Chapitre 6 Programmation et langages - Nymphomath.ch · Programmation et langages La deuxième génération est le langage assembleur1: le code devient lisible et compréhensible

Informatique (presque) débranchée Chapitre 6

Chapitre 6

Programmation et langagesLa programmation consiste à créer une séquence d'instructions pour un ordinateur afin qu'il

puisse résoudre un problème ou exécuter une tâche.

À partir de ce chapitre, on supposera que le lecteur maîtrise le langage Python 3.

6.1. Un peu d'histoireEn 1936, la publication de l'article fondateur de la science informatique On Computable

Numbers with an Application to the Entscheidungsproblem, par Alan Mathison Turing, allait donnerle coup d'envoi à la création de l'ordinateur programmable. Il y présente sa machine de Turing, lepremier calculateur universel programmable, et invente les concepts et les termes de programmationet de programme.

En 1948, Konrad Zuse publie un article sur son langage de programmation qu'il a développéentre 1943 et 1945 : le Plankalkül. Zuse le considère comme étant le premier langage de hautniveau.

C'est à partir des années 50 que l'on verra apparaître les premiers langages de programmationmodernes. Voici les créateurs des langages les plus utilisés :

• John Backus, inventeur de Fortran (1954)• John McCarthy, inventeur de LISP (1958) • Grace Hopper, surnommée « la mère du langage COBOL » (1959)• John George Kemeny, concepteur du BASIC (1963)• Dennis Ritchie et Ken Thompson, inventeurs du langage C (1972)• Niklaus Wirth inventeur de Pascal (1970) et Modula-2 (1977)• Bjarne Stroustrup, développeur de C++ (1985) • Guido van Rossum, créateur de Python (1991)• James Gosling et Patrick Naughton, créateurs de Java (1991).

6.1.1. Évolution des langages informatiquesOn distingue aujourd'hui cinq générations de langages.La première génération est le langage machine, ou code machine. On parle aussi de langage

natif. Il est composé d'instructions et de données à traiter codées en binaire. C'est le seul langagequ'un ordinateur peut traiter directement.

Voici à quoi peut ressembler un programme en langage machine :

A1 01 10 03 06 01 12 A3 01 14

Il s'agit de la représentation hexadécimale d'un programme permettant d'additionner les valeursde deux cases mémoire et de stocker le résultat dans une troisième case. On voit immédiatement ladifficulté d'un tel langage...

Didier Müller 6-1 novembre 2014

Programmation et langages

La deuxième génération est le langage assembleur1 : le code devient lisible et compréhensiblepar un plus grand nombre d'initiés. Il existe en fait un langage assembleur par type de processeur.

Le programme précédent écrit en assembleur donnerait ceci :

MOV AX, [0110]ADD AX, [0112]MOV [0114], AX

Il reste utilisé dans le cadre d'optimisations, mais a été supplanté en popularité par les langagesplus accessibles de troisième génération.

La troisième génération utilise une syntaxe proche de l'anglais. Proposés autour de 1960, ceslangages ont permis un gain énorme en lisibilité et en productivité. Ils ne dépendent plus duprocesseur, comme c'était le cas des générations précédentes, mais d'un compilateur2 spécifique duprocesseur. L'idée de portabilité3 des programmes était lancée.

La plupart des langages de programmation actuels sont de troisième génération. On trouve danscette catégorie tous les grands langages : Ada, Algol, Basic, Cobol, Eiffel, Fortran, C, C++, Java,Perl, Pascal, Python, Ruby, ... Cette génération couvre d'ailleurs tant de langages qu'elle estsouvent subdivisée en catégories, selon le paradigme4 particulier des langages.

Les langages de quatrième génération, abrégés L4G, souvent associée à des bases de données,se situent un niveau au-dessus, en intégrant la gestion de l'interface utilisateur5 et en proposant unlangage moins technique, plus proche de la syntaxe naturelle.

Ils sont conçus pour un travail spécifique : gestion de base de données (Microsoft Access, SQL),production graphique (Postscript), création d'interface (4D).

La cinquième génération de langages sont des langages destinés à résoudre des problèmes àl'aide de contraintes, et non d'algorithmes écrits. Ces langages reposent beaucoup sur la logique etsont particulièrement utilisés en intelligence artificielle. Parmi les plus connus, on trouve Prolog,dont voici un exemple :

frère_ou_soeur(X,Y) :- parent(Z,X), parent(Z,Y), X \= Y.parent(X,Y) :- père(X,Y).parent(X,Y) :- mère(X,Y).mère(trude, sally).père(tom, sally).père(tom, erica).père(mike, tom).

