorés par défaut. Question 15. Inversez la saisie (cin) de nom et age. Que constatez-vous? Expliquez. Question 16. Réaliser un programme qui saisit et affiche le nom et le prénom de l utilisateur dans le message "Bienvenue non prénom!". Remarque : si votre nom comporte des espaces, il vous faudra alors utilisé la fonction getline ( TP Développement C++ 16 / tv <[email protected]>

17 DEUXIÈME PARTIE : STRUCTURE D UN PROGRAMME INFORMATIQUE SIMPLE Opérations et opérateurs Outre le fait qu il spécifie quelles valeurs on peut stocker dans une variable, le type de celle-ci détermine quelles opérations on peut lui appliquer et ce qu elles signifient. Remarque : la liste des opérateurs est fournie dans le cours. // Réalise des opérations sur l age et le nom de l utilisateur #include <iostream> using namespace std; int main () int age; string nom; cin >> nom; // Lit les caractères et les place dans nom cin >> age; // Lit la valeur saisie et la place dans age string fils = nom + " Junior"; // Ajoute (concatène) des caractères à la fin int ageapres = age + 1; // Additionne des entiers string s = nom - " Junior"; // Erreur : cet opérateur n est pas défini pour string! int ageavant = age - 1; // Soustrait des entiers return 0; Opérations sur les types Par "Erreur", nous entendons que le compilateur rejettera la ligne où on essaye de soustraire des chaînes car le compilateur sait exactement quelles opérations peuvent être appliquées à chaque type de variable. erreur: no match for operator- in nom - " Junior" Par contre, le compilateur acceptera sans broncher des opérations légales qui générèrent des résultats absurdes : int age = -100; Remarque : L impossibilité d avoir un âge négatif peut vous sembler évidente (n est-ce pas?), mais personne ne l a dit au compilateur : il produira donc du code pour cette définition et vous aurez (peut-être) un bug à gérer par la suite. La comparaison de chaînes est particulièrement utile et permet de montrer un traitement réalisable par un ordinateur : // Lit et compare deux noms #include <iostream> using namespace std; int main() TP Développement C++ 17 / tv <[email protected]>

18 DEUXIÈME PARTIE : STRUCTURE D UN PROGRAMME INFORMATIQUE SIMPLE cout << "Donnez deux noms :\n"; string premier; string second; cin >> premier >> second; // Lit deux chaînes if (premier == second) cout << "Les deux noms sont identiques.\n"; if (premier < second) cout << premier << " est avant " << second << \n ; if (premier > second) cout << premier << " est après " << second << \n ; return 0; Comparaison de chaînes Remarque : Nous utilisons ici une instruction if pour sélectionner des actions soumises à des conditions. Vous pouvez consulter le cours pour obtenir plus d informations sur les instructions conditionnelles. On obtient ceci à l exécution : $./a.out Donnez deux noms : titi toto titi est avant toto $./a.out Donnez deux noms : tata tata Les deux noms sont identiques. $./a.out Donnez deux noms : toto Toto toto est après Toto Question 17. Quelle est alors la définition d "identique" dans le programme précédent? Règles de codage Un nom de variable est un nom principal (surtout pas un verbe) suffisamment éloquent, éventuellement complété par : une caractéristique d organisation ou d usage un qualificatif ou d autres noms On utilisera la convention suivante : un nom de variable commence par une lettre minuscule puis les différents mots sont repérés en mettant en majuscule la première lettre d un nouveau mot. Certaines abréviations sont admises quand elles sont d usage courant : nbre, max, min,... TP Développement C++ 18 / tv <[email protected]>

19 DEUXIÈME PARTIE : STRUCTURE D UN PROGRAMME INFORMATIQUE SIMPLE Les lettres i, j, k utilisées seules sont usuellement admises pour les indices de boucles. Exemples : distance, distancemax, consignecourante, etatboutongauchesouris, nbredessais,... Un nom de variable doit être uniquement composé de lettres, de chiffres et de "souligné" (_). Les noms débutant par le caractère "souligné" (_) sont réservés au système, et à la bibliothèque C. Les noms débutant par un double "souligné" ( ) sont réservés aux constantes symboliques (#define...) privées dans les fichiers d en-tête (.h). Il est déconseillé de différencier deux identificateurs uniquement par le type de lettre (minuscule/majuscule). Les identificateurs doivent se distinguer par au moins deux caractères, parmi les 12 premiers, car pour la plupart des compilateurs seuls les 12 premiers symboles d un nom sont discriminants. Les mots clés du langage sont interdits comme noms. Remarque : l objectif de respecter des règles de codage est d augmenter la lisibilité des programmes en se rapprochant le plus possible d expressions en langage naturel. Affectation et initialisation L opérateur le plus intéressant (et le plus important à maîtriser) est l opérateur d affectation, représenté par =. Il attribue une nouvelle valeur à une variable. L opérateur = permet deux opérations similaires mais intellectuellement distinctes : l initialisation qui donne une valeur initiale à une variable l affectation qui donne une nouvelle valeur à une variable Exemple d initialisations et d affectations sur des entiers TP Développement C++ 19 / tv <[email protected]>

