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1 UCA Introduction au Langage C++. 1 ère Partie : Les Bases. Département de phy

1 UCA Introduction au Langage C++. 1 ère Partie : Les Bases. Département de physique Année 2018 Introduction au langage C++. Module Informatique. Filière SMP. Semestre 4 1 Introduction 1.1 Objectifs du module Informatique : Programmation C++. De manière générale, le module informatique est là pour, apporter un complément de formation, dans le cursus des étudiants de la filière sciences physiques en matière de techniques calculatoires. Notamment en introduisant un outil indispensable pour la simulation, la modélisation, le traitement des données, l’application des méthodes numériques etc. Cet outil est le langage de programmation C++. Mais, au-delà du langage en lui-même, ce sont les bases de la programmation qui sont ciblées ; ainsi que l’acquisition des techniques algorithmiques qui les accompagnes. Dans la réforme précédente le langage étudié était le langage C. Cette transition vers le C++, permet d’élargir cette base de programmation, en y ajoutant d’autres concepts, en l’occurrence la programmation orientée objet. Le langage C++ est un langage compilé, il permet d’appréhender la programmation moderne ; structurée et orientée objet. Théoriquement, le langage C++ englobe le langage C. L’étudiant ayant acquis les bases du C++ devrait pouvoir migrer, moyennant un petit effort, vers d’autres langages comme : Java, C#, Visual Basic, Python par exemple, Qui sont des langages orientés objets (POO). Comme il pourrait de la même façon aller vers : C, Fortran etc. qui sont eux dans la catégorie des langages structurés. Une autre catégorie de langages, celle des langages interprétés, très pratiques pour l’analyse des données, comme Matlab, SciLab, IDL, Mathematica etc. lui seront aussi accessibles. 1.2 Un peu d’histoire. Le langage C++ a été développé par Bjarne Stroustrup au cours des années 1980. L’objectif était d’améliorer le C en y ajoutant l’approche Orientée objets. Le C++ garderait toutes les fonctionnalités du C. Il combinerait donc toutes les possibilités de la programmation « classique » en y ajoutant la puissance de l’approche objet. Le choix du nom C++ fait référence au symbole d'incrémentation ++ du langage C, afin de signaler qu'il s'agit d'un langage C amélioré (C++ équivaut à C+1). Quant au langage C, il a été créé en 1972 par Denis Ritchie avec un objectif relativement limité : « écrire un système d’exploitation UNIX ». Mais ses qualités opérationnelles ont fait qu’il soit vite adopté par une large communauté de programmeurs. Une définition rigoureuse du langage a été réalisée en 1978 par Kernighan et Ritchie avec la publication de leur ouvrage « The C programming language ». 1.3 Avant de commencer On souhaite attirer l’attention de l’étudiant sur un point très important pour lui éviter beaucoup de déceptions par la suite. Comme cela a été dit, et bien dit, par d’autres, on se contentera de citer Patrick Trau, « le langage C++ », Université de Strasbourg : « Un ordinateur est une machine bête, ne sachant qu’obéir, et à très peu de choses : – Addition, soustraction, multiplication en binaire, uniquement sur des entiers. – Sortir un résultat ou lire une valeur binaire (dans une mémoire par exemple). – Comparer des nombres. Sa puissance vient du fait qu’il peut être Programmé, c'est-à-dire que l’on peut lui donner, à l’avance, la séquence (la suite ordonnée) des ordres à effectuer l’un après l’autre. Ces ordres codés en binaire sont sauvés dans un fichier nommé « exécutable » (.exe sous Windows). Le grand avantage de l’ordinateur est sa rapidité. Par contre c’est le programmeur qui doit TOUT faire. » 2 Premier programme. Pour entamer l’étude du langage, beaucoup d’auteurs choisissent de présenter de manière très simple un premier programme dont l’objectif est d’afficher la phrase « Hello, world !». Ce programme est devenu par la suite très répandu. La finalité est que si vous êtes capable d’écrire, de compiler et d’exécuter ce programme, alors vous pouvez élaborer d’autres programmes en suivant ce même modèle. Ce premier programme C++ est le suivant : 1 #include<iostream> 2 3 int main() 4 { 5 std::cout << "Hello, World !" ; 6 7 return (0); 8 } Le lancement de ce programme dépendra de l’environnement utilisé : Windows, Unix, Mac OS ou autre. Dans notre cas, nous allons utiliser l’environnement Windows. Nous allons décrire les transformations successives que doit subir ce programme, depuis sa forme texte, jusqu’au résultat final. On distingue 3 étapes principales : l’édition de texte, la compilation et enfin l’exécution. 2.1 Edition On dit éditer le programme, c'est-à-dire l’écrire. Pour cela, il existe beaucoup d’éditeurs de texte qui permettent de le faire. Même document texte de Windows : « Bloc-notes » peut suffire. Une fois édité, on obtient un fichier, qu’on appellera fichier source. En principe il doit porter l’extension "*.cpp". A titre d’exemple on peut l’appeler "premier.cpp". 