Il en résulte que la demande suivante est évaluée comme vraie :

?- frère_ou_soeur(sally, erica). oui.

Ce qui signifie que Sally et Erica sont sœurs. En effet, Sally et Erica ont le même père (Tom).

1 Pour s'initier à l'assembleur : www.commentcamarche.net/contents/asm/assembleur.php3

2 En pratique, un compilateur sert le plus souvent à traduire un code source écrit dans un langage de programmation en un autre langage, habituellement un langage assembleur ou un langage machine. Le premier compilateur, A-0 System, a été écrit en 1951 par Grace Hopper.

3 En informatique, la portabilité d'un programme est caractérisée par sa capacité à fonctionner plus ou moins facilement dans différents environnements d'exécution

4 Voir paragraphe 6.5

5 L'interface utilisateur définit les moyens et outils mis en œuvre pour qu'un humain puisse contrôler et communiquer avec une machine.


http://www.commentcamarche.net/contents/asm/assembleur.php3


Il existe environ 2500 langages de programmation, certains étant très généraux (C, Java),d'autres hyper-spécialisés.Par exemple, RobotProg permet de déplacer un robot virtuel, R est un langage pour la statistique, etc.

Par comparaison, une majorité de spécialistes s'accordent sur le chiffre d'environ 6000 langues humaines parlées et/ou écrites de par le monde.

6.1.2. Quelques langages courants

Source de ce schéma : [1]

Le nom Ada a été choisi en l'honneur d'Ada Lovelace, quiest supposée avoir écrit le premier programme de l'histoire.La première versiond'Ada remonte à 1983.

6.1.3. « Hello world ! »C'est dans un memorandum interne de Brian Kernighan, Programming in C : A tutorial, écrit en

1974 dans les laboratoires Bell, que l'on trouve la première version d'un mini-programme affichant àl'écran « Hello World! ». Voici comment cela s'écrit dans divers langages6 :

Adawith Ada.Text_IO; use Ada.Text_IO; procedure Bonjour is begin -- Bonjour Put("Hello world!"); end Bonjour;

6 Une liste plus complète est disponible sur Wikipédia : http://fr.wikipedia.org/wiki/Hello_world


http://fr.wikipedia.org/wiki/Hello_world


BASIC est un acronyme pour Beginner's All-purpose Symbolic Instruction Code.Il a été conçu à la base en 1963 par John George Kemeny et Thomas Eugene Kurtz.

Inventé au début des années 1970 avec UNIX, C est devenu un des langages les plus utilisés.

Bjarne Stroustrup a développé C++ aucours des années 1980. Il s'agissait d'améliorer le langage C.

Fortran (FORmula TRANslator) est utilisé dans les applications de calcul scientifique.

Java a été créé par Sun Microsystems, et présenté officiellement le 23 mai 1995.

JavaScript est un langage de programmation de scripts utilisé dans les pages web interactives .

Assembleur X86 sous DOScseg segment assume cs:cseg, ds:cseg org 100h main proc jmp debut mess db 'Hello world!$' debut: mov dx, offset mess mov ah, 9 int 21h ret main endp cseg ends end main

BASIC10 PRINT "Hello world!"20 END

C#include <stdio.h> int main()/* ou int argc, char *argv[] */{ printf("Hello world!\n"); return 0;}

C++#include <iostream> int main(){ std::cout << "Hello world!" << std::endl; return 0;}

FORTRAN 77PROGRAM BONJOURWRITE (*,*) 'Hello world!'END

Javapublic class HelloWorld { public static void main(String[] args) { System.out.println("Hello world!"); }}

Javascriptdocument.write("Hello world!");

Python 1 et 2print "Hello world!"

Python 3print("Hello world!")



6.2. La machine de TuringUne machine de Turing est une machine théorique, inventée par Alan Turing en 1936, pour

servir de modèle idéal lors d'un calcul mathématique. Ce modèle est toujours largement utilisé eninformatique théorique, en particulier pour résoudre les problèmes de complexité algorithmique et decalculabilité.

Turing Machine par Tom DunneAmerican Scientist, Mars-Avril 2002

Une machine de Turing se compose des éléments suivants :

• Un « ruban » divisé en cases adjacentes. Chaque case contient un symbole parmi unalphabet fini. L'alphabet contient un symbole spécial « blanc » et un ou plusieurs autressymboles. Le ruban est de longueur infinie vers la gauche ou vers la droite (en d'autrestermes, la machine doit toujours avoir assez de longueur de ruban pour son exécution). Onconsidère que les cases non encore écrites du ruban contiennent le symbole « blanc ».

