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Documentation de cours JAVA : les sous programmes


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Documentation de cours JAVA : les sous programmes   

historique: sous-programmes, séparation code/données

Un des premier moyens introduits pour structurer les codes a été la mise en place de routines.

En un point du programme se trouve un code appelé depuis différ



ents endroits. Ce code correspond à un service précis.

En cas d’erreur ou de modification seul cette routine sera modifiée : elle centralise la gestion d’un problème élémentaire.

Par ailleurs dans “l’image” binaire de l’application les données sont regroupées dans des endroits précis (distincts du code). Un “sous-programme” pourra soit partager les données qu’il accède avec d’autres parties du programme, soit réserver des données à son usage exclusif. Les compilateurs de langages évolués gèrent ces accès de manière transparente pour le programmeur.

historique: types simples

Un des avantages des langages de haut-niveau est de libérer le programmeur des contraintes de gestion du bas niveau des données: tel octet en mémoire doit-il être interprété comme représentant un caractère ou bien un nombre “court” représenté sur un octet? Ce nombre est-il signé ou non? etc.

En “typant” les variables on gère leur allocation (tel type de nombre est implicitement sur 4 octets, etc.) et leur interprétation. Selon les langages, on peut permettre de vérifier au moment de la compilation que les opérations qui utilisent ces données sont licites (par ex. telle fonction ne peut prendre qu’un caractère en paramètre, pas un nombre “flottant”).

En COBOL zone élémentaire

01 zone-elementaire PIC 9(6)

* numerique entier de 6 caracteres usage “display”

01 zone-entiere PIC 9(6) COMP

* usage binaire dependant machine

En C ;

int valeur ; /* “mot memoire” */

double solde ; /* en virgule flottante */

Le compilateur qui transforme le code “lisible” par un être humain en code machine, génère un code tel qu’au moment de l’exécution un emplacement mémoire particulier soit réservé pour le stockage de la variable. Il y a plusieurs manières d’allouer ces emplacements en mémoire:

  • Les variables dont le type et le nombre sont connus au moment de la compilation sont allouées statiquement (d’où le nom: données statiques). En réalité il y a aussi un autre mode d’allocation (dit automatique) que nous verrons ultérieurement.
  • Il y a des variables pour lesquelles on ne connaît pas à l’avance le nombre (on sait qu’on aura besoin de N valeurs mais N n’est pas connu au moment de la compilation). Ces variables seront allouées au moment de l’exécution dans le tas : c’est une partie de la mémoire gérée par l’exécution et dans laquelle on alloue (et on désalloue) des emplacements au fur et à mesure des besoins.

historique: types composites

Une évolution de la notion de type a été de gérer en même temps un regroupement de données (structure, enregistrement,...).

Ce sont des types définis par le programmeur.

Ils ont un aspect conceptuel et un aspect intéressant la gestion de mémoire:

  • aspect conceptuel : on regroupe un ensemble de données qui concourent à une même définition. Un type “compte” est défini par un numéro de compte et un solde
  • aspect physique : les données sont des blocs contigus en mémoire et peuvent être gérés globalement (par ex. dans certaines utilisations des fichiers à accès direct tous les blocs ont la même taille et on peut facilement accéder au Nième élément).

En COBOL

01 zone-compte

05 numero-compte PIC 9(6)

05 solde-compte PIC 9(10)V9(2)

...

* modification dans la procedure division

MOVE zone-entiere TO numero-compte

MOVE zone-flottante TO solde-compte

* le nom des zones elementaire doit être unique

*on les designe sans faire reference a la zone englobante

* voir syntaxe en langage C ci-dessous

En C

struct compte {

int numero;

double solde ; } ;

struct compte unCompte ;/* déclaration de variable */ unCompte.numero = 10 ; unCompte.solde = 0.10 ;

historique: données d’un sous-programme

Un sous-programme est susceptible d’utiliser :

  • Des données statiques “communes”
  • Des données statiques “privées”
  • Des arguments d’appel: c’est à dire des données qui lui sont passées par le programme d’appel pour paramétrer son comportement.
  • Un résultat: c’est à dire des données qui sont récupérées par le progamme appelant comme résultat de l’exécution du sous-programme.
  • Des données propres à chaque invocation du sous-programme.