20 DEUXIÈME PARTIE : STRUCTURE D UN PROGRAMME INFORMATIQUE SIMPLE Question 18. Compléter en indiquant les valeurs de a et b pour l exemple ci-dessous. Exemple d initialisations et d affectations sur des chaînes L affectation est nécessaire lorsqu on veut placer une nouvelle valeur dans un objet. Elle trouve toute son utilité dès qu on fera quelque chose plusieurs fois car il faudra une affectation pour refaire quelque chose avec une valeur différente (c est le concept de variable). Voici un programme qui illustre cela : un détecteur de mots répétés adjacents dans une suite de mots. Ce genre de code fait partie de la plupart des vérificateurs de grammaire : // Détecte des mots répétés adjacents #include <iostream> using namespace std; int main() string motprecedent = " "; // signifiera "pas un mot"! string motcourant; while (cin >> motcourant) // Lit un flux de mots if (motprecedent == motcourant) // Teste si le mot est le même que le précédent cout << "mot répété : " << motcourant << \n ; motprecedent = motcourant; return 0; Détecteur de mots répétés TP Développement C++ 20 / tv <[email protected]>

21 DEUXIÈME PARTIE : STRUCTURE D UN PROGRAMME INFORMATIQUE SIMPLE On lit donc un mot dans motcourant avec cin, puis on le compare au mot précédent (motprecedent). S ils sont identiques, on l affiche à l écran. Puis on doit se préparer pour le mot suivant : on place donc dans motprecedent le mot contenu dans motcourant. Mais que doit faire ce programme pour le premier mot quand il n y a pas encore de mot précédent à comparer? Il faut initialiser motprecedent lors de sa définition de telle manière qu il indique qu il ne contient pas (encore) un mot. Il contiendra qu un seul caractère (le caractère espace) car on sait que l opérateur» les ignore. Il sera donc impossible à cin de lire cette valeur et lors du premier passage dans la boucle while, le test if échouera (c est ce que nous voulions). On obtient ceci à l exécution : $./a.out toto et titi titi vont à la la plage avec titi mot répété : titi mot répété : la Ctrl-d Remarque : sous Linux, vous pouvez mettre fin au programme en combinant les touches Ctrl et d qui indiquera qu il n y a plus de saisie. Vous pouvez aussi stopper le programme avec Ctrl-z ou l interrompre avec Ctrl-c. Conseil : Une façon de comprendre ce programme est de jouer à l ordinateur, autrement dit de suivre le programme ligne par ligne en faisant ce qu il spécifie. Dessinez des boîtes sur une feuille de papier et inscrivez-y leurs valeurs. Puis changez les valeurs comme indiqué par le programme. Les programmeurs expérimentés font cela alors pourquoi pas vous? Question 19. Quelle est la signification exacte de mots répétés dans ce programme? Question 20. Modifiez ce programme afin qu il compte et affiche à la fin le nombre de mots répétés adjacents dans une suite de mots. Pour vous aider, répondez aux questions suivantes qui sont celles qu un programmeur doit se poser : a) Proposez un nom et un type pour la variable qui doit compter le nombre de mots répétés. b) Donnez sa valeur initiale. c) Écrivez alors sa définition. d) Repérez l endroit où la détection d un mot répété est réalisée. e) Écrivez alors l incrémentation du compteur. Si vous devez écrire plusieurs instructions pour un if, il vous faudra alors mettre un bloc avec des accolades (). Remarque : pour incrémenter une variable, on peut soit utiliser l opérateur d incrémentation (++) soit l addition (+). int a = 4; // Au choix : ++a; // après cette instruction, a aura pour valeur 5 (écriture conseillée) a++; // après cette instruction, a aura pour valeur 6 a = a + 1; // après cette instruction, a aura pour valeur 7 a += 1; // après cette instruction, a aura pour valeur 8 Incrémentation d un entier Remarque : assurer un affichage grammaticalement correct, "Aucun mot répété adjacent dans cette suite", "un seul mot répété adjacent dans cette suite" ou "Il y a n mots répétés adjacents dans cette suite" (où n est une valeur strictement supérieure à 1). TP Développement C++ 21 / tv <[email protected]>