• Une « tête de lecture/écriture » qui peut lire et écrire les symboles sur le ruban, et sedéplacer vers la gauche ou vers la droite du ruban.

• Un « registre d'état » qui mémorise l'état courant de la machine de Turing. Le nombre d'étatspossibles est toujours fini, et il existe un état spécial appelé « état de départ » qui est l'étatinitial de la machine avant son exécution.

• Une « table d'actions » qui indique à la machine quel symbole écrire, comment déplacer latête de lecture (« G » pour une case vers la gauche, « D » pour une case vers la droite), etquel est le nouvel état, en fonction du symbole lu sur le ruban et de l'état courant de lamachine. Si aucune action n'existe pour une combinaison donnée d'un symbole lu et d'unétat courant, la machine s'arrête.

Les machines de Turing sont une abstraction des ordinateurs :

• Le ruban représente la mémoire de l'ordinateur. Ceci comprend la mémoire centrale ainsique les mémoires externes telles les disques durs. Contrairement à un ordinateur, lamémoire d'une machine de Turing est infinie.

• La tête de lecture/écriture représente le bus qui relie le microprocesseur à la mémoire. Uneautre différence entre une machine de Turing et un ordinateur est que l'ordinateur peutaccéder à la mémoire de manière directe, alors que la tête de lecture de la machine deTuring ne se déplace que d'une position à la fois.

• Le registre d'états et la table d'actions représentent le microprocesseur. Le nombre d'états estfini comme dans la réalité.



La position de la tête de lecture/écriture est en jaune.

Exemple

La machine de Turing qui suit possède un alphabet {0, 1, blanc}. On suppose que le rubancontient une série de 1, et que la tête de lecture/écriture se trouve initialement au-dessus du 1 le plusà gauche. La table d'actions est la suivante :

État courant Symbole lu Symbole écrit Mouvement Nouvel état

e10 (Arrêt)

1 0 Droite e2

e21 1 Droite e2

0 ou blanc 0 Droite e3

e31 1 Droite e3

0 ou blanc 1 Gauche e4

e41 1 Gauche e4

0 ou blanc 0 Gauche e5

e51 1 Gauche e5

0 ou blanc 1 Droite e1

Exécution :

Étape État Ruban

1 e1 1 1

2 e2 0 1

3 e2 0 1

4 e2 0 1 0

5 e3 0 1 0 1

6 e4 0 1 0 1

7 e5 0 1 0 1

8 e5 1 1 0 1

9 e1 1 0 0 1

10 e2 1 0 0 1

11 e3 1 0 0 1

12 e3 1 0 0 1 1

13 e4 1 0 0 1 1

14 e4 1 0 0 1 1

15 e5 1 1 0 1 1

16 e1 (Arrêt)

Cette machine a pour effet de doubler le nombre de 1, en intercalant un 0 entre les deux séries.Par exemple, « 111 » deviendra « 1110111 ».



Exercice 6.1Exercice 6.1

Construisez les machines de Turing ci-dessous. Pour les questions 2 et 3, on suppose que la têtede lecture/écriture est positionnée sur le symbole le plus à gauche.

1. Une machine qui écrit 0 1 0 1 0 1 0 ... sur un ruban blanc. 2. Une machine qui multiplie par 2 son entrée binaire écrite sur le ruban.3. Une machine qui ajoute 1 à son entrée binaire écrite sur le ruban.

6.3. Pseudo-codeEn programmation, le pseudo-code est une façon de décrire un algorithme en respectant certaines

conventions, mais sans référence à un langage de programmation en particulier. L'écriture enpseudo-code permet de développer une démarche structurée, en « oubliant » temporairement lasyntaxe rigide d'un langage de programmation.

6.3.1. ConventionsIl n'existe pas de convention universelle pour le pseudo-code. Afin de bien se comprendre dans la

suite de ce cours, nous adopterons celle décrite ci-dessous.

Nom de l'algorithme

Par exemple : Calcul de la date de Pâques

Données d'entrées

Par exemple : Année > 1582

Résultat en sortie

Par exemple : Date de Pâques pour l'année donnée

Bloc tant que :TANT QUE condition FAIRE instruction ...FIN TANT QUE

Bloc répéter jusqu'à :REPETER instruction ...JUSQU'A condition

Bloc pour :POUR i ALLANT DE d À f FAIRE instruction ...FIN POUR



Bloc si :SI condition ALORS instruction-si-vrai ...SINON instruction-si-faux ...FIN SI

Tableau :

A[i] : l'élément de rang i dans le tableau A, on suppose les tableaux numérotés à partir de 0.

