Structure et éléments du C++ Algorithmique et Programmation Unisciel/K.Zampieri

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1 Structure et éléments du C++ Algorithmique et Programmation Unisciel/K.Zampieri 1

2 Liminaire 2

3 Le langage C Historique : Développé dans les laboratoires d'at&t Bell Début des années 1970 Par Dennis Ritchie Caractéristiques : Successeur des langages BCPL et B. Objectif initial : remplacer le codage assembleur. Succès : langage d'implantation de Unix Grande portabilité Fonctionnalités dans bibliothèques. 3

4 Abstraction Aspect statique Langage Aspect dynamique données traitements Variables & instances Programme Instructions & expressions 4

5 Abstraction (2) Instruction : Indique à la machine comment manipuler les données. En C++, se termine par un point-virgule «;». Variable : Elément informatique manipulé par le programme. Objet : Elément intégrant "données et traitements". Classe : Définition des "objets". 5

6 Approches procédurale v.s. orientée objet Programmation procédurale Que doit faire le programme? Programmation objet Sur quoi porte le programme? Données traitement Données + Traitements Données + Traitements traitement traitement Données + Traitements 6

7 Le langage C++ Historique : Développé dans les laboratoires d'at&t Bell Début des années 1980 Par Bjarne Stroustrup 7

8 Le langage C++ (2) Caractéristiques : Issu de C. Langage orienté objet (OO). Compilé (impératif) fortement typé. C + Typage + fort Objets (classes) C++ 8

9 Le langage C++ (3) Avantages (+) : Un des langages orienté objet le plus utilisé. Applications efficaces grâce à la compilation. Programmes exempts de bogues syntaxiques et [un peu] plus robuste grâce au typage fort. Compilateur disponible sur de nombreuses plates-formes. Documentation abondante grâce à sa large diffusion. 9

10 Le langage C++ (4) Défauts (-) : Quelques effets indésirables et comportement peu intuitif [résulte des inhérences du C]. Syntaxe parfois lourde et peu naturelle. Ne définit ni de techniques de récupération automatique de mémoire [garbage collector], ni de multiprogrammation, ni de programmation distribuée. 10

11 L'environnement de programmation 11

12 Environnement C++ type Comprend habituellement : Un EDI (environnement de développement, IDE en anglais) de programmes. Le langage. La bibliothèque standard C++. 12

13 Exécution des programmes C++ Phases dans l ordre chronologique : Édition : Création du programme dans l'éditeur. Précompilation : Traitement du code par le précompilateur. Compilation : Création du code objet. Édition des liens : Mise en place des liens entre le code objet et les bibliothèques ; crée un fichier exécutable. Chargement : Placement du programme en mémoire. Exécution : de chaque instruction par le processeur. 13

14 <iostream> <cmath> libc.a libm.a #include <iostream> int main(int, char*[]) { using namespace std ; cout << "Bienvenu l'univers!" << endl ; return 0 ; } Fichiers include Compilateur bibliothèques Editeur de liens prog.cpp prog.obj prog.exe Editeur de texte Exécution 14

15 Structure d'un programme C++ 15

16 Compilation en C++ «Point d'entrée» : une fonction intitulée main. Compilateur C++ Fichier source int main(int, char*[]) { return 0 ; } commande: gcc prg.cpp o prg Fichier exécutable

17 Programme «vide» du C++ Syntaxe : int main(int, char*[]) { return 0 ; } Rôle : Déclare la fonction main nécessaire pour produire du code machine exécutable. Définit que cette fonction est vide : son corps (délimité par les accolades { et }) ne contient que la valeur de retour "zéro" (signifiant fin normale de programme). 17

18 La fonction main En-tête : int main(int, char*[]) Pour commencer : En-tête standard. Respectez la casse (m minuscule). Chaque programme possède une fonction main. Lors du démarrage du programme : Recherche de la fonction main. Exécution de son bloc d'instructions. Absence de fonction main : le programme ne démarre pas. 18

