Introduction au langage C formation pdf gratuit

Introduction au langage C - Cours 1

Girardot/Roelens

Septembre 2012

Introduction au langage C - Cours 1 - Septembre 2012 Girardot/Roelens - Ecole des Mines de Saint-Etienne, 158 cours Fauriel, 42023 Saint-Etienne, France

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Présentation du cours Le contenu          2/38 Le contenu

Première partie du cours Langages et Concepts de Programmation

 concepts élémentaires de la programmation

 une introduction au langage C

 une introduction à l’algorithmique

 une introduction à l’utilisation des ordinateurs

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                                                            Présentation du cours            La forme

La forme

 un élève par poste (demi-promo)

 période « bloquée » intensive

 7 séances : 1h30 de cours, 1h30 de TP

 1 mini-projet : 4h30 le dernier jour

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                                                            Présentation du cours             Les documents

Les documents

 polycopié (contenant les sujets des TP)

 copie des transparents (prise de notes)

 corrigé d’exercices et de projets antérieurs

 site web :

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Présentation du cours Les intervenants 5/38 Les intervenants

 Marc Roelens, responsable du cours

 enseignants-chercheurs et doctorants en informatique (Institut Henri Fayol)

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                                                            Présentation du cours              Contrôle des connaissances

Contrôle des connaissances

 Évaluation du projet

 travail individuel

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                                                          Structure de l’ordinateur            Architecture

Structure de l’ordinateur

L’architecture de Von Neumann

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                                                          Structure de l’ordinateur            Processeur

Processeur

Processeur, ou unité centrale, ou CPU

(Central Principal Unit)

 Unité de commande

 transfert des instructions depuis la mémoire

 décodage et exécution des instructions

 Registres

 mémoires très rapides situées dans l’UC

 registres adresses : désignent un élément de la mémoire

 registres données : représentent une valeur

 registres d’état : représentent une partie de « l’état » du processeur

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                                                                           Structure de l’ordinateur            Processeur                                                                                     9/38

 Unité arithmétique et logique

 décodage des fonctions

 opère sur les registres

 opérations arithmétiques de base : + ?_,×_,÷

 opérations logiques, décalages : ???

 Performances

 liées à la fréquence d’horloge et à la nature du processeur

 mesurées en MIPS, Millions of Instructions Per Second

 . . .ou en MFLOPS, Millions of Floating point Operations Per Second

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                                                          Structure de l’ordinateur           Mémoire

Mémoire

Cases numérotées

 taille standard d’une case : 8 bits (octets)

 toute valeur écrite dans une case persiste tant qu’elle n’est pas modifiée (et que la machine fonctionne)

 on appelle adresse le numéro de la case

Contenu

 instructions du programme

 données du programme

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                                                          Structure de l’ordinateur           Instructions                                                                                  11/38

Instructions du processeur

Langage machine : l’ensemble des instructions acceptées par un processeur donné

 Chaque processeur a son propre langage machine Caractéristiques communes :

 instructions conservées en mémoire centrale

 composées d’un « code opération », de désignation de registres et/ou d’adresses en mémoire

 représentées par des nombres, tenant sur 1, 2, 4. . . 8 octets

 exécutées en séquence, sauf instructions « de saut »  transferts entre les registres et la mémoire centrale

 opérations arithmétiques et logiques sur les registres

 tests et positionnement des registres d’état

 commandes des périphériques

 instructions de « saut », conditionnel ou non

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                                                          Structure de l’ordinateur            Assembleur                                                                                  12/38

Le langage d’assemblage

Une représentation « lisible » des instructions de la machine

 les codes opérations et les registres sont représentés par des mnémoniques

 l’assembleur permet d’associer des « étiquettes » symboliques à des adresses en mémoire

 un logiciel spécialisé (« assembleur ») traduit les instructions d’assemblage en langage machine.

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                                                                           Structure de l’ordinateur            Assembleur

Exemple (assembleur 68000) :

move.l 4(a7),d0 sub.l 8(a7),d0 bvc.s suite or.l #1,ovfl(a5)

suite : rts

Format typique : étiquette optionnelle, code instruction, opérandes éventuels

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                                                          Structure de l’ordinateur            Données

Représentation des données

Objets manipulés par les programmes

 objets « élémentaires » : nombres, caractères  nombres entiers, représentés par 1, 2, 4, ou 8 octets

 nombres flottants, représentés par 4, 8 ou 16 octets  caractères :

 code ASCII (128 caractères, 1 caractère = 1 octet)

 code(s) ISO (256 caractères, 1 caractère = 1 octet)

 code UNICODE (tous les caractères du monde, 1 caractère = 2 ou octets)

 objets « complexes » : convention d’assemblage des objets élémentaires

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                                                          Structure de l’ordinateur            Données

Le code ASCII

Lecture : A a pour code binaire 100 0001, soit en décimal 65

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Structure de l’ordinateur Fichiers               16/38 Mémoire secondaire