Tableau multidimensionnel A[i,j] :

Élément en ligne i et en colonne j du tableau A.

Chaîne de caractères :

"string" (entre guillemets)

Affectation :a := 10

Fonction :FONCTION nom(paramètres) instruction ... RETOURNER résultat

Procédure :PROCEDURE nom(paramètres) instruction ... résultat

6.3.2. En pratique• Le pseudo-code doit être suffisamment précis pour que quelqu'un d'autre l'ayant lu sans

connaître l'algorithme soit capable de le coder. • L'objectif est d'avoir le pseudo-code le plus simple possible, afin de le coder facilement et

sans bug. Le pseudo-code d'un petit algorithme prend en général une douzaine de lignes.Pour un problème plus complexe, il faut compter jusqu'à 20 ou 25 lignes.

• Prévoyez assez de place pour faire tenir tout le pseudo-code sur une même page. • Lorsqu'on commence à écrire le pseudo-code, on ne sait pas encore précisément ce qui va

venir ensuite. Il est judicieux de laisser des lignes blanches régulièrement pour pouvoirajouter des choses ensuite tout en gardant quelque chose de propre.

• Pour rendre compte visuellement des imbrications des boucles, indentez vers la droite lecorps des boucles et des fonctions. Sur le papier, on peut ajouter de grandes barres verticalespour faire ressortir encore plus les différents blocs d'instructions.



6.3.3. Exemple de pseudo-codeAlgorithme : Tri d'une liste de nombresDonnée : Tableau A de n nombresRésultat : Tableau A de n nombres triés par ordre croissant

permut := 1TANT QUE permut = 1 FAIRE permut := 0 POUR i ALLANT DE 0 À n-2 FAIRE SI A[i] > A[i+1] ALORS echanger A[i] et A[i+1] permut := 1 FIN SI FIN POURFIN TANT QUE

6.4. Transformation du code sourceLe code source n'est (presque) jamais utilisable tel quel. Il est généralement écrit dans un langage

« de haut niveau », compréhensible pour l'homme, mais pas pour la machine. Il existe deux stratégiesde traduction, ces deux stratégies étant parfois disponibles au sein du même langage.

• Le langage traduit les instructions au fur et à mesure qu'elles se présentent. Cela s'appelle lacompilation à la volée, ou l'interprétation.

• Le langage commence par traduire l'ensemble du programme en langage machine,constituant ainsi un deuxième programme (un deuxième fichier) distinct physiquement etlogiquement du premier. Ensuite, et ensuite seulement, il exécute ce second programme.Cela s'appelle la compilation.

6.4.1. CompilationCertains langages sont « compilés ». En toute généralité, la compilation est l'opération qui

consiste à transformer un langage source en un langage cible. Dans le cas d'un programme, lecompilateur va transformer tout le texte représentant le code source du programme, en codecompréhensible pour la machine, appelé code machine.

Dans le cas de langages compilés, ce qui est exécuté est le résultat de la compilation. Une foiseffectuée, l'exécutable obtenu peut être utilisé sans le code source.

6.4.2. InterprétationD'autres langages ne nécessitent pas de phase spéciale de compilation. La méthode employée

pour exécuter le programme est alors différente. Le programme entier n'est jamais compilé. Chaqueligne de code est compilée « en temps réel » par un programme. On dit de ce programme qu'ilinterprète le code source. Par exemple, Python est un langage interprété.

Cependant, ce serait faux de dire que la compilation n'intervient pas. L'interprète produit le codemachine, au fur et à mesure de l'exécution du programme, en compilant chaque ligne du code source.

6.4.3. Avantages, inconvénientsLes avantages généralement retenus pour l'utilisation de langages « compilés », est qu'ils sont

plus rapides à l'exécution que des langages interprétés, car l'interprète doit être lancé à chaque



exécution du programme, ce qui mobilise systématiquement les ressources.Les langages interprétés offrent en revanche une certaine portabilité, ainsi qu'une facilité pour

l'écriture du code. En effet, il n'est pas nécessaire de passer par la phase de compilation pour tester lecode source.

6.5. ParadigmesEn informatique, un paradigme est une façon de programmer, un modèle qui oriente notre

manière de penser pour formuler et résoudre un problème.Certains langages sont conçus pour supporter un paradigme en particulier (Smalltalk et Java

supportent la programmation orientée objet, tandis que Haskell est conçu pour la programmationfonctionnelle), alors que d'autres supportent des paradigmes multiples (à l'image de C++, CommonLisp, OCaml, Python, Ruby ou Scheme).