22 DEUXIÈME PARTIE : STRUCTURE D UN PROGRAMME INFORMATIQUE SIMPLE Questions de révision L idée de base des questions de révision est de vous donner une chance de voir si vous avez identifié et compris les points clés de cette partie. Question 21. Qu entend-on par le terme invite? Question 22. Quel opérateur utilise-t-on pour lire une valeur et la placer dans une variable? Question 23. Qu est-ce qu une variable? Question 24. Quelle est la différence entre = et ==? Question 25. Qu est-ce qu une définition? Question 26. Qu est-ce qu une initialisation et en quoi diffère-t-elle d une affectation? Question 27. Qu est-ce qu une concaténation de chaînes? Quel est l opérateur qui permet cela en C++? Question 28. Qu est-ce qui termine l entrée d une chaîne? d un entier? Question 29. Quelles sont les bonnes règles pour choisir un nom de variable? Question 30. Qu est-ce qu une incrémentation? Exercice 3 : calcul de notes L objectif de cet exercice est de montrer la décomposition en itérations d un problème simple. Question 31. Calculer la somme d un certain nombre de valeurs tapées par l utilisateur Créez un programme qui lit une série de valeurs numériques réelles tapées successivement par l utilisateur. La saisie de la valeur -1 comme note signale au programme qu il n y a plus de note à taper ; cette note -1 ne doit pas être considérée comme une vraie note pour la suite du problème, c est uniquement une marque de fin. Au fur et à mesure que les nombres sont lus l un après l autre dans une variable (que vous pouvez nommer note), additionnez-les dans une variable que vous nommerez accumulateur et que vous initialiserez précédemment à la valeur 0 (élément neutre de l addition). Question 32. Compter les valeurs en même temps. Modifiez votre source pour que le programme, en plus de toujours calculer la somme des valeurs tapées, calcule aussi automatiquement leur nombre... sans compter le -1! Question 33. Calculer la moyenne des valeurs. Ajoutez l affichage de la moyenne des valeurs, c est-à-dire tout simplement le total divisé par le nombre de valeurs. Attention : il y a un petit piège dans cette question! Si, pris par l habitude (pourtant pas bien vieille) de toujours créer des variables de type int, vous avez jusqu ici commis l erreur de choisir int comme type pour la note saisie ou pour l accumulateur, vous allez obtenir un autre calcul que celui que vous désirez! En effet, diviser un entier par un autre entier conduit à calculer le quotient entier de la division euclidienne. Si vous voulez calculer une division réelle, il suffit qu un des arguments (ici, choisissons l accumulateur) soit un réel (comme indiqué à la première question de l exercice). Si l accumulateur est un réel, je vous signale qu il serait logique que la variable note le soit aussi. TP Développement C++ 22 / tv <[email protected]>

23 DEUXIÈME PARTIE : STRUCTURE D UN PROGRAMME INFORMATIQUE SIMPLE Question 34. Contrôler les saisies. Améliorez l opération de lecture pour que le programme vérifie que la valeur tapée est bien comprise entre 0 et 20 inclus, ou qu il s agit de -1. Si la valeur n est pas acceptable, alors l utilisateur voit un message qui lui demande de recommencer sa saisie de cette valeur jusqu à ce qu elle soit correcte. Question 35. Déterminer le minimum et le maximum. Trouvez comment modifier votre algorithme pour que le programme calcule (et affiche, à sa fin) la valeur du minimum et du maximum de la série de note en plus du calcul de moyenne déjà obtenu aux questions précédentes. Question 36. Écrire un programme robuste. Que donne votre programme si on ne saisit aucune note, c est-à-dire si on tape -1 dès le début? Un bon programme ne doit pas planter, et donc prévoir ce cas. Bilan Notez comment ces premiers programmes se sont construits : progressivement en modifiant un peu le code pour atteindre un nouvel objectif. C est une technique très courante : en présence d un problème à résoudre, on recherche un problème similaire et on utilise sa solution en ajoutant les modifications appropriées. Ne partez donc pas de zéro à moins d y être vraiment obligé. Se baser sur une version précédente économise beaucoup de temps et permet de tirer profit des efforts investis dans le programme d origine. Mais, pour pouvoir être réutilisé, un programme doit donc être proprement écrit : clair, lisible, fonctionnel, robuste et documenté. Conclusion : Les types sont au centre de la plupart des notions de programmes corrects, et certaines des techniques de construction de programmes les plus efficaces reposent sur la conception et l utilisation des types. Rob Pike (ancien chercheur des Laboratoires Bell et maintenant ingénieur chez Google) : «Règle n 5 : Les données prévalent sur le code. Si vous avez conçu la structure des données appropriée et bien organisé le tout, les algorithmes viendront d eux-mêmes. La structure des données est le coeur de la programmation, et non pas les algorithmes.» Cette règle n 5 est souvent résumée par «Écrivez du code stupide qui utilise des données futées!» TP Développement C++ 23 / tv <[email protected]>

24 TROISIÈME PARTIE : PROGRAMMATION MODULAIRE Troisième partie : Programmation modulaire D un certain point de vue, un programme informatique ne fait jamais rien d autre que traiter des données. Comme on l a déjà vu dans la deuxième partie, un programme accepte des entrées et produit des sorties : La majeure partie du travail d un programmeur est : comment exprimer un programme sous la forme d un ensemble de parties qui coopèrent et comment peuvent-elles partager et échanger des données? Les E/S signifie évidemment entrées/sorties : la sortie d une partie de code est l entrée de la suivante. Un traitement est tout simplement l action de produire des sorties à partir d entrées. Les entrées dans une partie de programme sont souvent appelées des arguments (ou parfois paramètres) et les sorties d une partie de programme des résultats. Par parties de programme (ou de code), on entend des entités comme une fonction produisant un résultat à partir d un ensemble d arguments en entrée. Exemple : un traitement comme produire le résultat (sortie) 49 à partir de l argument (entrée) 7 au moyen de la fonction racinecarree. TP Développement C++ 24 / tv <[email protected]>