19 Structure générale d'un #include < des_trucs_utiles > programme C++ using namespace std ; déclaration_d'objets_globaux [à éviter] déclarations_et_définitions_de_fonctions_utiles int main(int, char*[]) { } corps_du_programme [si possible assez court] return 0 ; [fin normale] 19

20 Atomes d'un programme C++ 20

21 Commentaires en C++ Commenter est un devoir. Deux styles : Commentaires orientés ligne (introduit par le C++) : // rend le reste de la ligne non-exécutable Commentaires orientés bloc (hérité du C) : /* rend le code entouré non exécutable */ 21

22 Mots-clés Rôle : Mots réservés ayant une signification inchangeable et prédéfinie en C++ (voir liste ci-après). Le C++ est sensible à la casse. Mots-clés en minuscules. En gras (ou en couleurs) dans les environnements IDE. 22

23 Mots-clés (2) C : auto, break, case, char, continue, default, do, double, else, enum, extern, float, for, goto, if, int, long, return, short, signed, sizeof, static, struct, switch, typedef, union, unsigned, while Ansi C : const, register, void, volatile C++ : asm, bool, catch, class, delete, false, friend, inline, new, operator, private, protected, public, template, this, throw, true, try, virtual Norme C++ : and, and_eq, bitand, bitor, compl, const_cast, dynamic_cast, explicit, export, mutable, namespace, not, not_eq, or, or_eq, reinterpret_cast, static_cast, typeid, typename, using, wchar_t, xor, xor_eq 23

24 Identifiant Syntaxe : N'importe quelle séquence (à l'exception des mots réservés du langage : if, else, while ) composée de lettres (A..Z et a..z), de chiffres (0..9) ou du caractère souligné (_) et débutant par une lettre ou le souligné. Attention! Les accentués ne sont pas des lettres anglophones. Conseil : Utilisez des noms aussi explicites que possible. 24

25 Types élémentaires Types de base fondamentaux : int : les nombres entiers. double : les nombres réels (approchés). char : les caractères (alphanumériques). bool : les valeurs logiques vrai (true) et faux (false). 25

26 Valeurs Littérales Sont des constantes associées aux types de base du langage. On distingue les valeurs littérales de : Type entier Littéraux entiers Type réel Littéraux réels Type caractère Littéraux caractères Type chaînes de caractères Littéraux chaînes Type booléen Littéraux booléens : false, true 26

27 Littéraux entiers Notation : suite de chiffres préfixé éventuel d un signe (+ ou -) Exemple : 1, -12, 27

28 Littéraux réels Notation : Suite de chiffres avec point décimal ou écriture en notation scientifique m e p signifiant m 10 p (où m est une suite de chiffres décimaux et p un entier) (e.g. 12.4e ). Le symbole e correspond à la puissance de 10 Exemple : 0.0,.12, 12e4, 12.4e-5 Note : Un réel se distingue d'un entier par l'ajout d'un point (.) à la fin. Pour la lisibilité, préférez.0 [e.g. 5.0 (réel) 5 (entier)]. 28

29 Littéraux caractères Notation : un caractère entre quote Exemple : 'a', '!', Le caractère ' se représente par \' Le caractère \ se représente par \\ Le backslash \ est appelé caractère d'échappement. 29

30 Littéraux caractères (2) Principales constantes caractères : \a Bip sonore (bell) \\ Barre oblique inversée \b Retour arrière \' Apostrophe \f Saut de page \" Guillemet double \n Saut de ligne \0oo Valeur en format octal \r Retour chariot (oo nombre octal) \t Tabulation horizontale \xhh Valeur en format hexa \v Tabulation verticale (hh nombre hexa) 30

31 Littéraux chaînes Notation : suite de caractères entre guillemets Exemple : "Qu est une chaîne? Une phrase entre guillemets" 31

