3 Pseudo-code et algorithmes 26

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1 TABLE DES MATIÈRES 1 Introduction à la programmation Programme et langage de programmation Étapes du développement des programmes Notion d'algorithme 6 2 Notions de base Constantes Variables Types de données simples Déclarations dans les algorithmes Notion d'instructions Instruction d'affectation Expressions arithmétiques et opérateurs 18 3 Pseudo-code et algorithmes Présentation des algorithmes en pseudo-code Standard de présentation du pseudo-code Instruction de lecture Instruction d'écriture Essais manuels des algorithmes : la trace 40 4 Structures de contrôle Structure séquentielle Structure conditionnelle simple et opérateurs relationnels Structures conditionnelles imbriquées Applications des structures imbriquées au problème du prix du repas Structure conditionnelle multiple Conditions composées et opérateurs logiques Priorité des opérateurs Évaluation court-circuit 73

2 4.9 CHOIX-QUAND et conditions composées Exemples récapitulatifs Structures itératives Étapes pour l'écriture d'une boucle Les sentinelles La boucle POUR Structures imbriquées Initialisation significative des variables 93 5 Éléments de base de C Conversion des algorithmes en C Structure générale d'un programme C Déclarations et définitions des variables et constantes, types de données Opérations de lecture et d'écriture : <iostream> Affectation et autres opérateurs Structures de contrôle Règles de visibilité Exemples récapitulatifs Cycle de développement d'un programme Mise au point des programmes Qualités des programmes Facilité d'utilisation Fiabilité et validation Qualité du code Standard de programmation Modularité Définition d'un module Types de modules Nom et appel des modules Écriture des modules Les paramètres 160

3 7.6 Module pour CHOIX-QUAND Fonctions de bibliothèques Développement de modules réutilisables Modularité en C++ : fonctions Techniques spéciales Entrées-sorties en C Les entrées-sorties interactives Contrôle de la présentation des données Sérialisation et gestion des fichiers Format des données dans les fichiers Validation des lectures interactives Un exemple : la consommation de pommes Types de données personnels Types par énumération Les structures Récapitulation : les pommes Vecteurs La structure de données vecteur Les vecteurs en C++ : la classe vector Quelques fonctions membres utiles Exemples d'opérations et indices quelconques Vecteurs, fonctions et modularité Sérialisation des vecteurs Autres opérations dans les vecteurs Retour aux pommes Possibilités des variables et des fonctions en C Durée de vie des variables et portée Variables globales Variables statiques et durée de vie 259

4 11.4 Les singletons Contrôle de la portée des variables Les références Les fonctions inline Fichiers sources multiples, fichiers d'en-tête et namespace anonyme Découpage en fichiers sources multiples Déclarations et fichiers d'en-tête Possibilités du préprocesseur Rôle de l'éditeur de liens, projets et makefile Les fonctions inline dans les fichiers de en-tête Restriction des accès : le namespace anonyme Types de données de C Types de données de base Types synonymes (typedef) Imbrications des déclarations de types Quelques typedef et types imbriqués de la bibliothèque standard Les pointeurs Allocation dynamique Quelques possibilités du type string Conversions et <sstream> Opérateurs et exceptions Opérateurs : valeurs dans les expressions Opérateurs spéciaux Opérateurs de manipulations de bits Fonctions operator Exceptions 317

5 15 Classes et encapsulation Données, traitements, validité et invariants Classes et droits d'accès Fonctions membres Constructeurs Validation, constructeur et exceptions Validation et autres fonctions membres Fonctions membres const Fonctions membres static Destructeurs Constructeurs dans les structures Constantes et types imbriqués Classe de valeurs et classe de traitement Données membres constantes et références Sérialisation des données d'un type classe Un exemple complet Déclarations des classes Classes et fonctions operator Fonction membre operator= Conversions par constructeur et explicit Fonctions friend Héritage et polymorphisme Réutilisation des classes par composition Dérivation et héritage Polymorphisme et fonctions virtuelles Fonction virtuelle pure et classe abstraite Programmation orientée objet Fonctions membres privées Un exemple complet 402