Paramètres, résultat et données locales sont alloués dans la pile d’exécution (voir ci-après) leur valeur est temporaire (les données locales sont, en général, valides uniquement pendant la durée d’exécution du sous-programme)

historique: modèle des appels de fonction

Pour modéliser les appels de sous-programme on a fait souvent appel à un modèle fonctionnel.

On définit une fonction qui prend un certain nombre de paramètres typés et qui rend un résultat. Dans de nombreux langages c’est l’ordre des paramètres qui permet de les distinguer: il y a un nom utilisé dans la définition de la fonction pour les variables passées en paramètres, mais ce nom n’est pas utilisé par le programme appelant.

/* en C */

resultat = annuite(valeur_courante, 120, 5.6) ;

On retrouve dans ce modèle d’organisation le souci d’isolation exprimé précédemment: la fonction a sa vision propre de l’environnement (les paramètres “formels”), a ses propres variables (inconnues de l’extérieur), et rend à l’environnement d’appel un résultat d’un type bien défini.

Dans les cas les plus “purs” la fonction doit s’interdire de modifier des variables de son environnement (elle devient plus indépendante du contexte) et doit s’interdire de modifier ses paramètres d’appel -quand c’est possible-.

historique: modèle des appels de fonction

Au modèle conceptuel des fonctions est associé un modèle physique de l’organisation de la mémoire: la pile des appels.

Cette organisation permet en outre d’avoir des langages dans lesquels le code des fonctions peut être réentrant: l’autonomie de la fonction permet de la rappeler dans des contextes différents et, éventuellement, plusieurs appels peuvent avoir lieu en même temps (cas de tâches qui s’exécutent en parallèle sur plusieurs piles différentes) ou successivement dans la pile (récursivité: la fonction s’appelle elle même).

function Fact(n: integer): integer; (*en Pascal: supposer n>0*)

var res: integer;

begin

if n <= 1 then

res := 1

else

res := n * Fact(n-1);

Fact := res ; (*le resultat de la fonction *)

end;

historique: modules

MODULE finances DONNEES PRIVEES

valeur : type ;

FONCTIONS PRIVEES

fonctionG () {

}

DONNEES PUBLIQUES

FONCTIONS PUBLIQUES

fonctionF (){

...

...

}

MODULE finances.swap

fonctionPublique(){ ....

}

 historique: modules

Les décompositions successives des systèmes en sous-systèmes va amener une multiplication des fonctions. Il est intéressant de ne pas laisser toutes ces fonctions à un niveau global mais de les hiérarchiser: telle fonction “calcul(x)” a un sens bien précis dans un certain contexte mais pas dans un autre (par exemple dans une grosse application il peut exister deux fonctions “calcul(x)” avec un sens différent et développées par deux équipes différentes).

  • Si ces deux fonctions existent dans des “espaces” différents,
  • Si on s’organise pour qu’il n’y ait pas ambiguité au moment de l’appel,
  • Ou si on fait en sorte qu’elles ne puissent être appelées que dans le même contexte où elles ont leur sens primitif, on a mis en place une architecture modulaire.

Certains langages favorisent la création de modules qui regroupent des fonctions, des variables partagées par ces fonctions et qui n’exposent à l’extérieur qu’un petit nombre de points d’entrée.

On a ainsi:

  • Une décomposition en une hiérarchie de modules, les modules étant découpés en fonctions .
  • Une encapsulation : les données partagées sont internes aux modules et on ne peut pas les modifier de “l’extérieur” d’une manière incontrolée.
  • Une minimisation des accès: les points d’entrée sont peu nombreux. Beaucoup de fonctions sont reservées à l’usage exclusif du module.
  • Des contrôles a priori sur les types des données, et sur les services des modules: si il appelle “calcul(x)” le programmeur doit préciser le module choisi pour lui rendre ce service (si ce module ne connait pas de fonction “calcul(x)” le compilateur refuse le code).

limites de la décomposition fonctionnelle

La décomposition descendante conduit à une multiplication des points d’entrée dans les modules. Ceci est contraire à l’exigence de minimisation des interfaces.