25 TROISIÈME PARTIE : PROGRAMMATION MODULAIRE Objectifs et outils Le métier de programmeur consiste à écrire des programmes qui : donnent des résultats corrects sont simples sont efficaces L ordre donné ici est très important : peu importe qu un programme soit rapide si ses résultats sont faux. De même, un programme correct et efficace peut être si compliqué et mal écrit qu il faudra le jeter ou le récrire complètement pour en produire une nouvelle version. N oubliez pas que les progremmes utiles seront toujours modifiés pour répondre à de nouveaux besoins. Un programme (ou une fonction) doit s acquitter de sa tâche de façon aussi simple que possible. Nous acceptons ces principes quand nous décidons de devenir des professionnels. En termes pratiques, cela signifie que nous ne pouvons pas nous contenter d aligner du code jusqu à ce qu il ait l air de fonctionner : nous devons nous soucier de sa structure. Paradoxalement, le fait de s intéresser à la structure et à la qualité du code est souvent le moyen le plus facile de faire fonctionner un programme. Notre principal outil pour organiser un programme est de décomposer un traitement de grande taille en plusieurs parties plus petites jusqu à obtenir quelque chose de suffisamment simple à comprendre et à résoudre (cf. Descartes et son discours de la méthode). Expressions et instructions La brique de base la plus élémentaire d un programme est une expression. Une expression calcule une valeur à partir d un certain nombre d opérandes. Cela peut être une valeur littérale comme 10, a, 3.14, "rouge" ou le nom d une variable. TP Développement C++ 25 / tv <[email protected]>

26 TROISIÈME PARTIE : PROGRAMMATION MODULAIRE // calcule une aire int longueur = 40; int largeur = 20; int aire = longueur * largeur; Il y a plusieurs sortes d instructions : les déclarations, les instructions d expression, les instructions conditionnelles, les instructions itératives (boucles), etc... Une instruction d expression est une expression suivie d un point-virgule (;). Le point-virgule (;) est un élément syntaxique permettant au compilateur de comprendre ce que l on veut faire dans le code (comme la ponctuation dans la langue française). Dans les programmes comme dans la vie, il faut souvent choisir entre plusieurs possibilités. Le C/C++ propose plusieurs instructions conditionnelles : l instruction if ou l instruction switch. Une instruction if choisit entre deux possibilités : si la condition est vraie, la première instruction (ou bloc d instructions) est exécutée sinon c est la seconde. if(feuxpieton == vert) traverser(); else attendre(); La notion de base est donc simple mais il est également facile d utiliser if de façon trop simpliste. Voici un exemple simple de programme de conversion cm/inch qui utilise une instruction if : int main() const double conversion = 2.54; // nombre de cm pour un pouce (inch) int longueur = 1; // longueur (en cm ou en in) char unite = 0; // c pour cm ou i pour inch cout << "Donnez une longueur suivi de l unité (c ou i):\n"; cin >> longueur >> unite; if (unite == i ) cout << longueur << " in == " << conversion*longueur << " cm\n"; else cout << longueur << " cm == " << longueur/conversion << " in\n"; Conversion cm/inch (version 1) En fait cet exemple semble seulement fonctionner comme annoncé. Ce programme dit que si ce n est pas une conversion en inch c est forcément une conversion en cm. Il y a ici une dérive sur le comportement de ce programme si l utilisateur tape f car il convertira des cm en inches ce qui n est probablement pas ce que l utilisateur désirait. Un programme doit se comporter de manière sensée même si les utilisateurs ne le sont pas. Voici une version améliorée en utilisant une instruction if imbriquée dans une instruction if : int main() const double conversion = 2.54; // nombre de cm pour un pouce (inch) int longueur = 1; // longueur (en cm ou en in) char unite = 0; // c pour cm ou i pour inch cout << "Donnez une longueur suivi de l unité (c ou i):\n"; cin >> longueur >> unite; if (unite == i ) TP Développement C++ 26 / tv <[email protected]>

27 TROISIÈME PARTIE : PROGRAMMATION MODULAIRE cout << longueur << " in == " << conversion*longueur << " cm\n"; else if (unite == c ) cout << longueur << " cm == " << longueur/conversion << " in\n"; else cout << "Désolé, je ne connais pas cette unité " << unite << endl; Conversion cm/inch (version 2) De cette manière, vous serez tenter d écrire des tests complexes en associant une instruction if à chaque condition. Mais, rappelez-vous, le but est d écrire du code simple et non complexe. En réalité, la comparaison d unité à i et à c est un exemple de la forme de sélection la plus courante : une sélection basée sur la comparaison d une valeur avec plusieurs constantes. Le C/C++ fournit pour cela l instruction switch. int main() const double conversion = 2.54; // nombre de cm pour un pouce (inch) int longueur = 1; // longueur (en cm ou en in) char unite = 0; // c pour cm ou i pour inch cout << "Donnez une longueur suivi de l unité (c ou i):\n"; cin >> longueur >> unite; switch (unite) case i : cout << longueur << " in == " << conversion*longueur << " cm\n"; break; case c : cout << longueur << " cm == " << longueur/conversion << " in\n"; break; default: cout << "Désolé, je ne connais pas cette unité " << unite << endl; break; Conversion cm/inch (version 3) L instruction switch utilisée ici sera toujours plus claire que des instructions if imbriquées, surtout si l on doit comparer à de nombreuses constantes. Vous devez garder en mémoire ces particularités quand vous utilisez un switch : la valeur utilisée pour le switch() doit être un entier, un char ou une énumération (on verra cela plus tard). Vous ne pourrez pas utiliser un string par exemple. les valeurs des étiquettes utilisées dans les case doivent être des expressions constantes (voir plus loin). Vous ne pouvez pas utiliser de variables. vous ne pouvez pas utiliser la même valeur dans deux case vous pouvez utiliser plusieurs case menant à la même instruction l erreur la plus fréquente dans un switch est l oubli d un break pour terminer un case. Comme ce n est pas une obligation, le compilateur ne détectera pas ce type d erreur. TP Développement C++ 27 / tv <[email protected]>