6 17 Compléments Vecteurs de base et chaînes C Itérateurs et arithmétiques de pointeurs Autres fonctions de <algorithm> Fonctions de std::vector préservant l'ordre Position du const et pointeurs Données membres static Macros Sortie rapide du programme Classes singleton 428 ANNEXES 429 BIBLIOGRAPHIE 434 Index 435

7 1 Introduction à la programmation De plus en plus de gens utilisent un ordinateur pour accomplir diverses tâches, pour résoudre certains problèmes ou pour naviguer dans Internet. Même s'ils ne sont pas informaticiens, ils réussissent à utiliser un ordinateur, comme tout autre appareil électronique. Ils estiment simplement que cette machine offre ces possibilités. Pourtant, bien que l ordinateur soit un appareil très puissant et d une grande complexité, il n'est pas intelligent et ne peut rien faire seul. Cette machine constitue le matériel, qui n'est qu'une partie des systèmes informatiques. L'autre partie est le logiciel. Ce sont des programmes qui dictent en détail à l ordinateur toutes les opérations à réaliser. Souvent plus complexes que l'ordinateur lui-même, ils sont développés par des informaticiens spécialistes appelés programmeurs. Il y a plus de 50 ans que les ordinateurs commerciaux sont utilisés. On pourrait croire que tous les types de problèmes ont été résolus, et qu il n'y a plus de programmes à écrire. Au contraire, les ordinateurs étant aujourd'hui très abordables, plus de gens que jamais veulent une solution informatique qui leur soit parfaitement adaptée. Grâce à l'expansion d'internet et des sites Web, une toute nouvelle catégorie de programmes a aussi vu le jour. Il faudra de plus en plus de programmeurs pour répondre à tous ces nouveaux besoins. Le développement d'un système informatique exige la collaboration de plusieurs types d'informaticiens. Lorsqu'une personne désire un nouveau système ou l'amélioration d'un système existant, un spécialiste de l'analyse des besoins, que l'on appelle analyste, fera les premières démarches afin de déterminer les fonctions précises du système à développer ou à modifier. Les programmeurs ou les analystes-programmeurs développeront ensuite les programmes nécessaires. À toutes les étapes du développement, les informaticiens devront élaborer des solutions demandant réflexion, patience, ingéniosité et un certain nombre de connaissances techniques comme celles qui seront présentées dans le présent ouvrage.

8 2 Introduction à la programmation avec ISO C PROGRAMME ET LANGAGE DE PROGRAMMATION Un programme est un ensemble d'instructions écrites dans un langage compréhensible par l'ordinateur. Ces instructions dictent à l'ordinateur chacune des étapes à effectuer pour résoudre un problème. Le programmeur rédige habituellement son programme dans un langage de programmation dit évolué, par exemple C++, Java ou PHP. Ce langage est plus proche d'un langage humain que du langage vraiment compris par l'ordinateur, que l'on appelle langage machine. Il faut donc traduire le programme, appelé programme source, en langage machine afin que l'ordinateur puisse l'utiliser. C'est un autre programme qui s'occupe de cette traduction. Nous supposerons qu'il s'agit d'un compilateur, qui traduit (compile) le programme source au complet avant utilisation. C'est l'étape de la compilation. Pour certains langages, il existe aussi des interpréteurs, qui traduisent une instruction à la fois, juste avant qu'elle soit utilisée. 1.2 ÉTAPES DU DÉVELOPPEMENT DES PROGRAMMES La complexité des programmes s'est grandement accrue depuis quelques décennies. Il n'est plus rare de voir des programmes comportant des centaines de milliers ou même des millions d'instructions. De tels programmes doivent pouvoir évoluer au fil des années, pour répondre à des nouveaux besoins. On veut donc qu'ils soient faciles à modifier ou à corriger. Pour que ce soit possible, il est essentiel d'aborder la programmation d'une façon très disciplinée. On peut établir six étapes nécessaires au développement d un programme utilisable : analyse du problème, conception et vérification de l'algorithme, codage et vérification du programme, sans oublier la documentation. Analyse du problème L'analyse est le premier pas essentiel vers la résolution d'un problème. Son but est d'abord de définir parfaitement le problème. En plus, elle permet souvent de découvrir les premiers éléments de la solution. Ce n'est pas une étape qu'il faut omettre ou faire rapidement. Il existe plusieurs niveaux d'analyse. Un analyste peut rencontrer des clients et des futurs utilisateurs (on dit aussi usagers) du système pour déterminer exactement leurs besoins. Il décidera quels sont les programmes nécessaires en précisant exactement ce qu'ils devront faire. Le programmeur devra ensuite analyser ces spécifications de programmes, qui constituent autant de problèmes précis à résoudre. Nous traiterons de ce deuxième niveau d'analyse en partant de problèmes déjà bien déterminés.