32 Déclarations et Affectation 32

33 Variable Définition : donnée dont le contenu peut varier au cours de l'exécution du programme. En C++, décrite par : Son identifiant (ou identificateur) : nom par lequel la donnée est désignée. Son type : définit de quel «genre» est la donnée associée à la variable ; en particulier, quels traitements (opérations) elle peut (et ne peut pas) subir. Sa valeur. 33

34 Déclaration et initialisation de variables Dans les langages typés (comme le C++) : Déclaration = Création d'une variable. Initialisation = Association d'une valeur à la variable créée [En POO, on parle d'instanciation]. Avant d'être utilisée une variable : Doit être déclarée. Est à initialiser (de façon interne ou externe). Note : Le compilateur n'interdit pas l'utilisation d'une variable non initialisée mais exclut celle de variables non déclarées. 34

35 Déclaration et initialisation de variables (2) Syntaxe : T v ; // déclaration T v = valeur ; // déclaration/initialisation T v(valeur) ; // autre écriture: déclaration/initialisation Rôle : Déclare une variable de type T, d'identifiant v (le nom) et l'initialise à la valeur (littéral ou expression) indiquée. Conseil : Initialisez toujours vos variables. Note : Le littéral 0 est une valeur d'initialisation qui peut être affectée à une variable de n'importe quel type élémentaire. 35

36 Variable v.s. constante Par défaut une variable en C++ est modifiable. Constante = "variable" auquel on assigne une valeur lors de sa déclaration et dont la valeur ne peut pas être modifiée par le programme : toute tentative est rejetée par le compilateur qui signalera une erreur (ou un avertissement). 36

37 Définitions de constantes Syntaxe : const T k(valeur) ; // déclaration usuelle enum { K = valeur } ; // si type discret Rôle : Définit la constante nommée k de type T et lui affecte valeur (littéral ou expression). 37

38 Affectation simple Syntaxe : v = valeur ; // algorithmique: v valeur Rôle : Affecte valeur (littéral ou expression) à la variable v. Attention! Les types doivent correspondre (à l'exception de quelques conversions implicites). 38

39 Réutilisation d'une variable Que se passe-t-il? L'affectation remplace l'ancienne valeur. La partie droite est évaluée avant l'affectation. 39

40 Entrées/sorties 40

41 Interagir avec l'extérieur: entrées/sorties (E/S) Via les instructions d'e/s. Buts des E/S : Prendre en compte des données issues de l'extérieur (e.g. informations saisies au clavier ou lues dans des fichiers). Afficher des résultats, des informations à l'écran. Sauvegarder des résultats pour d'éventuelles réutilisations. 41

42 E/S clavier/écran Interactions les plus simples (et «naturelles») : cin : nom de la variable associée à l «entrée standard». cout : nom de la variable associée à la «sortie standard». cin >> Mémoire du PC cout << 42

43 E/S clavier/écran (2) Pour les utiliser : #include <iostream> Prononciation : cin : c-in (canal input) cout : c-out (canal output) 43

44 Affichage à l'écran Syntaxe : cout << expr1 << expr2 << << exprn ; Rôle : Affiche sur la sortie standard (l'écran) les valeurs des expressions expr i. Les chaînes de caractères sont entre les guillemets ("). Les caractères simples sont entre les apostrophes ('). Par défaut les valeurs affichées ne sont pas séparées par des espaces. Ajoutez le(s) délimiteur(s) si nécessaire. Le manipulateur endl représente le retour de ligne : il permet de passer à la ligne suivante et ordonne le vidage du tampon d'affichage. 44

45 Saisie au clavier Syntaxe : cin >> var1 >> var2 >> >> varn ; Rôle : Lit depuis l'entrée standard (le clavier) une liste de valeurs val i et les stockent dans les variables var i (qui doivent exister). Saute tous les blancs (espace, tabulation, fin de ligne). Lorsque plusieurs valeurs sont lues à la suite, le caractère séparateur de ces valeurs est le retour à la ligne ou l'espace. Attention! On ne peut pas lire en une fois une ligne entière contenant des blancs avec l'opérateur «>>». [cf. cours Chaîne de caractères] 45

