Cours Bases de la programmation informatique
Bases de la programmation
Université de Nice - Sophia Antipolis
Richard Grin
Version 1.2.5 – 24/9/11
Objectif du cours
? Introduction à la programmation orientée objet pour pouvoir suivre le cours de POO de L3 Miage ? Aucune connaissance requise en programmation ? Les grandes étapes du cours :
? programmation impérative
? programmation structurée
? les objets
? Langage utilisé : Java
Plan de cette partie
? Composants d’un ordinateur
? Programmes et langages informatiques
? Variables, instructions
? Premier programme en Java ; compilation, exécution
? Compilation, interprétation ? Exécution
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Utilisation des composants (2)
? L’utilisateur peut transmettre des informations à l’aide du clavier ou de la souris
? Le programme peut aussi lire des informations sur le disque dur
? Les résultats de l’exécution sont affichés à l’écran ou enregistrés dans le disque dur (pour une session future d’utilisation)
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Codage binaire (1)
? Base 2 ; pas 10 comme les nombres que l’on a l’habitude de manipuler
? 0 : 0
? 1 : 1
? 2 : 10 (1 « deuzaine »)
? 3 : 11
? 4 : 100 (1 deuzaine de deuzaine)
? 5 : 101
? …
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Unités de mesure
? 1 bit : unité d’information de base, chiffre binaire 0 ou 1
? Octet : (byte en anglais) groupement de 8 bits
? K = 1000 = 103 ; Kilo ; Ko = 1000 octets
? M = 1 000 000 = 106 ; Mega ; Mo = 1000 Ko
? G = 1 000 000 000 = 109 ; Giga ; Go = 1000 Mo
? T = 1 000 000 000 000 = 1012 ; Tera ; To = 1000 Go ? Kb = Kilobyte = Ko ; Mb, Gb,…
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Principales caractéristiques des composants
? Processeur : « intelligence » de l’ordinateur, il sait calculer et faire des choix (exécuter une instruction ou une autre suivant le contexte : si une valeur vaut
0, faire ceci, sinon faire cela)
? Appelé aussi CPU (Central Process Unit)
? Vitesse de quelques GHz (Hz = Hertz = nombre d’opérations élémentaires par seconde)
? Calculs avec des entiers ou « en virgule flottante »
? Peut contenir plusieurs cœurs pour faire des calculs en parallèle
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Principales caractéristiques des composants
? Mémoire centrale : rapide (accès en nanosecondes, 10-9) mais volatile (valeurs perdues entre 2 sessions de travail) ; capacités moyennes de quelques Go
? Mémoire périphérique : pas vraiment rapide (accès en millisecondes) mais non volatile ; appelée mémoire de masse car grosses capacités de centaines de Go à quelques To
? Question : combien de fois plus lent que la mémoire centrale ?
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Programmes et langages informatiques
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Programme informatique
? Il sert à résoudre un problème (faire un calcul, exécuter des actions, aider à la prise de décision,
dessiner,…)
? Il est écrit dans un langage qui contient des ordres que l’ordinateur peut « comprendre »
? Ce langage contient des instructions élémentaires qui disent à l’ordinateur ce qu’il doit faire
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Langages informatiques
?Il existe de très nombreux langages informatiques
?Ces langages peuvent être regroupés en quelques catégories principales, appelées des paradigmes de programmation
?Un paradigme est une façon de représenter, de modéliser une réalité
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Programmation impérative
? La programmation impérative consiste à écrire un programme en donnant des instructions qui modifient l’état du programme (les données manipulées par le programme rangées dans des variables identifiées par des noms)
? Exemple : lire x;
si (x > max)
max = x;
…
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Instruction
?Une instruction comporte des mots-clés ou symboles définis par le langage et des expressions qui ont une valeur au moment de
l’exécution
?Exemple :
if (x == 0)
y = 5 * x;
?Les types d’instruction dépendent du langage qu’on utilise, en particulier du niveau d’abstraction du langage par rapport au processeur
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Variable
?Une variable correspond à un emplacement dans la mémoire centrale
?Une variable est utilisée par le programme pour enregistrer une valeur qu’il réutilisera dans la suite de son exécution
?Une variable est identifiée par son nom
?Affectation : enregistrer une nouvelle valeur dans une variable ; par exemple « x = 8; »
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Types d’instructions
? Pour les langages habituels (langage C par exemple) de type impératif les grands types d’instructions sont :
? déclaration du type d’une variable
? affectation d’une valeur à une variable
? alternative : selon la valeur d’une expression, une séquence d’instructions est exécutée, ou une autre
? répétition : une séquence d’instructions est répétée un certain nombre de fois
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Echanger la valeur de 2 variables
x = 10; y = 15; x = y; y = x;
Quelles valeurs auront x et y à la fin de ce code ?