Mémoire vive :

 les données disparaissent lorsque le courant est coupé

 ne peut stocker la totalité des données utilisées par un ordinateur Mémoire secondaire :

 utilise des supports pérennes (plusieurs années) ;

 taille d’un ordre de magnitude supérieure à la taille de la mémoire vive

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Structure de l’ordinateur             Fichiers             17/38 Fichiers

Systèmes de fichiers

 plaquer une organisation « logique » sur l’espace physique disponible

 permettre un adressage symbolique (par nom) à des groupes de données : les fichiers

 fournir un index des fichiers disponibles

 gérer des informations supplémentaires (date de dernière modification, possesseur, droits d’accès. . . )

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                                                                  Structure de l’ordinateur           Fichiers                                                                                 18/38

 organiser les fichiers sous forme hiérarchique (arborescence) qui en permet la classification

 fichiers spécialisés : les répertoires (descriptions de fichiers et de répertoires)

 autres fichiers « banalisés » : pour le système, un fichier est un (gros) tas d’octets

 les fichiers sont souvent désignés par un nom comportant un suffixe spécifique, dit « extension », qui permet d’en deviner la nature : toto.c, . . . c:\durant\coursc\toto.c /users/durant/coursc/toto.c

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Utilisation des ordinateurs Système                        19/38 Utilisation des ordinateurs

L’ordinateur nu est totalement inexploitable

Un ordinateur dispose d’un mécanisme d’initialisation, qui permet de charger un programme particulier, le système d’exploitation

Le système d’exploitation gère pour l’utilisateur les ressources de la machine et en assure une vision « conviviale »

Il existe de multiples systèmes d’exploitation, aux finalités assez voisines

 Windows (différentes versions)

 UNIX (porté sur la totalité des machines)

 Linux (un UNIX écrit spécifiquement pour les PC)

 Mac-OS (spécifique aux Macintosh)

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Utilisation des ordinateurs                   Compilation      20/38 Compilation

 le langage machine est complexe, difficile à maîtriser, dépendant de la machine

 on construit les programmes dans des langages plus réguliers, de haut niveau, que l’on transforme en langage machine

 compilation : le processus qui transforme un programme écrit dans un langage de haut niveau en un ensemble d’instructions exécutables par la machine

 compilateur : le programme qui effectue le processus de compilation

 ex : gcc pour le langage C

 les objets manipulés par le compilateur sont des fichiers :

 texte source, représenté en ASCII, « lisible »

 texte exécutable, représenté dans un format propre au système d’exploitation

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                                                        Utilisation des ordinateurs             Création d’un programme

Création d’un programme

Le processus de création d’un programme consiste à :

 se placer dans une fenêtre de commandes

 ^{Linux : Terminaux}?XTerm

 créer un fichier contenant le texte du programme source en langage de haut niveau, au moyen d’un éditeur de texte

 Linux : Gedit, Kwrite, voire vi, vim, emacs

 compiler le programme au moyen du compilateur adéquat

 Linux : gcc pour le langage C

 lancer l’exécution du programme exécutable

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                                                        Utilisation des ordinateurs            Commandes

Fenêtre de commande

XTerm Linux

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                                                        Utilisation des ordinateurs            Commandes                                                                                 23/38

Fenêtre de commandes

 permet des interactions en mode ligne

 la commande est lancée par la saisie au clavier d’une ligne de texte terminée par la touche Entrée

 les informations fournies à la commande sont saisies sous forme de lignes de texte terminées par la touche Entrée

 les informations fournies par la commande sont affichées dans le terminal sous forme de lignes de texte terminées par un saut de ligne

 pas d’utilisation de la souris

 permet d’écrire facilement des petits programmes de commandes

(scripts)

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                                                        Utilisation des ordinateurs            Commandes

Fenêtre de commandes (2)

Quelques commandes :

exit interrompre l’interaction

pwd position du répertoire courant ls liste des fichiers du répertoire courant

. représente le répertoire courant

.. est la racine du répertoire (« monter » d’un niveau)

/ est la racine du système (niveau le plus haut) cd changement de répertoire

[tp] cd ../durand/cours

[tp] cd [tp] ls foo.c toto.c

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                                                        Utilisation des ordinateurs            Commandes

Fenêtre de commandes (3)

Interactions en mode ligne cp nom1 nom2 recopier un fichier

[tp] cp prog2.c ../durand

rm nom supprimer un fichier

mv nom1 nom2 renommer ou déplacer « nom1 »

mkdir nom créer un nouveau répertoire

rmdir nom supprimer un répertoire

[tp] mv toto.c truc.c

toto exécuter le programme toto

[tp] toto

[tp] gcc -o titi titi.c

./toto exécuter le programme toto

[tp] ./toto

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                                                        Utilisation des ordinateurs            Édition d’un programme

Fenêtre d’édition

Fenêtre GEdit

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                                                                    Programmation           Premier exemple

Un premier exemple

Le programme Hello world

/* Premier programme */ #include <stdio.h>

int main(int argc, char * argv [])

{ printf("hello world\n");

return 0;

}

Son exécution

[P]$ gcc -Wall -ansi -pedantic prog1.c -o prog1

[P]$ ./prog1 hello world [P]$

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Programmation   Éléments de C   28/38 Éléments de C (1)