28 TROISIÈME PARTIE : PROGRAMMATION MODULAIRE Il est rare de faire quelque chose une seule fois. C est pour cela que tous les langages de programmation fournissent des moyens pratiques de faire quelque chose plusieurs fois (on parle de traitement itératif). On appelle cela une boucle ou une itération. Le C/C++ offrent plusieurs instructions itératives : la boucle while (et sa variante do... while) et la boucle for. Le premier programme jamais exécuté sur un ordinateur à programme stocké en mémoire (l EDSAC) est un exemple d itération. Il a été écrit et exécuté par David Wheeler au laboratoire informatique de Cambridge le 6 mai 1949 pour calculer et afficher une simple liste de carrés comme ceci : Ce premier programme n a pas été écrit en C/C++ mais le code devait ressembler à ceci : // Calcule et affiche le carré d un nombre #include <iostream> #include <cmath> using namespace std; int main() int i = 0; // commencer à 0 // tant que i est inférieur strict à 100 : on s arrête quand i a atteint la valeur 100 while (i < 100) cout << i << \t << pow(i, 2) << \n ; // affiche i et son carré séparés par une tabulation ++i; // on incrémente le nombre et on recommence Le premier programme jamais écrit (version while) Les accolades () délimitent le corps de la boucle : c est-à-dire le bloc d instructions à répéter. La condition pour la répétition est exprimée directement dans le while. Donc écrire une boucle est simple. Mais cela peut s avérer dangereux : Que se passerait-il si i n était pas initialisé à 0? Voilà une première raison qui démontre que les variables non initialisées sont une source d erreurs courante. Que se passerait-il si on oubliait l instruction ++i? On obtient une boucle infinie (un programme qui ne répond plus). Il faut éviter au maximum d écrire des boucles infinies. Il est conseillé de ne pas coder ce type de boucle : while(1) ou while(true) qui sont des boucles infinies. Itérer sur une suite de nombres est si courant en C/C++ que l on dispose d une instruction spéciale pour le faire. C est l instruction for qui très semblable à while sauf que la gestion de la variable de contrôle TP Développement C++ 28 / tv <[email protected]>

29 TROISIÈME PARTIE : PROGRAMMATION MODULAIRE de boucle est concentrée sur une seule ligne plus facile à lire et à comprendre. Il existe toujours une instruction while équivalente à une instruction for. L instruction for concentre : une zone d initialisation, une zone de condition et une zone d opération d incrémentation. N utilisez while que lorsque ce n est pas le cas. // Calcule et affiche le carré d un nombre #include <iostream> #include <cmath> using namespace std; int main() // exécute le bloc d instructions de la boucle : // avec i commençant à 0 (initialisation) // tant que i est inférieur strict à 100 (condition) // en incrémentant i après chaque exécution du bloc d instruction (opération d incrémentation) for (int i = 0; i < 100; i++) cout << i << \t << pow(i, 2) << \n ; // affiche i et son carré séparés par une tabulation Le premier programme jamais écrit (version for) Constantes Les programmes utilisent généralement beaucoup de constantes. Elles sont très importantes pour conserver un code lisible. Le C++ offre la notion de constante symbolique, c est-à-dire un objet nommé auquel on ne peut pas donner de nouvelle valeur une fois qu il a été initialisé. const double pi = ; pi = 22/7; // Erreur : affectation d une constante const double v = 7*pi/r; // Ok : on ne fait que de lire la constante pi Règle de codage : on évite d utiliser des valeurs littérales dans le code et on s oblige le plus possible à utiliser des constantes portant des noms significatifs. Remarque : les valeurs littérales dans le code (en dehors des définitions const) sont qualifiées par dérision de constantes magiques. Il est aussi possible de créer des constantes en utilisant l instruction du préprocesseur #define : #define PI C est simplement une substitution de texte (une sorte de copier/coller) qui est réalisée avant la compilation. Il n y a aucun typage de la constante. L utilisation de #define améliore surtout la lisibilité du code source. La convention usuelle est d utiliser des MAJUSCULES (pour les distinguer des variables). TP Développement C++ 29 / tv <[email protected]>

30 TROISIÈME PARTIE : PROGRAMMATION MODULAIRE Références et pointeurs Les pointeurs sont des variables spéciales permettant de stocker une adresse (pour la manipuler ensuite). L adresse représente généralement l emplacement mémoire d une variable (ou d une autre adresse). Comme la variable adressée a un type, le pointeur qui stockera son adresse doit être du même type pour la manipuler convenablement. // On utilise l étoile (*) définir un pointeur int *ptrint; // ptrint est un pointeur sur un entier (int) // On utilise le & devant une variable pour avoir la valeur de son adresse et s en servir pour initialiser ou affecter un pointeur int i = 2; ptrint = &i; // affectation de ptrint avec l adresse de la variable i (&i) // On utilise l étoile devant le pointeur (*) pour accéder à l adresse stockée *ptrint = 3; // indirection ("on pointe sur le contenu de i") // et maintenant la variable i contient 3 Utilisation d un pointeur Les pointeurs peuvent être incrémentés, décrémentés, additionnés ou soustraits. Dans ce cas, leur nouvelle valeur d adresse dépend du type sur lequel ils pointent. Cela peut servir par exemple pour se déplacer sur la prochaine variable du même type dans la mémoire. Règle de codage : on peut préfixer ses variables pointeurs avec ptr. Remarque : les pointeurs font parties des variables les plus délicates à manipuler car, si on les utilise mal, on peut provoquer des erreurs d accès mémoire. Certains langages (comme le Java) les ont interdits. TP Développement C++ 30 / tv <[email protected]>

