X. Juvigny. Septembre 2007

Transcription

1 De C à C++ X Juvigny Septembre Introduction Outre les nouvelles possibilités en programmation orienté objet, le C++ offre de plus de nouvelles caractéristiques par rapport au langage C dont il est issu Ce document s attache à montrer les nouvelles caractéristiques du C++ par rapport au langage C 2 Les commentaires Pour commenter une ligne en C++, on peut désormais utiliser le symbole // // Ceci est un commentaire int i ; // Et encore un commentaire float x ; /* Un commentaire de type C // peut encapsuler un commentaire de type C++! */ Il est conseillé d utiliser désormais le commentaire de type C++ En effet, ce dernier permet lors du développement de pouvoir commenter facilement avec un commentaire de type C toute une section du code sans se poser le problème des commentaires imbriqués les uns dans les autres 3 La déclaration des variables Le C++ permet de déclarer une variable à n importe quelle position dans le code et non plus uniquement au début d un bloc Néanmoins, il est préférable d éviter au possible la déclaration d une variable au milieu d un bloc ( ce n est cependant pas toujours possible ) // Ligne ci--dessous licite en C et C++ int i ; i = 0 ; // Ligne ci--dessous illicite en C mais autorisée en C++ int j ; j = 0 ; 1

2 4 Surcharge des fonctions Le C++ permet, au contraire du C, de nommer diverses fonctions de la même façon, du moment que les paramêtres d entrée ne soient pas les mêmes ( de façon à pouvoir décider de l appel de la bonne fonction au moment de l édition des liens ) Exemple ( dans le même programme ) : // Routine pour afficher un vecteur void print( Vecteur A ) // Routine pour afficher une matrice void print( Matrice A ) En C, cela était bien entendu interdit et on devait alors nommer les fonctions différemment ( par exemple, printmatrice et printvecteur ) 5 Surcharge des opérateurs Dans le même esprit que la surcharge des fonctions, il est possible en C++ de redéfinir les symboles suivants : + - * / % ^ & ~! = < > += -= *= /= %= ^= &= = << >> >>= <<= ==!= <= >= && >*, > [] () new new[] delete delete[] Pour le symbol -, on peut différencier l opérateur unaire ( exemple : -2 ) de l opérateur binaire ( exemple 5-3 ) en définissant la fonction avec un ou deux arguments Pour les opérateurs incrémental ( ++ ) et décrémental ( ), on peut différencier la pré-incrémentation ( ou décrémentation ) de la post incrémentation ( ou décrémentation ), c est à dire différencier x++ ( post ) de ++x ( pré ) Pour cela, on défini l opérateur de post incrémentation ( ou décrémentation ) en lui rajoutant un entier en paramêtre en plus de l argument obligatoire ) // Addition de deux vecteurs Vecteur operator + ( Vecteur u, Vecteur v ) // Préincrémentation d un itérateur sur une liste // ( Un itérateur de liste est une structure qui parcourt séquentiellement les éléments d une liste ) 2

3 IterList operator ++ ( IterList iter ) // Postincrémentation d un itérateur sur une liste IterList operator ++ ( IterList iter, int ) // Et voici l appel de ces trois opérateurs Vecteur u,v,w ; IterList l ; // Addition de deux vecteurs : w = u+v ; // Pré--incrémentation de l ++l ; // Post--incrémentation de l l++ ; 6 Opérateurs new et delete La gestion de la mémoire dynamique est simplifiée en C++ par rapport au langage C Les deux opérateurs new et delete remplacent avantageusement les fonctions malloc et free du C Voici un exemple d appel à ces opérateurs : // Réserve la place mémoire pour un vecteur // Equivalent à Vecteur* w = malloc(sizeof(vecteur)) ; Vecteur* w = new Vecteur ; // Réserve la place mémoire pour 10 float équivalent à float* t = malloc(10*sizeof(float)) ; float* t = new float[10] ; // Réserve la place mémoire pour 6 vecteurs équivalent à Vecteur* vt = malloc(6*sizeof(vecteur)) ; Vecteur* vt = new Vecteur[6] ; // Libère la mémoire prise par le vecteur pointé par w delete w ; // Libère la mémoire prise par le tableau t delete[] t ; // Libère la mémoire prise par le tableau vt delete[] vt ; Remarque : A chaque réservation de tableau ( new A[n] ), il faut libérer la mémoire avec delete[] Attention, il ne faut surtout pas libérer la mémoire prise avec l opérateur 3