6.5.1. Programmation impérativeC'est le paradigme le plus ancien. Les recettes de cuisine et les itinéraires routiers sont deux

exemples familiers qui s'apparentent à de la programmation impérative. La grande majorité deslangages de programmation sont impératifs. Les opérations sont décrites en termes de séquencesd'instructions exécutées par l'ordinateur pour modifier l'état du programme.

Niklaus Wirth

Edsger WybeDijkstra

6.5.2. Programmation structurée (ou procédurale)La programmation structurée constitue un sous-ensemble de la programmation impérative. C'est

un paradigme important de la programmation, apparu vers 1970. Elle dérive de travaux de NiklausWirth pour son Algol W et reçut son coup d'envoi avec l'article fondateur de Dijkstra dansCommunications of the ACM intitulé GO TO statement considered harmful.

Elle est en effet célèbre pour son essai de suppression de l'instruction GOTO ou du moins pour lalimitation de son usage.

La programmation structurée est possible dans n'importe quel langage de programmationprocédural, mais certains, comme le Fortran IV, s'y prêtaient très mal. Vers 1970, la programmationstructurée devint une technique populaire, et les langages de programmation procéduraux intégrèrentdes mécanismes rendant aisée la programmation structurée. Parmi les langages de programmation lesplus structurants, on trouve PL/I, Pascal et, plus tardivement, Ada.

Exemple

Dans certains langages anciens comme le BASIC, les lignes de programmation portent desnuméros, et les lignes sont exécutées par la machine dans l'ordre de ces numéros. Dans tous ceslangages, il existe une instruction de branchement, notée « aller à » en pseudo-code, instruction quienvoie directement le programme à la ligne spécifiée. Inversement, ce type de langage ne comportepas d'instructions comme « Fin Tant Que », ou « Fin Si », qui ferment un bloc.

Prenons l'exemple d'une structure « Si … Alors … Sinon » :

Programmation Structurée

Si condition Alors instructions 1Sinon instructions 2FinSi

Programmation non structurée

1000 Si condition Alors Aller En 12001100 instruction 21110 etc.1120 etc.1190 Aller en 14001200 instruction 11210 etc.1220 etc.1400 suite de l'algorithme

Les programmeurs décomposent leur code en procédures ne dépassant guère 50 lignes, afind'avoir le programme en entier sous leurs yeux.



Une procédure, aussi appelée routine, sous-routine, module ou fonction, contient une séried'étapes à réaliser. N'importe quelle procédure peut être appelée à n'importe quelle étape del'exécution du programme, incluant d'autres procédures, voire la procédure elle-même (récursivité).

Il n'y a que des avantages à découper un programme en procédures :• on a la possibilité de réutiliser le même code à différents emplacements dans le programme

sans avoir à le retaper ; • il est plus simple de suivre l'évolution du programme (la programmation procédurale permet

de se passer d'instructions « GOTO ») ; • on crée un code plus modulaire et structuré ;• chaque programmeur peut développer son bout de code de son côté.

6.5.3. Programmation orientée objetLa programmation orientée objet (POO) ou programmation par objet, est un paradigme de

programmation informatique qui consiste en la définition et l'assemblage de « briques logicielles »appelées objets. Un objet représente un concept, une idée ou toute entité du monde physique, commeune voiture, une personne ou encore une page d'un livre. Le langage Simula-67 jette les prémissesde la programmation objet, résultat des travaux sur la mise au point de langages de simulationinformatique dans les années 1960 dont s'inspira aussi la recherche sur l'intelligence artificielle dansles années 1970-80. Mais c'est réellement par et avec Smalltalk 72 puis Smalltalk 80, inspiré enpartie par Simula, que la programmation par objets débute et que sont posés les concepts de base decelle-ci : objet, messages, encapsulation, polymorphisme, héritage, etc.

À partir des années 1980, commence l'effervescence des langages à objets : Objective C (débutdes années 1980), C++ (C with classes) en 1983, Eiffel en 1984, Common Lisp Object Systemdans les années 1980, etc. Les années 1990 voient l'âge d'or de l'extension de la programmation parobjet dans les différents secteurs du développement logiciel.

Quelques langages à objets : Ada, Java, C#, Objective C, Eiffel, Python, C++, PHP,Smalltalk...

6.5.4. Programmation fonctionnelleLa programmation fonctionnelle est un paradigme de programmation qui considère le calcul en

tant qu'évaluation de fonctions mathématiques et rejette le changement d'état et la mutation desdonnées. Elle souligne l'application des fonctions, contrairement au modèle de programmationimpérative qui met en avant les changements d'état.