Par ailleurs l’arbre des dépendances fait en sorte que lorsque l’on définit un service, celui est défini dans le contexte étroit d’un sous-sytème particulier: il devient difficile de le réutiliser dans un autre contexte.

L’approche par “objets” va permettre de déléguer les interfaces d’accès à un sous-système, de concilier encapsulation et minimisation des interfaces. La réutilisation va être facilitée car ce sous-système acquiert une certaine autonomie.

 L’approche “objet” : délégation des interfaces d’accès

  • Sur une demande de compte le code gestionnaire de compte rend un objet instance de la classe “Compte”:

c’est le “compte de Mr X” il contient des informations spécifiques à ce compte et il est structuré selon le modèle décrit par la définition commune à tous les comptes (définition de classe).

  • Le “guichet” interroge directement CE “compte” particulier. Le “guichet” et le “gestionnaire de compte” n’ont pas les même droits sur cette instance.
  • Le point de vue de programmation est différent: on demande des services à des instances (on parle d’envoi de messages). On ne définit plus un service en terme de fonction - ouvrir(porte) ¬ mais en terme de message -sesame.ouvretoi()-.

 L’approche “objet” : classes, instances, attributs, méthodes

L’approche “objet” : classes, instances, attributs, méthodes

Définir une classe c’est définir une matrice à partir de laquelle seront fabriqués différents “objets” programmatiques (les instances de la classe).

La définition d’une classe consiste à décrire un ensemble de services. La réalisation de ces services (les méthodes de la classe) s’appuie accessoirement sur des données (les attributs de la classe)

Si une classe “Compte” dispose d’attributs “identifiantCompte” et “solde”, la création d’un Compte (comme compteDurand) consistera à générer une combinaison particulière de ces valeurs (l’attribut identifantCompte vaut 26852525001, et l’attribut solde vaut -200)

L’appel de la méthode versement sur l’instance compteDurand modifiera son état interne (la valeur de solde devient 0).

Pour simplifier on pourrait dire que réaliser un programme dans un langage à objets c’est:

  • Définir des modèles (les classes) qui regroupent des données et des comportements
  • Créer des instances conformes à ces modèles et leur demander des services (envoi de message <=> appel de méthode sur une instance).

Si on demande à un “gestionnaire de compte” de nous donner le “compte de MrX” il nous donne l’accès à une instance que l’on pourra interroger (pour demander le solde par ex.). C’est le jeu des références entre instances qui permettra de construire une application complexe.

L’approche “objet” : typage

CLASSE

Compte

identifiantCompte: String solde : Valeur client : Client

versement(montant:Valeur) retrait(montant:Valeur) quelSolde():Valeur dernièresOpérations(): Set(*)Operations

compteDurand :  Compte

// écritures refusées par le compilateur Java  compteDurand.numero // l’attribut “numero” n’existe pas compteDurand.retrait() // argument manquant

// plus difficiles

compteDurand.client = “Durand” // “Durand” est une chaîne

// pas un objet de type Client

compteDurand.retrait(200) // 200 est un entier

// pas un objet de type Valeur

L’approche “objet” : typage

Lorsque l’on programme un envoi de message à un objet particulier il est important de vérifier si cet objet est effectivement capable de rendre ce service. Les variables qui désignent des objets sont typées.

  • Des contrôles de pertinence seront effectués à la compilation et/ou à l’exécution (En Java -langage compilé- on effectue des vérifications de type au moment où on transforme le programme source en exécutable. D’autres vérifications sont effectuées aussi au moment de l’exécution).

Ainsi il sera possible de vérifier que, par exemple , pour une variable qui désigne une instance, les méthodes appelées ont une “signature” correcte (nom, type des paramètres, type des résultats, etc.) et , éventuellement, que les attributs désignés sont corrects (nom, type des attributs).

  • Selon les langages la notion de type ne recouvre pas tout à fait la même réalité : dans certains langages, par exemple, un type est aussi lié à des caractéristiques physiques de la zone mémoire qui représente l’objet (taille, position des données élémentaires qui constituent les attributs, etc.). Ces connotations n’existent pas en Java pour les types “objet”.