4 new à l aide de la fonction free sous peine d avoir un résultat indéfini ( bogue et dans le meilleurs cas, violation de la mémoire protégée ) De même, ne pas appeler l opérateur delete pour une place mémoire réservée avec la fonction malloc De manière générale, on peut oublier les fonctions free et malloc, puisque les opérateurs new et delete les remplacent avantageusement 7 Les références Les références sont un nouveau type de variables qui n existe pas en C La meilleur définition qu on peut en donner est qu une référence est un pointeur constant automatiquement déférencé lors de l accès à la variable On peut aussi voir cela comme une manière de renommer une variable Une référence est définie à l aide du symbole & et doit être initialisée à sa déclaration si elle n est pas définie comme argument à une fonction ou en paramêtre de sortie d une fonction Exemple ( simple ) : // Définition d une variable i int i ; i = 0 ; // Définition d une référence sur la variable i int& j = i ; // j et i sont la m^eme variable i = 1 ; // Ainsi, j vaut également 1 puisque j est la m^eme variable que i Les références sont particulièrement utiles pour le passage d argument ( en entrée ou en sortie ) pour les fonctions C++ Dans ce cas, à chaque appel de la fonction, la variable définie comme argument de la fonction fera référence à la variable passée comme argument à l appel et toute modification de la valeur de la variable définie comme argument passé en référence modifiera la valeur de la variable passée en argument à l appel Elles simplifient ainsi le passage d argument en sortie d une fonction, remplaçant le passage par pointeur imposé par le C // Fonction mettant un réel au carré : void sqr(float& x) x = x*x ; float y = 2 ; float z = 3 ; // A la sortie de la fonction, y aura la valeur 4 sqr(y) ; // A la sortie de la fonction, z aura la valeur 9 sqr(z) ; Une analogie avec d autres langages peut faire voir le passage par référence dans une fonction comme le passage d une variable par adresse et non par 4

5 valeur ( comme le C ) Un autre avantage plus subtile des références passées en argument est d empécher des copies de variables trop volumineuses en mémoire En effet, le passage par valeur oblige normalement le langage C de recopier la variable transmise dans une autre zone mémoire Si cette variable est volumineuse, le coût mémoire et CPU peut ne pas être négligeable Le passage par référence permet d éviter cette copie // Une grosse structure struct GrosseStructure ; // On passe la grosse structure en référence, bien qu elle ne sera pas modifiée void func( GrosseStructure& strct ) 8 Utilisation des const Le C++ utilise un nouveau qualificatif pour les variables : const Ce qualificatif sert pour plusieurs choses 81 Définition des constantes Le premier emploi de ce qualificatif est la définition de constante // Définition de pi const float pi = ; Le compilateur se charge ensuite durant la compilation de remplacer toutes les occurrences de la variable pi par sa valeur, ne prenant ainsi pas de place mémoire pour cette variable ( qu on ne peut pas modifier ) Cet utilisation du mot clef const apporte un grand avantage par rapport à l instruction de pré compilation # define du C, puisqu ici on peut typer la fonction au contraire de l instruction # define 82 Utilisation dans le passage par argument On a vu dans le passage des arguments par références qu il était souhaitable de passer les grosses structures par références, même si elles ne doivent pas être modifiées Mais comment s assurer qu une erreur de programmation ne puisse les modifier dans la fonction programmée? C est là le deuxième rôle que joue le mot clef const On définie l argument dans ce cas comme une référence sur une variable constante ( qui ne peut être modifiée ) Si la fonction modifie cette variable par erreur du programmeur, on obtient une erreur à la compilation // Une grosse structure 5