Le langage fonctionnel le plus ancien est Lisp, créé en 1958 par McCarthy. Lisp a donnénaissance à des variantes telles que Scheme (1975) et Common Lisp (1984). Haskell (1987) estaussi un langage à paradigme fonctionnel. La programmation fonctionnelle s'affranchit de façonradicale des effets secondaires en interdisant toute opération d'affectation.

Le paradigme fonctionnel n'utilise pas de machine d'états pour décrire un programme, mais unemboîtement de « boîtes noires » que l'on peut imbriquer les unes dans les autres. Chaque boîtepossédant plusieurs paramètres en entrée mais une seule sortie, elle ne peut sortir qu'une seule valeurpossible pour chaque n-uplet de valeurs présentées en entrée. Ainsi, les fonctions n'introduisent pasd'effets de bord. Un programme est donc une application, au sens mathématique, qui ne donne qu'unseul résultat pour chaque ensemble de valeurs en entrée. Cette façon de penser, qui est très différentede la pensée habituelle en programmation impérative, est l'une des causes principales de la difficultéqu'ont les programmeurs formés aux langages impératifs pour aborder la programmationfonctionnelle. Cependant, elle ne pose généralement pas de difficultés particulières aux débutants quin'ont jamais été exposés à des langages impératifs.


Expliquez cette description de Python, tirée de Wikipédia :

« Python est un langage de programmation interprété multi-paradigme. Il favorise laprogrammation impérative structurée, et orientée objet. »



6.6. Les notions principales de la programmationLa plupart des langages de programmation ont des caractéristiques communes que nous allons

passer rapidement en revue ici.

6.6.1. L'affectationUne affectation est une opération qui permet d'attribuer une valeur à une variable. Pour expliquer

ce qui se passe lors d'une affectation, il faut imaginer qu'il existe, dans un recoin de l'ordinateur, unecase mémoire appelée x. L'instruction x=t consiste à remplir la case x avec la valeur de l'expressiont. Si x contenait déjà une valeur, celle-ci est écrasée.

Exemples

Après l'affectation x=3, la variable x contiendra la valeur 3.Après y=4+x, la variable y contiendra la valeur 7.

Affectation et comparaison

Il ne faut pas confondre l'affectation avec la comparaison. Par exemple, la comparaison x==3permet de savoir si oui ou non la valeur de la variable x est 3. Dans la plupart des langages, ondifférencie ces deux opérations. En Python, l'affectation est exprimée par un « = », tandis que lacomparaison est exprimée par « == ». D'autres langages (Pascal par exemple) utilisentrespectivement les opérateurs « := » et « = ».

Incrémentation / décrémentation

Il arrive fréquemment que l'on doive incrémenter (ou décrémenter) une variable, c'est-à-direaugmenter (ou diminuer) sa valeur d'une ou plusieurs unités. Dans ce cas, on peut utiliserl'instruction x=x+17. Voici ce qui se passe : on prend la valeur contenue dans x, on y ajoute 1, puison remet le nouveau résultat dans la variable x.

L'instruction x=x+1 est tellement fréquente qu'il existe souvent des raccourcis : x+=1 (Python)ou x++ (C, Mathematica).

6.6.2. Les testsUn test est une instruction du genre si...alors...sinon. La suite du programme dépendra du résultat

du test.

SI Test 1 ALORS Instruction 1SINON Instruction 2FIN SIInstruction 3

Par exemple, en Python, on aura :

if x>=10: x=x-20else: x=x+2

7 Remarquez bien que cette expression n'a mathématiquement aucun sens



Le même test en Java serait :

if (x>=10) x=x-20 else x=x+2

On peut enchaîner autant d'instructions « sinon si » que l'on veut : seule la première dont lacondition sera vérifiée sera exécutée. On peut généralement associer une clause sinon qui ne seraexécutée que si aucune clause sinon si n'a été vérifiée.

SI Test 1 ALORS Instruction 1SINON SI Test 2 ALORS Instruction 2FIN SIInstruction 3

Par exemple, en Python 3 :

if x==0: print("x est nul")elif x<0: print("x est négatif")else: print("x est positif")

6.6.3. Les bouclesUne boucle est une structure de contrôle permettant de répéter une ou un ensemble d'instructions

plusieurs fois, tant qu'une condition est satisfaite.