Format d’un programme

 format des instructions : libre

 blancs et tabulations utilisés pour rendre lisible le programme

 commentaires : placés entre /* et */

 cas particuliers

 les « commandes » pour le pré-processeur (débutant par #) doivent être sur une ligne unique

 le programme doit se terminer par un saut de ligne (oublié par certains éditeurs de texte)

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                                                                    Programmation           Éléments de C

Éléments de C (2)

Chaîne de caractères : "hello world\n"

 c’est une donnée du langage (constante)

 représentée par une suite de caractères, placée entre « double quotes », "

 le caractère « back-slash » \ permet de représenter des caractères particuliers :

 \n : un passage à la ligne

 \t : une tabulation horizontale

 \" : une double quote

 \\ : un « back-slash »

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                                                                    Programmation           Éléments de C

Éléments de C (3)

Impression de résultats

 procédure du système printf

 nécessite l’inclusion de stdio.h

 premier élément : un format sous forme d’une chaîne de caractères

 autres éléments : les valeurs à imprimer

 fonctionnement :

 les caractères du format sont recopiés en sortie

 le caractère % introduit l’impression d’une valeur

 le type de la valeur est défini par le caractère qui suit le %

 d : un nombre « décimal » (un int)

 f : un nombre « flottant » (un float)

 la séquence \n provoque un passage à la ligne

Exemple

int A=3, B=17;

printf("A = %d\nB = %d\n",A,B);

imprime

A  = 3

B  = 17

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                                                                    Programmation            Un second exemple

Un second exemple

Calcul de la surface d’un disque de diamètre donné

S

Programme

/* Surface d’un disque */ #include <stdio.h>

int main(int argc, char * argv [])

{

float diametre=12.25,surface; float pi=3.1415926535;

surface=pi*(diametre/2)*(diametre/2); printf("La surf. du disque de diam. %f est %f\n", diametre,surface); return 0;

}

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                                                                    Programmation          Variables                                                                                      32/38

Variables

 représentent les données du programme

 désignées par un nom dont le premier caractère est alphabétique :

{A-Z,a-z,_}, les suivants sont alphanumériques : {A-Z,a-z,0-9,_}

 ont un type : pour l’instant, int ou float Valeurs numériques ou « constantes »

 nombres « entiers » ou « flottants »

 entiers : 0 72451 -200

 flottants : 0.0 127.0 -0.246 -1.25e8 1e-17

Déclarations

 toute variable doit être déclarée

 une déclaration consiste en un type suivi d’une ou plusieurs variables

 à une variable peut être associée une valeur initiale  exemple :

int toto, titi=245, tutu; float facteur=6.55957;

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                                                                    Programmation          Types

Quelques types en C

sizeof(char) ? sizeof(short) ? sizeof(int) ? sizeof(long) sizeof(float) ? sizeof(double)

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Programmation   Expressions       34/38 Expressions

Une expression permet de calculer une valeur dans le programme

 constante (valeur = valeur de la constante)

 nom d’une variable (valeur = contenu à cet instant de la variable)

 expression arithmétique

 opérandes : expressions

 opérateurs : + - * / %

 priorité des opérateurs :

moins unairesoustraction  multiplication, division et modulo  addition et

 ordre d’évaluation de gauche à droite pour une même priorité

 parenthèses : modifient l’ordre des opérations

 type homogène : entier ou flottant

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Programmation   Expressions       35/38 Expressions (2)

Expression d’affectation

 syntaxe : « variable » = « expression » ;

 types de la variable et de l’expression homogènes (ou conversion implicite)

 valeur : valeur de l’expression

 effet : enregistre la valeur de l’expression dans la variable

 ordre d’évaluation : de droite à gauche e = a = (b=3)+(c=(d=4)+2)

d prend la valeur 4, c prend la valeur 6, b prend la valeur 3, a prend la valeur 9, e prend la valeur 9, la valeur globale de l’expression est 9

Une expression suivie d’un point-virgule est une instruction du programme 24+a; a=3;

La première instruction est syntaxiquement correcte, mais ne fait rien (avertissement du compilateur)

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                                                                    Programmation           Synthèse

Synthèse : éléments de C

 les inclusions du préprocesseur

#include <stdio.h>

 les déclarations de variables

int toto; int titi=530; float facteur=6.55957;

 la procédure main int main(int argc, char * argv [])

{

« instructions »

}

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                                                                    Programmation           Synthèse

Expressions et instructions

Expressions :

 valeurs de variables

 expressions arithmétiques

 expressions d’affectation Instructions :

 affectation : « variable » = « expression »;  impression :

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                                                                    Programmation           Synthèse

Développement en C

Écriture des programmes

 travailler dans un répertoire spécifique

 utiliser un éditeur de texte (gedit, kedit, vi, emacs. . . )

 respecter les conventions (toto.ctoto.h. . . )

Compilation

$ gcc -ansi -pedantic -Wall -o toto toto.c

Exécution, mise au point

$ toto

$ ./toto

 interruption d’un programme par Control-c

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