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x x = y; ??
| Richard Grin | Bases de la programmation | page 33 |
y
x = 10; y = 15;
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| Richard Grin Bases de la programmation page 37 Richard Grin Bases de la programmation page 38 |
y = t;
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« = » en Java et en mathématiques
?Ne pas confondre le « = » de l’affectation avec le
« = » mathématique
?Il n’est pas symétrique :
?à gauche doit se trouver un nom de variable qui désigne un emplacement mémoire
?la droite peut contenir n’importe quelle expression qui calcule une valeur qui peut être rangée dans l’emplacement mémoire désigné par la gauche
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Code pour échanger les valeurs de x et y
int x; int y; x = 10; Qu’est-ce qu’il manque ?
y = 15; x = y; y = x;
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Initialisation dans la déclaration
? Il est possible d’affecter une valeur initiale à une variable lors de sa déclaration : int x = 10; int y = 15; int t = x; x = y; y = t;
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Déclaration d’une variable
int x; int y; int t; x = 10; y = 15; t = x; x = y; y = t;
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Exemple
| int x = z + 3; int y = w * 2; int t; if (x < y) { t = x; x = y; y = t; } | Que fait ce code ? |
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Portée d’une variable
? La portée d’une variable désigne la portion du programme où la variable peut être utilisée ? Portée d’une variable en Java :
? de l’endroit où elle a été déclarée
? jusqu’à la fin du bloc où elle a été déclarée
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Exemple
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Langages typés
? Java est un langage typé : on doit déclarer le type d’une variable avant de l’utiliser
? Il existe d’autres langage non typés (Javascript, par exemple, pour programmer les clients Web) dans lesquels les types des variables ne sont pas indiqués dans le programme
? Les langages typés sont moins souples mais plus sûrs car davantage d’erreurs du développeur peuvent être détectées par le langage (par exemple une erreur dans le nom de la variable)
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Afficher un texte
? .print("Hello world"); affiche « Hello world » sur l’écran
? .println("Hello world");
affiche « Hello world » sur l’écran, et passe à la ligne ensuite
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Variable de type texte
? Une variable peut contenir un texte
? Il faut la déclarer de type String :
String nom = "Dupond";
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Nombres à virgule
? Le type double indique une variable qui peut contenir un nombre à virgule (remplacée par un « . ») :
double largeur = 12.5;
? Le nombre de chiffres après la virgule n’est pas fixé ; le type double désigne des nombres à
« virgule flottante »
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Affichage texte et nombre
? Soit la ligne de code int x = 10;
? Comment faire afficher « Valeur de x = 10 » en utilisant la variable x ?
? .print("Valeur de x = ");
.println(x);
? En fait on peut aussi utiliser la concaténation des chaînes de caractères de Java :
.println("Valeur de x = " + x); (le nombre entier 10 est traduit par Java en String)
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Commentaires en Java (1)
? Lorsqu’un programme contient du code qui n’est pas complètement évident il est important d’ajouter des commentaires pour l’expliquer
? En effet, un programme utile sera souvent modifié pour l’adapter à un changement de contexte ou pour corriger des erreurs ; le code doit donc être facilement compris par les développeurs futurs qui le modifieront
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Commentaires en Java (2)
? 3 façons d’ajouter des commentaires ? En fin de ligne (ne peut couvrir plusieurs lignes) : x = 12; // pour indiquer que ….