46 Opérateurs et expressions algébriques 46

47 Opérateur Définition : Symbole permettant de manipuler deux valeurs. Sa définition est associée au type des valeurs sur lequel il peut opérer. Exemples : Algébriques (+, -, *, /, ) définis pour les types numériques (entiers et réels), logiques (!, &&, ) pour les types booléens, de comparaison (<, <=, >, >=, ==,!) pour les types numériques et les caractères, etc. 47

48 Expression Séquence («bien formée» (BF) au sens de la syntaxe) combinant (via des parenthèses) des opérateurs et des opérandes (valeurs littérales, variables ou expressions). Exemples : (2*(13-j)/(1+4)) : expression numérique BF (3+(5*(-2) : non BF [parenthésage incorrect] 3 (5) * )-2( : non BF [opérateur et parenthésage incorrect] 48

49 Évaluation d'une expression Conduit à sa valeur littérale correspondant au résultat de l'expression. [Résulte de ce que les opérateurs ont une syntaxe et une définition opératoire.] Exemple : eval[ (2*(13-3)/(1+4)) ] valeur littérale de type entier 4 49

50 Opérateurs algébriques Tous associatifs à gauche. Dans leur ordre de priorité d'évaluation : Opérateur * / % + - Multiplication Division Modulo (reste de la division entière) Addition Soustraction Opération OUPS! Pas d'opérateur puissance en C++ 50

51 Priorité entre opérateurs algébriques Règle d'évaluation : En l'absence de parenthésage, les multiplicatifs (*, /, %) puis les additifs (+, -). Règle d'associativité en cas d'ambiguïté entre opérateurs du même ordre de priorité. Exemple : a * b % c (a * b) % c a % b * c (a % b) * c a + b * c % d a + ((b * c) % d) Conseil : Parenthésez (ne serait-ce que pour la lisibilité!). Exemple : Ecrivez (a*b)%c plutôt que a*b%c. 51

52 Priorité entre opérateurs algébriques : exemple (1) (2) (1) (1) (2) (0) a * b - c / d % e + f D'abord la ( (( a a * * b b ) ) - - ( ( c c / / d d % % e e ) )) + + ( ( f f ) ) «gestion des priorités» (( a * b ) - (( c / d ) % e )) + ( f ) suivi des «évaluations»

53 Opérateurs algébriques pour l'affectation Exemple d'utilisation d'expressions pour l'affectation : z = (x + 3) % y + 10 ; z = (x = 3 * y) / 2 ; Notations abrégées pour des affectations particulières : Affectation x = x + y idem pour {-, *, /, %} x = x + 1 // x discret idem pour {-} Notation abrégée x += y ++x // préfixe (ou x++) // postfixe 53

54 Que vaut a / b en C++? ATTENTION PIèGE! Si a ET b entiers Division euclidienne Relation : a = (a / b) * b + (a % b) = q * b + r (avec 0 r < b ) Exemple : a = 17, b = 3 q = 17/3 = 5, r = 17%3 = 2 17 = 5 * Si a OU b réels Division (réelle) Exemple : a = 17, b = /3 = 17/

55 Variables, types: Mémo Une donnée est stockée dans une variable caractérisée par : (i) son type et son identifiant (définis lors de la déclaration) (ii) sa valeur, définie la première fois lors de l'initialisation puis éventuellement modifiée par la suite. Syntaxe : T v ; T v(val) ; Types élémentaires : int, double, char, bool Affectation : v = expr Saisie : cin >> v >> Affichage : cout << expr << 55

56 Opérateurs algébriques : Mémo Opérateurs algébriques : * (multiplication) / (division) Opérateurs multiplicatifs % (modulo) + (addition) Opérateurs additifs - (soustraction) ++ (incrémentation, unaire) Opérateurs de crémentation -- (décrémentation, unaire) 56