6 struct GrosseStructure ; // On passe la grosse structure en référence constante // On est ainsi s^ur qu elle ne sera pas modifiée void func( const GrosseStructure& strct ) 9 Les fonctions inline Il peut être coûteux de définir des fonctions très courtes appelées de nombreuses fois Là où en C ont avait pris l habitude de définir des fonctions à l aide de # define, on défini en C++ ces mêmes fonctions à l aide du mot clef inline L avantage du mot clef inline par rapport à la direction de préprocesseur # define est que la fonction est compilée en langage machine et directement insérée ( sans appel ) aux endroits où elle est appelée On évite ainsi les problèmes inhérents à l instruction # define // Fonction mettant un réel au carré, définie ici en inline : inline void sqr(float& x) x = x*x ; L appel des fonctions inline se fait comme pour toutes les autres fonctions Remarque : La mise en ligne des fonctions ne doit être faite qu au moment de la phase d optimisation du code, et non durant la phase de développement, afin de faciliter le déboguage du code De plus, les fonctions prenant du temps CPU à l appel ne sont pas toujours clairement identifiées durant la phase de développement 10 Les opérateurs de flux Nous avons vu dans une partie précédente la surcharge des opérateurs Parmi ces opérateurs, deux opérateurs ont en C++ un rôle un peu particuliers Ce sont les opérateurs de flux, définis par les symboles << et >> qui permettent de définir des flux de lecture ou d écriture sur un périphérique quelconque ( écran, imprimante, disque dur, etc ) Pour les utiliser, il faut include en début de fichier les deux lignes suivantes ( dont la signification de la deuxième ligne sera donnée plus tard dans l année ) : # include <iostream> using namespace std ; 6

7 Ensuite, on peut définir un opérateur d entrée pour un type de variable T ( qui peut étre un int, float, Vecteur, autre ) istream& operator>>( istream& input, T& variablealire ) input >> variablealireunentier >> variablealireunréel ; De même pour un opérateur de sortie pour un type de variable T : ostream& operator<<( ostream& output, const T& variablealire ) output << variablealireunentier << variablealireunréel ; Pour vérifier l état d un flux, on peut utiliser l opérateur! : if!input cerr << " Erreur en entrée" << endl ; L utilisation de ces flux est ensuite très simple Par exemple : # include <fstream> # include <iostream> using namespace std ; istream& operator>>( istream& input, Vecteur& u ) int i ; input >> udimension ; uelements = new float[udimension] ; for ( i = 0 ; i < udimension ; i++ ) input >> uelements[i] return input ; ostream& operator<<( ostream& output, const Vecteur& u ) int i ; output << udimension ; for ( i = 0 ; i < udimension ; i++ ) output << uelements[i] return output ; Vecteur u ; // Ouverture d un fichier en lecture : ifstream file("fichier à lire") ; // On lit le vecteur dans le fichier : file >> u ; fileclose() ;// Fermeture du fichier // Ecriture sur écran ( sortie standard ) : cout << u ; // Ecriture sur écran ( sortie erreur ) : cerr << u ; // Ecriture dans un fichier : ofstream file2("fichier à écrire") ; file2 << u ; file2close() ; //Lecture du vecteur à partir du clavier : cin >> u ; 7