L’approche “objet” : encapsulation et visibilité

CLASSE

Compte

+ identifiantCompte: String - solde : Valeur - client : Client

+ versement(montant:Valeur)

+ retrait(montant:Valeur)

+ quelSolde():Valeur

+ dernièresOpérations(): Set(*)Operations

compteDurand :  Compte

//refusé par le compilateur dans un autre code que celui de Compte compteDurand.solde = nouveauSolde // pas droit d’accès

L’approche “objet” : encapsulation et visibilité

Application d’une contrainte de génie logiciel : pour contrôler ce qui se passe dans une instance il faut éviter que les objets relevant d’une autre partie du code soient amenés à connaître (et modifier de manière indue) les données que l’instance utilise en propre.

Certains attributs d’un objet sont destinés à être “privés” : ils ne sont accessibles que par les méthodes liées à l’instance. On pourrait également définir des méthodes “privées” qui ne seraient appelées que par d’autres méthodes de l’instance.

Dans l’exemple de la classe “Compte” si l’attribut “solde” était directement accessible on courrait le risque:

  • de laisser réaliser des programmes qui laissent l’instance dans un état incohérent: on modifie “solde” sans mettre à jour la liste des opérations...
  • d’avoir des difficultés pour faire évoluer l’application: si on décidait, par la suite, de faire en sorte que chaque fois que l’on réalise un opération de modification du solde il faille réaliser une écriture dans un fichier annexe, on serait obligé de rechercher dans le code tous les endroits où cette modification est opérée. Si la modification est centralisée, l’évolution est réalisée immédiatement.

L’approche “objet” : constructeurs

CLASSE

Compte

<<attributs>>

+ identifiantCompte: String - solde : Valeur - client : Client

<<constructeurs>>

+ Compte(id:String , client: Client, depot:Valeur)

<<méthodes>>

+ versement(montant:Valeur)

+ retrait(montant:Valeur)

+ quelSolde():Valeur

+ dernièresOpérations(): Set(*)Operations

compteDurand = new Compte(numero, durand, depotInitial) ;

L’approche “objet” : constructeurs

Une opération particulière permet de créer des instances sur le modèle d’une classe.

Cette opération permet d’allouer la mémoire qui va représenter l’instance et éventuellement d’initialiser certains attributs.

On définit un constructeur qui va permettre de réaliser ces opérations de création /initialisation de l’instance. Le code du constructeur permet d’exploiter des paramètres qui agiront sur l’initialisation d’attributs (et en particulier d’attributs “privés”). Noter qu’il peut y avoir plusieurs constructeurs (dans l’exemple on pourrait avoir un constructeur qui prévoit un dépôt initial, et un qui n’en prévoit pas -le solde est alors à zéro-).

Dans le cadre d’une première approche on peut dire que la définition d’une classe consiste en :

  • la définition des attributs des instances (avec leur type, leur droit d’accès,..)
  • la définition des constructeurs qui permettent de créer les instances
  • la définition des méthodes qui vont pouvoir opérer sur ces instances.

 L’approche “objet”

 AVION “réel” (des centaines de milliers de composants....) et modèles informatiques ....

L’approche “objet”

La définition de classes, la création d’instances et l’invocation de messages entre ces instances permettent de construire des applications basées sur la collaboration entre entités autonomes en termes de données et de traitements.

Par plusieurs aspects cette démarche conduit à des points de vue particuliers sur la programmation. Dans le cadre d’un contexte applicatif on cherche un modèle “utile”. Ce modèle doit être à la fois ciblé et, si possible, réutilisable.

Il y a là une démarche (dont la discussion sort du cadre de ce cours). On cherchera à définir des composants relativement généraux qui pourront être réutilisés dans différentes circonstances liées au “métier”. Ces composants s’affineront au fur et à mesure de l’avancement des projets: les modèles d’objets informatiques pourront s’inspirer de propriétés d’objets du “monde réel” et les filtrer par abstractions successives. Dans certains cas on arrive à concevoir/utiliser des dispositifs purement abstraits: des “modèles structurels” d’organisation (patterns).

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