Boucle « Tant que »

TANT QUE Test Instruction 1FIN TANT QUEInstruction 2

Par exemple, en Python 3, ce programme écrira tous les entiers de 0 à 9 :

x=0while x<10: print(x) x+=1

Le grand danger est ce qu'on appelle des boucles infinies, c'est-à-dire des boucles qui ne finissentjamais. Cela arrive quand la condition est toujours satisfaite, typiquement quand on oublied'incrémenter un compteur. Voici une boucle qui écrira une infinité de 0, car on a oubliéd'incrémenter x :

x=0while x<10: print(x)

Boucles imbriquées

Il est tout à fait possible, et parfois nécessaire, d'imbriquer une boucle dans une autre boucle. Parexemple, imaginons que l'on veuille écrire toutes les heures et minutes d'une journée. Celacommencera par 0 heure 0 minute, 0 heure 1 minute, 0 heure 2 minutes, ..., 0 heure 59 minutes,



1 heure 0 minute, 1 heure 1 minute, ... On voit qu'une première boucle parcourra les heures, tandisque la deuxième parcourra les minutes, et que l'on incrémentera l'heure seulement quand 60 minutesseront passées. Voilà ce que cela donnera en Python 3 :

h=0while h<24: m=0 while m<60: print(h,"heure(s) ",m,"minute(s)") m+=1 h+=1

Si l'on veut ajouter les secondes, on imbriquera une troisième boucle :

h=0while h<24: m=0 while m<60: s=0 while s<60: print(h,"heure(s) ",m,"minute(s)",s,"seconde(s)") s+=1 m+=1 h+=1


Écrivez en Python un programme qui imprimera les tables de multiplication de 1 à 10.

Boucle « Jusqu'à ce que »

Contrairement à un boucle « Tant que », une boucle « Jusqu'à ce que » exécute au moins une foisles instructions comprises dans la boucles.

REPETER Instruction 1JUSQU'A CE QUE conditionInstruction 2

Ce type de boucle n'existe pas en Python, mais on le trouve en Pascal :

x=0;repeat x=x+1; print(x)until x=10;

Compteur

Un compteur permet de réaliser une boucle associée à une variable entière qui sera incrémentée(ou décrémentée) à chaque itération.

POUR compteur DE 0 A fin Instruction 1FIN POURInstruction 2

En BASIC :

FOR i = depart TO fin instruction NEXT i



En Pascal :

for i := depart to fin do instruction;

En C :

Itérateur

Un itérateur est un objet qui permet de réaliser une boucle parcourant tous les éléments contenusdans une structure de données (par exemple une liste).

POUR CHAQUE valeur DANS collection Instruction 1FIN POUR CHAQUEInstruction 2

Exemple en Python :

for animal in ["chat", "chien", "poule"] : print(animal)

6.6.4. Les sous-programmesUn sous-programme est un ensemble d'instructions pouvant être appelé depuis plusieurs endroits

du programme. Les sous-programmes sont utilisés pour améliorer la structure du programme et salisibilité. Ces constructions ajoutent la notion de passage de paramètres et aussi la notion de variableslocales qui évite que le sous-programme ait un effet de bord sur la routine appelante.

Une fonction peut d'une part effectuer une action (par exemple afficher un résultat), et d'autrepart retourner une valeur. Une fonction qui ne renvoie pas de valeur est appelée une procédure.

Portée d'une variable

En Python, une variable définie au moment où elle est affectée d'une valeur. Une variable définiedans le programme principal est visible de l'intérieur des fonctions, mais une variable définie dansune fonction n'est pas visible de l'extérieur (à moins d'utiliser l'instruction global). Deux variablespeuvent donc avoir le même nom mais être différentes selon l'endroit où elles sont définies.

Dans une fonction, Python utilise une variable définie localement. S'il elle n'est pas définielocalement, Python recherche la variable au niveau global, mais dans ce cas, il n'est pas possible demodifier la variable globale.

Prenons un exemple en Python :

def ecrire(): n = 3 print(n,end=' ')

n=5ecrire()print(n)



Tous ces exemples sont très mauvais du point de vue de la lisibilité. Il faut éviter d'écrire des programmes pareils ! Ils sont juste là pour préciser le concept de portée d'une variable.

Ce programme écrira 3 5. On voit bien que les deux n sont des variables différentes, puisquel'instruction n=3 n'a pas modifié la valeur de l'autre n. Le n de la deuxième ligne est une variablelocale à la procédure ecrire, tandis que celui de la cinquième ligne est une variable locale.