? Juste avant le code (une ou plusieurs lignes) :
/* Pour indiquer que … */ x = 12;
? Idem /* mais pour la javadoc (avant déclarations ou définitions) :
/** Pour indiquer que … */ int x = 12;
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Commentaires en Java (3)
Pour faire plus joli et pour la lisibilité :
/**
* Pour indiquer que …
*
*/
? « // » Peut aussi s’utiliser sur une seule ligne avant l’instruction ou le bloc d’instructions à commenter :
// Pour indiquer que …. x = 12;
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Premier programme en Java ; compilation,
exécution
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Le code source du premier programme
classe HelloWorld
public class HelloWorld {
public static void main(String[] args){ .println("Hello world");
}
}
? La classe Helloworld est public, donc le fichier qui la contient doit s’appeler
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Le code source du premier programme
méthode main
public class HelloWorld {
public static void main(String[] args){ .println("Hello world");
}
}
? La classe Helloworld contient une seule méthode : main
? Signature de la méthode main : String[] args Un seul paramètre de type « tableau de chaînes de caractères » (étudié plus tard dans le cours)
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Compilation d’un code source
? Un code source ne peut être exécuté directement par un ordinateur
? Il faut traduire ce code source dans un langage que l’ordinateur (le processeur de l’ordinateur) peut comprendre
? Un compilateur est un programme qui effectue cette traduction
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La compilation
Programme écrit par un développeur
Programme dans le langage de la machine
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Exécution
? Lorsqu’un programme a été compilé, on peut faire exécuter le code exécutable
? Le code source n’est pas utilisé pour l’exécution ; on pourrait très bien le supprimer
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Maintenance d’un programme
?En fait, il faut garder le code source pour le cas
(certain) où le développeur voudrait modifier le programme
?Un programme est très souvent modifié
?pour corriger les erreurs (son comportement n’est pas correct ou les résultats sont faux)
?pour ajouter des fonctionnalités
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JDK
? Lorsqu’on télécharge Java pour écrire des programmes, on récupère le JDK (Java Development Kit) ? Le JDK contient :
? Des outils de développement (javac, java, javadoc,…)
? De très nombreuses classes déjà écrites et que l’on peut utiliser quand on écrit des programmes ; par exemple la classe System (.println("Hello world"))
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Compilation avec javac
? Le JDK fournit le compilateur javac (java compiler)
? javac
crée un fichier « HelloWorld.class » qui contient le code exécutable, et le place dans le même répertoire que le fichier « .java »
? Le fichier à compiler peut être désigné par un chemin absolu ou relatif :
javac
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Exécution du programme
Pour exécuter le programme exécutable
(HelloWorld.class) on utilise la commande
« java » fournie par le JDK
? java HelloWorld
exécute le code de la méthode main de la classe HelloWorld
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Exécution du programme
Attention ! pas
java HelloWorld.class mais java HelloWorld
? HelloWorld est un nom de classe et pas un nom de fichier. Donc
? on ne peut pas donner un chemin
? pas de suffixe .class
Richard Grin Bases de la programmation page 74
Où doit se trouver le fichier .class ?
| java HelloWorld |
?
HelloWorld.class doit se trouver dans le classpath
? Le classpath peut recevoir une valeur avec l’option -classpath de la commande java : java –classpath rep1/rep2 HelloWorld
? Par défaut le classpath est le répertoire courant
Richard Grin Bases de la programmation 75
Classpath
? L’option –classpath de java (et de javac) permet d’indiquer où la commande doit aller chercher les classes dont elle a besoin
? Cette option permet d’indiquer un ou plusieurs emplacements dans l’arborescence des fichiers
? Le séparateur entre plusieurs emplacements est « : » en Linux et « ; » en Windows
Richard Grin Bases de la programmation page 76
Exemple
Dans le TP 2, une classe Console sera fournie
? Cette classe contient la méthode readInt() pour lire la valeur d’un entier au clavier
? Il suffira de mettre le fichier Console.class dans le répertoire courant pour pouvoir utiliser la classe Console :
int x = Console.readInt();
met dans la variable x la valeur tapée au clavier par l’utilisateur
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Conventions pour les identificateurs Java
? Les noms de classes commencent par une majuscule :
Cercle, Object
? Les noms de variable commencent par une minuscule
? Les mots contenus dans un identificateur commencent par une majuscule : UneClasse, uneMethode, uneAutreVariable
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Compilation en Java ?bytecode
