Introduction à la programmation en C

Objectifs de l'UE

• Acquérir une certaine manière de réfléchir.
• Automatiser la résolution de problèmes.
• Maîtriser les concepts de l'algorithmique.
• Être capable d'utiliser un langage impératif, le C, sans se spécialiser dans un langage particulier.

Introduction

Représentation de l'information

• La mémoire sert à enregistrer des informations sous forme de séquences de 0 et de 1 (bits).
• Un octet se compose de 8 bits.
• Les ordinateurs utilisent au moins 3 types d'objets : entiers, réels, caractères.
• Le processeur (CPU) exécute des ordres nommés instructions, codés sous forme de 0 et de 1.
• Le code exécutable en langage machine est du code binaire, compréhensible par le CPU, mais illisible pour les humains.

Langage de programmation

• Les langages de programmation évolués permettent d'indiquer à l'ordinateur la séquence d'instructions à exécuter.
• Les données et instructions sont présentées de manière abstraite.

Types de langages de programmation

• Logique: programmation de preuves basée sur l'écriture d'axiomes et de règles logiques Exemples: Prolog, Obj3, Coq.

• Fonctionnel : description d'un programme sous forme d'un ensemble de définitions de fonctions Exemples: OCaml, Haskell

• Impératif: description explicite des instructions que l'ordinateur doit successivement exécuter sur les données stockées en mémoire Exemples: C, C++, Python, Java, Pascal

• Les programmes sont des ensembles d'instructions écrites dans un langage de programmation spécifique.

Compilation vs Interprétation

• Les programmes écrits dans un langage de programmation doivent être compilés ou interprétés pour être exécutés.
• Un programme est compilé s'il a été traduit en code exécutable en langage machine, grâce à un compilateur Exemples: C, C++, Pascal
• Un programme est interprété s'il est exécuté directement via un programme intermédiaire appelé interpréteur Exemples: Python, OCaml
• Les programmes compilés sont plus rapides et utilisent moins de ressources lors de l'exécution.
• Les programmes interprétés ont une portabilité plus importante et sont dits "cross-platform".
• Java est un langage semi-interprété: son programme est compilé en code intermédiaire puis exécuté par une machine virtuelle.
• Certains langages ont un compilateur et un interpréteur (Ocaml, Haskell), tandis que d'autres sont seulement compilés (C, C++) ou seulement interprétés (Python)

Algorithmes

• Un algorithme est une suite finie et non ambiguë d'opérations ou d'instructions permettant de résoudre un problème ou d'obtenir un résultat.
• Un algorithme n'est pas réservé aux ordinateurs.
• Son nom viendrait du scientifique Al-Khwarizmi.
• Un programme sert à traduire un algorithme, mais un algorithme ne dépend d'aucun langage spécifique.
• Un algorithme peut être décrit par un schéma ou une formule mathématique.

Caractéristiques d'un algorithme

• Accepte un nombre limité de données en entrée.
• Chaque étape doit être définie de manière rigoureuse et non ambigüe.
• Doit toujours se terminer et fournir un résultat.
• Doit être déterministe, c'est-à-dire fournir le même résultat avec les mêmes données en entrée.

Le rôle de l'analyste-programmeur

• L'analyste programmeur passe du problème (en langage naturel) à l'analyse, l'algorithme, puis à la programmation et au programme (en langage machine), pour obtenir un résultat.

Programmes en langage C

Bases de la programmation impérative et du langage C

• Un langage de programmation respecte une grammaire et des règles de syntaxe précises.
• Un programme impératif contient des types non élémentaires, des instructions décrivant les opérations à effectuer, des combinaisons de ces instructions.
• Les instructions doivent être écrites dans un ordre précis.

Structure d'un programme en C

• En C, un programme doit être écrit dans un fichier texte avec l'extension ".c", édité avec un éditeur de texte.
• L'ordre de la structure d'un programme en C est le suivant:
  • ordres pré-processeurs remplacés à la compilation (#include <stdio.h> pour la lecture et l'affichage).
  • définitions de nouveaux types non élémentaires
  • définitions de fonctions
• Une et une seule fonction s'appelle main; elle est obligatoire, et l'exécution de tout programme commence par elle.
• On peut trouver des commentaires sur plusieurs lignes (/* ... */) ou sur une seule (//).
• Les définitions de types sont globales.

Compilation

• Compiler un programme C se fait dans un terminal texte grâce au compilateur gcc.
• Exemple de commande: "gcc nomdufichier.c -o nomdelexecutable"
• Le résultat peut être affiché après le lancement du programme.
• Des logiciels (IDE) incluent un éditeur de texte avec coloration syntaxique, et des fonctionnalités de compilation, d'exécution et de débogage.

Fiche 2 : Types, opérateurs, expressions, variables, constantes

Types élémentaires

• Définition : Un type exprime un ensemble d'objets qui partagent des caractéristiques communes, et sur lesquels on peut appliquer des opérations arithmétiques, de comparaison, etc.

Entiers (relatifs)

• short: entier relatif sur 16 bits (valeurs possibles entre -32 768 et +32 767)
• int: entier relatif sur 16 bits (processeur 16 bits) ou 32 bits (processeur 32 bits)
• long: entier relatif sur 32 bits

Réels

• float : réel simple précision
• double : réel double précision

Caractères

• char : caractère, stocké comme un entier sur 8 bits (256 valeurs possibles entre -128 et +127)
• Une valeur d'un caractère s'écrit toujours entourée d'apostrophes: 'a'
• La table ASCII définit une correspondance entre valeurs numériques et caractères ('A' vaut 65, 'a' vaut 97).
• Pour convertir un caractère majuscule en minuscule c + 32

Booléens

• Le type booléen n'existe pas en C parmi les types élémentaires prédéfinis.
• Dans toute expression booléenne, la valeur 0 est considérée comme FAUX et toute autre valeur est considérée comme VRAI.