8 11 Quelques fonctions prédéfinies bien utiles Le C++ enrichit considérablement les bibliothèques du C en rajoutant de nombreux algorithmes qui sont très souvent utilisés On donne ici une liste non exhaustive de ces fonctions à noter que toutes les fonctions données ici acceptent n importe quel type de paramêtre ( entier, flottants, pointeurs, type défini par l utilisateur! ) avec les contraintes décrites par la fonction swap(const T& a, const T& b) : Echange les valeurs de deux variables de même type Pour un type utilisateur, il faut préalablement définir l opérateur de copie ( operator = ) : int i,j ; i = 1 ; j = 2 ; swap(i,j) ; // Maintenant i vaut 2 et j vaut 1 float x,y ; x = 05 ; y = 025 ; swap(x,y) ; // Maintenant x vaut 025 Vecteur u() ; // Vecteur est un type défini par l utilisateur Vecteur v() ; // pour lequel l opérateur = a été redéfini proprement swap(u,v) ; // u et v sont échangés! min(const T& a, const T& b) : Recherche le minimum entre deux valeurs de même type Pour un type utilisateur il faut avoir défini l opérateur de comparaison < La fonction renvoie le minimum des deux valeurs int k = min(i,j) ; // Pour les valeurs de i et j définis au dessus, k vaut 1 float z = min(x,y) ; // Idem, ici z=025 Vecteur w = min(u,v) ; // Si on a redéfinit l opérateur < en comparant les normes L 2 des deux vecteurs, w est égal au vecteur de plus petite norme max(const T& a, const T& b) : Idem que min mais pour la recherche du maximum copy( T* first, T* last, T* result) : Copie les éléments dont l adresse mémoire est comprise entre first et last ( last non compris ) Les pointeurs peuvent pointer sur n importe quel types ( par contre, même type pour les 3 paramêtres ) : int titi[5] ; copy( toto, toto+5, titi ) ; // Copie les cinq premiers éléments de toto dans titi fill(t* first, T* last, const T& val ) : Remplit les éléments dont l adresse mémoire est comprise entre first et last ( non compris ) avec la valeur val first et last doivent être des pointeurs sur le même type que val : 8

9 fill( toto, toto+5, 0 ) ; // remplit les cinq premiers éléments de toto avec 0 fill( toto+5, toto+10, 1 ) ; // remplit les cinq derniers éléments de toto avec 1 fill n(t* first, int size, const T& val ) : Remplit les size premiers éléments dont le premier élément commence à l adresse first avec la valeur val : fill n( toto, 5, 0 ) ; // remplit les cinq premiers éléments de toto avec 0 fill n( toto+5, 5, 1 ) ; // remplit les cinq derniers éléments de toto avec 1 bool equal(t* first1, T* last1, const T* first2) : Compare deux à deux les éléments de deux tableaux, l un commençant à first1 et l autre à first2 Le nombre d éléments des deux tableaux est donné à l aide du pointeur last1 qui pointe juste après le dernier élément du tableau pointé par first1 ( ce qui permet de déduire le nombre d éléments du tableau ) Renvoie true si les deux tableaux sont identiques, false sinon int titi[10] ; bool b = equal(toto,toto+10,titi) ;//Renvoie vrai si les deux tableaux sont égaux éléments par éléments, faux sinon T* find( T* first, T* last, const T& val ) : Recherche si la valeurs val existe entre dans la zone mémoire comprise entre first ( compris ) et last ( non compris ) Renvoi un pointeur sur le premier élément égal à val, sinon renvoi un pointeur égal à last : int* p = find(toto,toto+5,1) ; // Recherche si il y a 1 dans les cinq premiers éléments de toto if ( p == toto+5 ) printf("valeurs pas trouvée") ; int count( T* first, T* last, const T& val) : Compte le nombre d occurence de val compris dans la zone mémoire comprise entre first et last( non compris ) int n = count(toto,toto+7,0) ; // Compte le nombre de zéro se trouvant dans les sept premiers éléments de toto 9

10 12 Bibliographie Voici quelques lectures ou références conseillées ( avec des appréciations personnelles qui n engagent que l auteur de ce document ) : Titre Auteur Editeur ISBN Commentaire Le langage C++ Bjarne Stroustrup Pearson Education Livre de référence Mais clairement pas fait pour s initier Comment programmer Harvey M Deiteil Reynald Goulet Un livre très en C++ & Paul Deiteil Eds pédagogique pour s initier ou se perfectionner en C++ A conseiller au jeune de 7 à 77 ans! Draft norm c La norme ANSI du C++ Le document de référence pour coller à la norme Indigeste, donc indispensable! C++ Standart template library PJ Plauger & A Stepanov Prentice-Hall International Eds Tout sur la librairie standard du C++ Un livre de référence Design pattern Erich Gamma Vuibert Un très bon livre sur l utilisation de recettes préfabriquées pour la programmation orienté objet Livre de référence et pédagogique! Two thumbs! 10