9 1 Introduction à la programmation 3 On peut aujourd'hui utiliser deux approches pour analyser les problèmes. Dans l'approche traditionnelle, que l'on appelle aussi procédurale, on applique les trois étapes suivantes : 1. Déterminer les résultats à obtenir ; 2. Déterminer les données qui doivent être connues ; 3. Déterminer les opérations permettant d'obtenir les résultats à partir des données. données PROGRAMME opérations résultats Une bonne analyse permettra de déterminer les opérations exactes qui constitueront le programme en trouvant, par exemple, la façon de calculer certains résultats. Exemple 1 On veut un programme simple de caisse enregistreuse qui demande le prix d'un article et la quantité que le client veut acheter, et qui imprime ce prix, cette quantité ainsi que le prix total après avoir ajouté une taxe de 7 %. 1. Déterminer les résultats à obtenir. On peut facilement isoler de l'énoncé du problème ce qu'il faut que le programme produise : «... imprime ce prix, cette quantité ainsi que le prix total...». données PROGRAMME opérations résultats prix, quantité, prix total 2. Déterminer les données qui doivent être connues. On peut isoler de l'énoncé ce que le programme devra obtenir avant de pouvoir effectuer les calculs et les traitements. Il s'agit de trouver les données sur lesquelles le programme fera ce travail : «... demande le prix d'un article et la quantité... une taxe de 7 %». données prix, quantité, taux taxe PROGRAMME opérations résultats prix, quantité, prix total 3. Déterminer les opérations permettant d'obtenir les résultats à partir des données. On doit déterminer comment il faut effectuer les calculs : taxe sera calculée ainsi : prix * quantité * taux taxe prix total sera calculé ainsi : (prix * quantité) + taxe Le symbole * indique ici la multiplication. C'est le symbole le plus couramment employé en informatique, afin d'éviter toute confusion avec la lettre x.

10 4 Introduction à la programmation avec ISO C++ Exemple 2 On veut un programme pour calculer le salaire des employés. Chaque employé remplit une fiche comprenant son nom, son matricule, le nombre d'heures de travail et son taux horaire. Pour chaque employé, on veut produire un chèque avec son nom et son salaire net. On l'obtient à partir de son salaire brut en enlevant les impôts fédéral et provincial à payer ainsi que les cotisations de l'assurance-emploi et de la régie des rentes. 1. Déterminer les résultats à obtenir. données PROGRAMME opérations résultats nom, salaire net 2. Déterminer les données qui doivent être connues. données nom, matricule, nb heures, taux horaire, taux impôt fédéral, taux impôt provincial, taux ass. emploi, taux régie des rentes PROGRAMME opérations résultats nom, salaire net 3. Déterminer les opérations permettant d'obtenir les résultats à partir des données. salaire brut est taux horaire * nb heures impôt fédéral est salaire brut * taux impôt fédéral impôt provincial est salaire brut * taux impôt provincial cotis. ass. emploi est salaire brut * taux ass. emploi cotis. régie des rentes est salaire brut * taux rég. rentes déductions est impôt fédéral + impôt provincial + cotis. ass. emploi + cotis. régie des rentes salaire net est salaire brut - déductions Approche orientée objet L'approche plus récente dite orientée objet est mieux adaptée à la résolution des problèmes de plus grande envergure. Nous l'utiliserons plus tard dans cet ouvrage, mais voici déjà une occasion d'en décrire les principales étapes : 1. Identifier et définir les objets : ce sont des concepts du problème ou de sa solution ayant des caractéristiques, des attributs, des responsabilités, etc. ; 2. Identifier les collaborations entre les objets ; 3. Trouver comment utiliser les objets définis afin d'obtenir le résultat escompté. L'accent est donc plus sur les éléments qui sont manipulés par le programme que sur le problème à résoudre spécifiquement. Nous y reviendrons au chapitre 15.