31 TROISIÈME PARTIE : PROGRAMMATION MODULAIRE En C++ (pas en C), il est possible d utiliser des références sur des objets (variables) définis ailleurs : cela permet de créer un nouveau nom qui sera un synonyme de cette variable (comme un alias ou un raccourci). On pourra donc modifier le contenu de la variable en utilisant une référence sur celle-ci. Une référence ne peut être initialisée qu une seule fois. Elle ne peut donc référencer qu une seule variable tout au long de sa durée de vie. int i = 2; // i est un entier valant 2 // On indique le & devant le nom de la variable et cela signifie référence int &j = i; // j est une référence sur un entier et cet entier est i //&j = x; // Erreur : illégal (on ne peut pas affecter une nouvelle variable à une référence déjà initialisée) //int &k = 44; // Erreur : illégal (on ne peut pas créer une référence sur une valeur) // A partir d ici j est synonyme de i, ainsi : j = j + 1; // est équivalent à i = i + 1! // et maintenant la variable i contient 3 Utilisation d une référence Remarque : les références sont très utilisées en C++, notamment dans le passage des arguments d une fonction. On peut aussi ajouter le mot clé const pour interdire la fonction de modifier (accidentellement) la variable passée en argument. TP Développement C++ 31 / tv <[email protected]>

32 TROISIÈME PARTIE : PROGRAMMATION MODULAIRE Fonctions Dans le programme précédent (celui qui calcule et affiche le carré d un nombre), pow(i, 2) est un appel de fonction. Plus précisément, c est un appel à une fonction nommée pow avec les arguments i et 2 et qui retourne le résultat de i élévé à la puissance 2. L appel pow(i, 2) La bibliothèque standard fournit beaucoup de fonctions utiles, comme la fonction pow(). Toutefois, nous écrirons de nombreuses fonctions nous-mêmes. Voici une définition plausible d une fonction carre : // Calcule et affiche le carré d un nombre #include <iostream> using namespace std; int carre(int x) return x*x; int main() for (int i = 0; i < 100; i++) cout << i << \t << carre(i) << \n ; // affiche i et son carré séparés par une tabulation return 0; Notre fonction carre() TP Développement C++ 32 / tv <[email protected]>

33 TROISIÈME PARTIE : PROGRAMMATION MODULAIRE Le programmeur professionnel se doit de maîtriser les concepts sur les fonctions : Déclaration de fonction Définition de fonction Remarque : une fonction qui ne retourne pas de résultat (donc void) se nomme une procédure. TP Développement C++ 33 / tv <[email protected]>

34 TROISIÈME PARTIE : PROGRAMMATION MODULAIRE // Un appel à une fonction signifie qu on lui demande d exécuter son traitement // Il doit correspondre à la déclaration faite au compilateur qui vérifie : // on n est pas obligé d utiliser le résultat de retour mais on doit donner à la fonction exactement les arguments qu elle exige carre(2); // Probablement une erreur car la valeur retour n est pas utilisée int c1 = carre(); // Erreur : argument manquant int c2 = carre; // Erreur : parenthèses manquantes int c3 = carre(1, 2); // Erreur : trop d arguments int c4 = carre("deux"); // Erreur : mauvais type d argument car int attendu int c5 = carre(2); // Ok : enfin! L appel à notre fonction carre() On définit une fonction lorsqu on souhaite un traitement distinct et nommé parce que procéder ainsi : rend le traitement distinct du point de vue logique rend le programme plus clair et plus lisible permet d utiliser la fonction à plusieurs endroits dans un programme (à chaque fois qu on en a besoin) facilite les tests (on simule des entrées et on compare le résultat obtenu à celui attendu) Les programmes sont généralement plus facile à écrire, à comprendre et à maintenir lorsque chaque fonction réalise une SEULE ACTION logique et bien évidemment celle qui correspond à son nom. Règle de codage : on évite d utiliser des saisies et des affichages dans les fonctions pour permettre notamment leur ré-utilisation. Les fonctions se concentrent sur le traitement et n ont pas à réaliser la saisie de leurs entrées et l affichage de leur sortie. C est une bonne pratique à respecter dès maintenant. Voici ce qu il ne faut pas faire : // Calcule et affiche le carré d un nombre saisi par l utilisateur #include <iostream> using namespace std; void saisirunnombreetaffichersoncarre() int x; cout << "Donnez un nombre : "; cin >> x; cout << "Le carré de ce nombre est " << x*x; int main() saisirunnombreetaffichersoncarre(); return 0; Mauvais exemple TP Développement C++ 34 / tv <[email protected]>