Opérateurs de base

Opérateurs arithmétiques

• Addition (+), soustraction (-), multiplication (*), division (/), modulo (%)
• Le résultat de l'opérateur / dépend du type des opérandes (division entière si entiers, division réelle si réels).

Opérateurs d'incrémentation/décrémentation

• Incrémentation (++), décrémentation (--).
• Ils servent à augmenter/diminuer la valeur de l'entier de 1.

Opérateurs d'accumulation

• Ajout (+=), soustraction (-=), multiplication (*=), division (/=), modulo (%=)

Opérateurs de comparaison

• Inférieur (<), supérieur (>), inférieur ou égal (<=), supérieur ou égal (>=), égal (==), différent (!=)
• Leur résultat est un booléen représenté par un entier (1 si vrai, 0 si faux).

Opérateurs logiques

• ET (&&), OU (||), NON (!)
• Exemple: !3 vaut vrai donc 13 vaut faux

Expressions

• Une expression associe des opérateurs et des opérandes, avec un type et une valeur d'évaluation.
• Il existe des expressions arithmétiques, booléennes ou hybrides.
• Attention aux mélanges de types et aux parenthèses.
• En C, l'évaluation d'une expression est effectuée seulement si nécessaire à l'obtention du résultat (évaluation paresseuse).
• Ceci est propre au langage C, qui ne possède pas de véritable type booléen.
• Une expression booléenne VRAI prend la valeur 1 et 0 si FAUX dans une expression arithmétique
• Une expression arithmétique qui vaut 0 est FAUX tandis qu'une valeur qui n'est pas 0 est VRAI dans une expression booléenne.

Variables

Notion de variable

• Une variable est un objet abstrait avec un nom (identificateur), un type et une valeur.
• Sa valeur est stockée dans un emplacement mémoire de l'ordinateur et a la taille du type prévu.

Déclaration

• En C, une variable doit être explicitement déclarée avant d'être utilisée.
• Syntaxe de la déclaration d'une variable :
  • sans initialisation: <type> <identifiant>;
  • avec initialisation:[const] <type> <identifiant> = <valeur initiale>;
• Règles:
  • L'identifiant doit être composé d'un seul mot, commencer par une lettre ou un underscore, et ne pas contenir de symboles interdits.
  • Les mots-clés du langage C sont interdits.
  • Les identifiants commencent généralement par une minuscule.

Exemples :

• a, myValue,x, nbEtudiants, nb_etu, point_entree, x2, _a3, _ma_Variable_, nombreFreresEtSoeurs
• Il est recommandé de privilégier des mots courts et simples.

Exemples de déclarations de variables en C

int nombreEtudiants = 20; /* un entier avec initialisation */
int abscisse, ordonnee; /* deux entiers sur la même ligne sans initialisation */
int age, nombreFreresEtSoeurs = 0, tailleFamille = 3;/* trois entiers sur la même ligne avec et sans initialisation */
float rayon; /* un réel sans initialisation */
float a, b = -2.0, c; /* trois réels sur la même ligne avec et sans initialisation */

• La déclaration d'une variable sert à réserver un espace en mémoire.

Affectation

• L'affectation permet de donner une valeur (du même type) à une variable et de l'écrire dans la mémoire.
• Syntaxe de l'affectation d'une valeur à une variable : <identifiant> = <valeur>;
• Exemples :

myValue = -1; /* je donne à myValue la valeur -1 */

y = toto + 6; /* je donne à y la valeur de toto à laquelle j'ajoute 6 */

x = x * 2; /* je donne à x son ancienne valeur multipliée par 2 */

• Une affectation se fait en 2 temps :
  • L'expression à droite du signe égal est évaluée d'abord
  • La valeur du résultat de l'expression à droite est écrite dans la variable indiquée à gauche du signe égal
• La nouvelle valeur écrase l'ancienne.
• En C, pour échanger le contenu de 2 variables, il faut passer par une variable supplémentaire temporaire pour ne pas perdre de valeur (a et b ci-dessous).

int a = 1, b = 2, tmp;
tmp = a;
a = b;
b = tmp;

• Ne pas confondre affectation (=) et comparaison (==).
• Une initialisation est un raccourci qui permet d'effectuer une déclaration et une affectation sur la même ligne

Constantes

• Les constantes sont des objets dont la valeur ne doit pas être modifiée.
• Déclaration : const <type> <identifiant> = <valeur initiale>;

Constante sous la forme d'un ordre préprocesseur

• Syntaxe : #define <identifiant> <valeur initiale>
• Ici, il n'y a pas d'objet créé, ni de zone mémoire réservée.
• Le préprocesseur remplace toutes les occurrences de l'identifiant par la valeur au moment de la compilation.
• Ici, pas de point-virgule et pas de signe égal.
• Par convention, on donne le plus souvent aux constantes des identificateurs en majuscules.
• Les constantes clarifient le code, facilitent sa mise à jour et garantissent son invariance.

Blocs d'instructions

• En C, les instructions sont séparées par un point-virgule (;), ce qui donne un caractère séquentiel.
• On peut regrouper les instructions par blocs délimités entre accolades ({ }).
• Une variable déclarée dans un bloc n’est visible que dans ce bloc et dans les blocs inclus, sauf si elle est redéclarée dans un sous-bloc.
• Les tabulations sont indispensables afin d'améliorer la lisibilité et de souligner le découpage des blocs.
• L'indentation seule ne suffit pas.