2.2 Compilation "premier.cpp" est l’expression en langage humain du programme. On se doute que la machine, c’est à dire l’ordinateur, ne va pas comprendre cette forme de langage, et par conséquent il va falloir lui faire la traduction dans son propre langage, c'est-à-dire le langage machine. C’est là le rôle du compilateur, compiler en anglais. Le compilateur est un super programme qui se charge de traduire en langage machine, ce que vous écrivez en langage humain. Un compilateur du langage C++, va faire cette traduction dans le respect règles d’écriture du langage. Si le compilateur ne rencontre aucun problème il produit un nouveau fichier qui correspond à la forme machine du programme "premier.cpp". En principe l’extension de ce fichier est "*.exe", dans notre cas ce sera : "premier.exe". Dans la réalité, la compilation est constituée de trois étapes :  La pré compilation.  La compilation.  L’édition des liens On les schématise dans le diagramme suivant : Dans les paragraphes ci-après, on aura l’occasion de dire quelques mots à propos de ces différentes étapes. Pour l’instant, la « compilation » se résume à la transformation d’un fichier source sous forme d’un fichier texte : premier.cpp, en un fichier cible sous forme binaire : premier.exe. La compilation en soit, est réalisée via une commande, formulée au sein du système d’exploitation utilisé : Windows, Linux etc. Elle diffère légèrement d’un système à un autre. Mais, de manière générale, elle ressemblera à ceci : Compilateur [options] Fichier_Source [options] Fichier_Cible Par exemple : mingw32-g++ premier.cpp premier.exe Dans cette commande : "premier.cpp" "premier.exe" Pré compilation Compilation Edition de liens Exécutable Précompilation Compilation Edition des Liens Fichier Source C++ Source Intermédiaire Objet Autre Source C++ Source Intermédiaire Objet Autres Objets  mingw32-g++ est le super programme ou le compilateur.  premier.cpp est le programme qu’on veut compiler.  premier.exe est le nom qu’on souhaite donner à l’exécutable issu de la compilation. Il reste à préciser qu’il existe plusieurs compilateurs. Certains sont dans le domaine publique, donc gratuits et d’autres sont commerciaux, donc payants. 2.3 L’exécution La dernière étape est le lancement du programme. On dit aussi l’exécution du programme. C’est une commande. A partir du système d’exploitation, on "lance" le fichier binaire "premier.exe". Les instructions contenues dans le programme initial sont exécutées. On obtient enfin le résultat cherché. 2.4 Les environnements de développement intégré (EDI). EDI en français ou IDE en anglais (Integrated development environment) sont des applications fort utiles, puisqu’elles regroupent dans un même espace les taches décrites ci-dessus : à savoir l’édition, la compilation et l’exécution. 2.4.1 Aperçu. L’EDI que nous utilisons en salle de TP et Code::Blocks : dont voici une capture d’écran. 2.4.2 Edition. L’EDI contient une zone d’édition de texte, on peut y éditer le code source du programme "premier.cpp". 2.4.3 Compilation et exécution. Une série d’icones, qui sont des raccourcis, servent pour la compilation et l’exécution du fichier édité. On laissera la découverte des autres détails sur la manipulation de cet environnement aux séances de travaux pratiques. On évoquera juste le résultat de l’exécution du programme ‘premier.exe’ : C’est l’affichage d’un message. Il est obtenu dans une fenêtre séparée : la console, elle a l’aspect suivant : 2.5 Eléments constitutifs du premier programme. Reprenons le programme premier.cpp. Les éléments qui le composent, sont : 2.5.1 #include<iostream> Située en entête du fichier, elle demande d’inclure la librairie standard iostream. En C++, certains aspects, comme les entrées/sorties, font partie de la librairie standard, et non du noyau du langage lui-même. Cette distinction est importante parce que le noyau du langage est disponible pour tout programme C++ sans aucune autre formalité, mais pour les parties située dans la librairie standard, on doit explicitement en demander l’inclusion dans le programme. #include<iostream> est une directive de pré compilation. Elle intervient avant la compilation. Un « fichier » constituant la librairie standard iostream sera ajouté au fichier source avant même l’étape de compilation. 2.5.2 La fonction principale : main Située après l’entête du fichier, une fonction est une partie du programme portant un nom. Toute autre partie du programme peut l’appeler et entrainer son exécution. std::cout << "Hello, World !"; return (0); #include<iostream> int main( ) Entête Fonction Principale Implémentation Tout programme C++ doit contenir une fonction portant le nom main. C’est la fonction principale. Quand on demande à exécuter un programme, c’est cette fonction qui est uploads/Industriel/ cours-partie1.pdf