35 TROISIÈME PARTIE : PROGRAMMATION MODULAIRE Remarque : les fonctions qui ne recoivent aucune entrée et qui ne produisent aucun résultat en retour sont intellectuellement suspicieuses (des trous noirs de code!). Il faut les éviter au maximum. Voici un code d utilisation de la fonction carre() bien mieux structuré : // Calcule et affiche le carré d un nombre saisi par l utilisateur #include <iostream> using namespace std; int carre(int x) return x*x; int main() int x; cout << "Donnez un nombre : "; cin >> x; cout << "Le carré de ce nombre est " << carre(x); return 0; Bon exemple Passage par valeur Remarque : bien évidemment, on peut passer les arguments à une fonction par référence ou par pointeur (voir cours et exercices plus loin). TP Développement C++ 35 / tv <[email protected]>

36 TROISIÈME PARTIE : PROGRAMMATION MODULAIRE Règles de codage Un nom de fonction est construit à l aide d un verbe (pas un nom), et éventuellement d éléments supplémentaires : une quantité un complément d objet un adjectif représentatif d un état On utilisera la convention suivante : un nom de fonction commence par une lettre minuscule puis les différents mots sont repérés en mettant en majuscule la première lettre d un nouveau mot. Un nom de fonction peut commencer par une majuscule dans des cas que l on précisera plus tard. Le verbe peut être au présent de l indicatif ou à l infinitif. L adjectif représentatif d un état concerne surtout les fonctions booléennes. La quantité peut, le cas échéant, enrichir le sens du complément. Exemples : void ajouter(), void sauvervaleur(), estpresent(), estvide(), videramoitielereservoir(),... Rappel : Les mots clés du langage sont interdits comme noms. Les noms des paramètres d une fonction sont construits comme les noms de variables : ils commencent, notamment par une minuscule. L ordre de définition des paramètres doit respecter la règle suivante : nomfonction(parametreprincipal, listeparametres) où parametreprincipal est la donnée principale sur laquelle porte la fonction, la listeparametres ne comportant que des données secondaires, nécessaires à la réalisation du traitement réalisé par la fonction. Exemple : ajouter(ensemblemesures mesures, float unemesure) La sémantique de cette fonction est d ajouter une mesure à un ensemble de mesures (qui est la donnée principale) et non, d ajouter un ensemble de mesures à une mesure. Remarque : l objectif de respecter des règles de codage est d augmenter la lisibilité des programmes en se rapprochant le plus possible d expressions en langage naturel. Pour finir, on va s ajouter une règle qui couvre l objectif majeur suivant : décomposer un traitement de grande taille en plusieurs parties plus petites jusqu à obtenir quelque chose de suffisamment simple à comprendre et à résoudre (cf. Descartes et son discours de la méthode). Pour cela, on va s obliger à limiter la taille des fonctions à une valeur comprise entre 10 à 15 lignes maximum. TP Développement C++ 36 / tv <[email protected]>

37 TROISIÈME PARTIE : PROGRAMMATION MODULAIRE Questions de révision L idée de base des questions de révision est de vous donner une chance de voir si vous avez identifié et compris les points clés de cette partie. Question 37. Qu est-ce qu un traitement? Question 38. Qu entend-on par entrées et sorties d un traitement. Donnez des exemples. Question 39. Quelles sont les trois exigences qu un programmeur doit garder présentes à l esprit en exprimant des traitements? Question 40. Qu est-ce qu une lvalue? Question 41. Qu est-ce qu une constante symbolique et pourquoi les utilise-t-on? Question 42. Quand un programmeur préférerait-il une instruction switch à une instruction if? Question 43. Quelle est la fonction de chaque partie de la ligne d en-tête d une boucle for et dans quel ordre sont-elles exécutées? Question 44. Quand doit-on utiliser la boucle for et quand doit-on utiliser la boucle while? Question 45. Étes-vous capable de faire la différence entre une déclaration et une définition de fonction? Question 46. Décrivez ce que la ligne char foo(int x, int y) signifie dans une définition de fonction. TP Développement C++ 37 / tv <[email protected]>

38 TROISIÈME PARTIE : PROGRAMMATION MODULAIRE Exercice 4 : programmation modulaire Éditez le programme somme1-100.cpp dans votre répertoire de travail, étudiez son fonctionnement, puis fabriquez-le, et testez l exécutable ainsi produit. #include <iostream> // Inclusion des déclarations de cout, endl, etc. using namespace std; // // // somme1-100.cpp // // // // Calcul de la somme des entiers de 1 à 100 // // // int main () unsigned int i=0u; // variable de contrôle, valeur initiale : zéro. unsigned int accumulateur=0u; // la somme des entiers, initialement zéro. // calcul : utilise un traitement itératif : la boucle // while est l une des instructions possibles en C/C++ while (i <= 100U) accumulateur = accumulateur + i; i = i + 1; // Avec un peu d habitude, on écrira plutot ++i // affichage du résultat cout << "La somme des entiers de 1 a 100 est " << accumulateur << endl; return 0; // fin du main() Question 47. Remplacez la valeur "100" utilisée par le programme par une constante nommée MAXIMUM définie avant le début du programme et de même valeur. Une habitude courante des programmeurs C/C++, est de nommer les constantes en majuscules ; pensez à respecter cette règle vous aussi. Question 48. Modifiez de nouveau le programme pour ne plus utiliser une constante mais une variable nommée désormais maximum (en minuscule puisque ce n est plus une constante!). Modifiez le programme pour qu il demande à l utilisateur de donner une valeur pour le maximum avant le début du calcul de somme. Question 49. En déplaçant la portion de programme qui réalise la somme (et uniquement le calcul), réalisez une fonction unsigned int somme1an(unsigned int n) qui calcule la somme des entiers de 1 à la valeur n fournie en paramètre et qui renvoie cette somme comme valeur de retour de la fonction. Définissez cette fonction au dessus de votre main(). Pour que votre réponse au problème soit la bonne, il faut que vous n ayez pas ni de cin ni de cout dans votre fonction : elle ne fait que le calcul. Modifiez votre programme principal (c est-à-dire la fonction int main()) pour que la fonction somme1an() soit maintenant appelée et que le main() affiche son résultat. Question 50. Rendez votre programme modulaire : déplacez la fonction unsigned int somme1an(unsigned int n) dans un nouveau fichier somme.cpp ; créez un fichier somme.h contenant la déclaration de cette même fonction ; incluez ce fichier somme.h dans le fichier qui contient int main(). Compilez séparemment chaque fichier.cpp en un fichier.o, puis faites l éditions de liens de tous les.o en un exécutable. Testez. TP Développement C++ 38 / tv <[email protected]>