Modifions légèrement ce programme :

def ecrire(): n += 3 print(n,end=' ')

n=5ecrire()print(n)

Ce programme produira une erreur, car le n local dans la procédure écrire n'a pas été initialisé. Pour finir avec cet exemple, le programme ci-dessous donnera comme résultat 3 3. La ligne

global n signale que n est la variable globale initialisée dans le programme principal. Il ne s'agitdonc plus d'une variable locale. Il n'y a là plus qu'une seule variable n.

def ecrire(): global n n = 3 print(n,end=' ')

n=5ecrire()print(n)

Passage de paramètres

On peut passer des paramètres à une procédure ou une fonction sous forme d'une liste deparamètres formels entre parenthèses. A l'intérieur du corps de la procédure, les paramètres sont desvariables locales.

Il ne faut pas redéclarer le nom des paramètres dans la section des déclarations locales. Voici unexemple en Pascal8, qui calcule xn (naïvement) :

var n : integer;

function puissance(x:real; n:integer) : real;var p:real;begin p:=1; while n>0 do begin p:=p*x; n:=n-1 end; puissance:=p end;

begin n:=3; writeln('Pi au cube =',puissance(3.14159,n)); writeln(n) (*la valeur de n n'a pas été modifiée*)end.

C'est la valeur du paramètre qui est passé à la procédure. Si la valeur est modifiée à l'intérieur dela procédure, la modification n'est pas répercutée à la sortie de la procédure. On appelle ce type depassage de paramètre un passage par valeur.

8 En Pascal, toutes les variables doivent être déclarées, ce qui n'est pas le cas en Python, où les variables « viennent au monde » en se voyantassigner une valeur et sont automatiquement détruites lorsqu'elles se retrouvent hors de portée.



Remarquez bien le mot-clef var entre les parenthèses qui fait toute la différence.

Dans certains langages, il est possible de passer des variables comme paramètres. On appelle celaun passage par variable ou passage par référence. Toute modification du paramètre dans la fonctionappelée entraîne alors la modification de la variable passée en paramètre.

Voici un autre programme en Pascal, qui échange les valeurs de deux variables :

var x,y : real;

procedure echanger(var a,b:real)var aux:real;begin aux:=a; a:=b; b:=auxend;

begin x:=3; y:=4; echanger(x,y); writeln(' x=',x, ', y=',y)end.

Ce programme écrira x=4, y=3.Puisque la procédure attend des variables en paramètres, on ne peut pas appeler echanger avec

des valeurs (echanger(3,4) est interdit, car 3 et 4 ne sont pas des variables : on ne peut pas lesmodifier).

En Python, le passage des paramètres se fait toujours par référence, MAIS certains types sont« immutables », c'est-à-dire non modifiables. Les règles sont les suivantes :

• si un paramètre transmis à une fonction est une valeur immutable (les nombres et leschaînes de caractères), la fonction n'aura aucun moyen de modifier l'original. La valeur dedépart est conservée ;

• si un paramètre est une valeur mutable (les listes par exemple), la fonction pourra modifierl'original, et avoir ainsi un effet de bord9 (désiré ou non).

Prenons un exemple (vicieux) :

def ecrire(x): x=5 print(x,end=' ')

x=0ecrire(x)print(x)

Le résultat sera 5 0, alors que l'on s'attendait plutôt à 5 5. Cela vient du fait que le type entier estimmutable.

Par contre :

def ecrire(x): x[0]=5 # on modifie le 1er élément de la liste x print(x[0],end=' ')

x=[0,1,2,3,4]ecrire(x)print(x[0])

produira 5 5, car une liste est mutable. D'une manière générale, il vaut mieux éviter les effets debords, afin d'avoir un programme plus lisible.

9 En informatique, une fonction est dite à effet de bord si elle modifie un état autre que sa valeur de retour.



Sources[1] Pixel, « Diagram and history of programming languages »,

<http://merd.sourceforge.net/pixel/language-study/diagram.html>

[2] Wikipédia, « Langages de programmation », <http://fr.wikipedia.org/wiki/Langage_de_programmation>

[3] Wikipédia, « Programmation informatique », <http://fr.wikipedia.org/wiki/Programmation>

[4] Wikipédia, « Machine de Turing », <http://fr.wikipedia.org/wiki/Machine_de_Turing>

[5] Wikipédia, « Paradigme (programmation) », <http://fr.wikipedia.org/wiki/Paradigme_(programmation)>


http://fr.wikipedia.org/wiki/Paradigme_(programmation)

http://fr.wikipedia.org/wiki/Machine_de_Turing

http://fr.wikipedia.org/wiki/Programmation

http://fr.wikipedia.org/wiki/Langage_de_programmation

http://merd.sourceforge.net/pixel/language-study/diagram.html

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Chapitre 6 Programmation et langages - Nymphomath.ch · Programmation et langages La deuxième génération est le langage assembleur1: le code devient lisible et compréhensible