? En Java, le code source n’est pas traduit directement dans le langage de l’ordinateur
? Il est d’abord traduit dans un langage appelé
« bytecode », langage d’une machine virtuelle (JVM ; Java Virtual Machine) définie par Sun
? Ce langage est indépendant de l’ordinateur qui va exécuter le programme
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Exécution du bytecode
? Le bytecode doit être exécuté par une JVM
? Cette JVM n’existe pas ; elle est simulée par le programme java qui interprète le bytecode :
? lit les instructions (en bytecode) du programme .class,
? les traduit dans le langage natif du processeur de l’ordinateur
? lance leur exécution
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Utilité de la JVM
? Du code exécutable Java (fichier .class) peut facilement être transportable d’un ordinateur à l’autre, même s’ils ne possèdent pas le même type de processeur
? Très utile pour exécuter du code récupéré sur le
Web
? Sans cette JVM il faudrait récupérer le code source et le recompiler (opération lourde si le programme contient beaucoup de code)
page 84
Langages compilés ou interprétés
Java est un langage compilé : un programme Java doit être traduit en entier par un compilateur avant d’être exécuté
?Des langages n’ont pas d’étape de compilation ; on les appelle des langages interprétés
?Le code source est interprété pendant l’exécution par un interpréteur
Richard Grin Bases de la programmation page 85
Langages interprétés
L’interpréteur est présent pendant l’exécution
? Il lit d’abord une instruction, puis la traduit dans le langage du processeur pour la faire exécuter
? Il lit ensuite l’instruction suivante pour la traduire et la faire exécuter et ainsi de suite…
? Comme un interprète qui traduit un discours au fur et à mesure qu’il est prononcé
Richard Grin Bases de la programmation page 86
Avantages et inconvénients de la compilation
? Les langages interprétés sont souvent plus souples mais moins sûrs que les langages compilés
? En effet, un grand nombre d’erreurs de programmation peuvent être détectées dans l’étape de la compilation, ce qui évite des erreurs
pendant l’exécution
? L’exécution avec un langage interprété est sont souvent moins rapide, car elle est ralentie par la traduction pendant l’exécution
Richard Grin Bases de la programmation page 87
Erreurs détectées à la compilation (1)
? La compilation vérifie que les instructions du programme ont bien un sens (en accord avec la
définition du langage utilisé) ; elle vérifie la syntaxe du programme
? Par exemple, le compilateur indiquera une erreur s’il manque un « ; » à la fin d’une instruction
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Erreurs détectées à la compilation (2)
? Le compilateur vérifie aussi que le type des expressions est correct ; par exemple, l’instruction suivante provoquera une erreur à la compilation : int x = "La valeur est " + y;
? Le code exécutable ne sera produit que si le code source ne contient aucune erreur (de syntaxe ou de typage)
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Erreurs à l’exécution
Le compilateur ne peut pas tout vérifier ; il vérifie que le programme a un sens mais il ne peut pas vérifier que ce sens est bien celui que le programmeur voulait lui donner
? L’exécution du programme peut donc ne pas donner le résultat prévu
? Des erreurs peuvent même empêcher le programme de fonctionner, par exemple si une valeur saisie par l’utilisateur provoque le calcul de la racine carrée d’un nombre négatif
Richard Grin Bases de la programmation page 91
Votre environnement de développement
? Éditeur de texte pour taper le code source (emacs ou un autre, mais avec indentation automatique en java) ; il doit fournir du texte pur, pas du texte formaté comme le fait Word
? Compilateur pour transformer le code source en bytecode (javac)
? Interpréteur de bytecode pour exécuter le programme
(java)
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Tests
Il est difficile d’écrire un grand nombre de lignes correctement du premier coup
? Des méthodes de programmation donnent des recettes pour éviter au maximum les erreurs mais l’écriture de tests est indispensable pour éliminer
le plus d’erreurs possibles avant l’utilisation en production du code
Richard Grin Bases de la programmation page 92
Utilisation d’une constante
Le programme ne pourra la modifier
? PI = PI + 1.2;
provoquera une erreur à la compilation
Richard Grin Bases de la programmation page 97
Avantages de la déclaration d’une constante
? Le nom de la constante et les éventuels commentaires documentent la valeur
? Il est facile de changer la valeur en ne modifiant qu’une seule instruction
Richard Grin Bases de la programmation page 99
Visibilité d’une constante
Si la définition de la constante est précédée de private, elle n’est utilisable que dans la classe
? Si elle est précédée de public, la constante est utilisable en dehors de la classe, en préfixant son nom par le nom de la classe ; par exemple : x = 2 * ;
Richard Grin Bases de la programmation page 98