39 TROISIÈME PARTIE : PROGRAMMATION MODULAIRE Question 51. En vous inspirant de la fonction unsigned int somme1an(unsigned int n), créez maintenant une fonction unsigned int factorielle(unsigned int n). On rapelle que somme1an(n)= (n-1)+n et que factorielle(n)=1*1*2*3*...*(n-1)*n. On remarquera que les termes soulignés sont les valeurs initiales de l accumulateur. Les termes qui suivent cette valeur initiale correspondent chacun à un tour de boucle. Pensez bien que la valeur de n peut être 0, et qu on peut très bien ne faire aucun tour de la boucle! Question 52. Rajoutez une boucle for() dans le main() qui appelle la fonction factorielle() pour toutes les valeurs comprises entre 1 et celle choisie par l utilisateur et affiche la valeur de la factorielle pour chaque valeur de n. Éditez ces modifications dans un fichier main.cpp. Fabriquez et testez. Que se passe t il quand n dépasse la valeur 20? Pourquoi? Les étapes de fabrication peuvent être automatisées en utilisant l outil make et en écrivant les règles à appliquer dans un fichier Makefile : main: main.o somme.o g++ -o main main.o somme.o main.o: main.cpp somme.h g++ -c main.cpp somme.o: somme.cpp somme.h g++ -c somme.cpp Attention : il faut une TABULATION et non des espaces devant les lignes commençant par g++. Question 53. Modifiez un après l autre les fichiers concernés (main.cpp, somme.h et somme.cpp) et exécutez make à chaque fois pour observer ses actions. Quel est l intérêt de make dans la programmation modulaire? Exercice 5 : passage par adresse On définit trois nombres réels a, b, c simple précision (float) dans le main(), et on leur attribue des valeurs arbitraires, par exemple a=11.5, b=-2.1 et c=0.0. On désire écrire une fonction ordonne3() qui puisse manipuler ces trois variables passées en paramètre, et faire en sorte qu après son appel, on ait toujours la situation a b c, éventuellement en permutant leurs valeurs. Question 54. Afin de simplifier le problème, on décide d écrire d abord une fonction echange2paradresse() qui effectue le tri sur seulement deux paramètres à la fois. Ecrivez cette fonction puis testez la sur deux variables du main(). Question 55. Une fois que echange2paradresse() est au point, écrivez ordonne3() de telle façon qu elle fasse un certain nombre d appels à echange2paradresse(). Combien faut-il d appel (au minimum) à echange2paradresse() pour être certain de la justesse du résultat? Pour être certain que votre solution soit juste, il faut que vous ne fassiez les affichages que dans le main(). Ce qui interdit en particulier d en faire dans echange2paradresse() ou dans ordonne3(). Exercice 6 : passage par référence Question 56. On reprend la même question qu à l exercice 2, mais on décide d utiliser des passages par référence à la place des passages par adresse. Laquelle des deux solutions vous parait la plus simple? Peut-on utiliser des références en C? TP Développement C++ 39 / tv <[email protected]>

40 TROISIÈME PARTIE : PROGRAMMATION MODULAIRE Bilan D un point de vue théorique, vous pouvez désormais faire tout ce qu on peut faire avec un ordinateur, le reste n est que détails! Cela montre tout de même la valeur des détails et l importance des compétences pratiques parce qu il est clair que vous débutez à peine votre carrière de programmeur. Conclusion : Il reste seulement à apprendre à écrire de bons programmes, c est-à-dire des programmes corrects, simples et efficaces. Rob Pike (ancien chercheur des Laboratoires Bell et maintenant ingénieur chez Google) : «Règle n 4 : Les algorithmes élégants comportent plus d erreurs que ceux qui sont plus simples, et ils sont plus difficiles à appliquer. Utilisez des algorithmes simples ainsi que des structures de données simples.» Cette règle n 4 est une des instances de la philosophie de conception KISS (Keep it Simple, Stupid dans le sens de «Ne complique pas les choses») ou Principe KISS, dont la ligne directrice de conception préconise de rechercher la simplicité dans la conception et que toute complexité non nécessaire devrait être évitée. TP Développement C++ 40 / tv <[email protected]>