Le langage C en une leon

1
Le langage C en une leçon
2
Mise en garde

• Un cours exhaustif sur le langage C est en
  général une formation sur plusieurs jours à temps
  complet
• Les planches qui vont suivre sont destinées à
  éclairer les syntaxes utilisées dans les projets
  en langage C

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Ressources

• Support de cours de Patrick Corde sur le site de
  l IDRIS www.idris.fr(chercher dans les
  supports de cours sur les langages)
• Ouvrage de référence  The C programming
  language , publié en 1978 par Brian Kernighan et
  Dennie Ritchie, une seconde édition a été publiée
  en 1988.

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Généralités

• Langage successeur du langage B dans les années
  60, premières normes en 1978 puis norme ANSI en
  1989 et ISO en 1990.
• Langage de base sous UNIX
• Langage généraliste de syntaxe  simple 
• Langage compilé (et non interprété)
• Usage des pointeurs, récursivité

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Intérêts du langage (cf. IDRIS, P. Corde)

• Langage polyvalent permettant le développement de
  systèmes d'exploitation, de programmes
  applicatifs scientifiques et de gestion.
• Langage structuré.
• Langage évolué qui permet néanmoins d'effectuer
  des opérations de bas niveau (ltlt assembleur
  d'Unix gtgt).
• Portabilité (en respectant la norme !) due à
  l'emploi de bibliothèques dans lesquelles sont
  reléguées les fonctionnalités liées à la machine.
  
• Grande efficacité et puissance.
• Langage permissif

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Comment créer un programme  exécutable  ?
(fichiers sources)
1) Compilation
(fichiers objets)
2) Edition des liens
0) Ecriture des fichiers sources .c 1)
Compilation cc -c prog_principal.c (idem pour
les sous programmes) 2) Liens cc
prog_principal.o sous_prog1.o sous_prog2.o -o
prog_executable 3) Reste à lancer prog_executable
La procédure de compilation est souvent
automatisée à l aide d un fichier nommé
Makefile
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Types de variables manipulées en C

• Toutes les variables doivent être explicitement
  typées (pas de déclaration implicite comme en
  fortran)
• Il y a globalement trois (quatre?) types de
  variables
• Les entiers int, short int, long int
• Les réels float, double, long double
• Les caractères char
• Rien void
• exemples short int mon_salaire double
  cheese char avoileNB la présence d une
  ou plusieurs étoiles devant le nom de la
  variables indique un pointeur, dans nos
  applications il s agira en général de
  tableaux.ex double mat permet de définir une
  matrice

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Les structures

• Il est possible de créer des ensembles de
  variables regroupées sous le même nom, on parle
  de variables agglomérées.
• Exemple struct individu char nom30char
  prenom50int age
• Utilisation struct individu eleve,professeur,di
  recteureleve.nom  einstein eleve.prenom
   albert eleve.age 25
• On peut utiliser des tableaux de structures, des
  pointeurs de structures ...

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Le programme principal

• La fonction  main  contient le programme
  principal
• Le programme exécutable binaire commence par
  exécuter les instructions de ce programme
  principal
• Sans fonction main, il est impossible de générer
  un programme exécutable

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Structure d un programme

• Un programme est composé de plusieurs fonctions
  qui échangent et modifient des variables
• Chaque fonction, y compris la fonction main,
  comprend les éléments suivants
• Directives du préprocesseur
• Déclaration d objets externes (variables,
  fonctions)
• Interface de la fonction
• Bloc d instructions

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Exemple de fonction
/Directives du preprocesseur/ include
ltmath.hgt include ltstdio.hgt define MAX(a,b) ((a)
gt (b) ? (a) (b)) / Variables externes,
globales, déclarées dans le programme principal
/ extern double a extern long int
imax extern double rho extern double
fphy extern double fnum void flux_numerique
(void) / Interface de la fonction / / Debut
de bloc d instructions / long int i /
Variable locale / / Schema decentre /
for (i 0 i lt imax-1 i)
fnumi 0.5(fphyi fphyi1) -
0.5fabs(a)(rhoi1-rhoi) /
Fin de bloc /
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Quest-ce quun bloc d instructions ?

• Un bloc débute par une accolade ouvrante et se
  termine par une accolade fermante
• Il contient des déclarations de variables
  internes au bloc et des instructions
• Les instructions peuvent être elles aussi des
  blocs ou des commandes du langage C.
• Les lignes d instructions se terminent par des
  points virgules.

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Directives du préprocesseur

• include ltmath.hgt insère les interfaces des
  fonctions mathématiques comme par exemple fabs()
  qui évalue la valeur absolue d un réel
• include ltstdio.hgt entrées sorties standard
• define chaine1 chaine2 remplacement littéral
  de la chaîne de caractères chaine1 par chaine2

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Interface d une fonction

• Syntaxe générale type_retourné
  nom_de_fonction (paramètres)Le type retourné
  ainsi que le type des paramètres définit
  l interface ou le prototype de la
  fonction.Exemples
• void main(void)
• void sauve(double rho,long int imax,char
  filename,long int num)
• int somme(int a, int b)
• NB Si une fonction f1 fait appel à une fonction
  f2, f1 doit avoir connaissance de linterface de
  f2. Ceci se fait en rappelant linterface de f2
  dans le fichier contenant f1 (voir le code
  d advection linéaire)

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Boucles et branchements

• La boucle while while(test)
  instructions
• exemple
  int i i 0
  while (i lt 10) printf( i d
  \n ,i) i
   Tant que i est inférieur à 10, écrire i à
  l écran, incrémenter i 

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• La boucle do while do
  instructions while (test)
• permet d exécuter au moins une fois les
  instructions avant d évaluer le test

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• La boucle for for (initialisation test
  instruction) instructions
• Exemple for (i 0 i lt 50 i)
  printf( i d\n ,i)
   Commencer à i 0, tant que i lt 50 ,
  exécuter l instruction printf et incrémenter i 

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Les tests

• Syntaxes
• if (expression_test) bloc d instructions 1Si
  expression_test est vraie on exécute le bloc
  d instructions 1, sinon on passe à la suite.
• if (expression_test) bloc d instructions
  1else bloc d instructions 2Si expression_test
  est vraie on exécute le bloc d instructions 1
  sinon on exécute le bloc 2.

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Tests (suite)

• Enchaînement de if if (expression_test1) bloc_d
  _instructions_1else if (expression_test2) bloc_d
  _instructions_2 else if (expression_test3) bloc_
  d_instructions_3... else
  bloc_d_instructions_final

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Expressions évaluées dans les tests

• if (a b) erreur fréquente, expression
  toujours vraie !
• if (a b) a égal à b
• if (a ! b) a différent de b
• if (a gt b) a supérieur à b
• if ((a gtb)(agt0)) a supérieur ou égal à b et
  a positif
• if ((altb)(agt0)) a inférieur ou égal à b ou a
  positif
• ...

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Visibilité des variables

• Les variables déclarées à l intérieur du bloc
  d une fonction sont  visibles  à l intérieur
  du bloc uniquement
• Le variables déclarées à l extérieur du bloc
  d une fonction sont globales et accessibles à
  toutes les fonctions du fichier en question

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• EXEMPLE tout le texte suivant est dans le même
  fichierint a / variable globale a / void
  fct1(double a) a 0.5 / Modif du paramètre
  local a /void fct2(void) double aa
  0.5 / Modif de la variable locale a /void
  fct3(void) a 1 / Modif de la variable
  globale a /

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Visibilité des variables (suite)

• Il peut être nécessaire que plusieurs fonctions
  accèdent aux mêmes variables. Pour cela, ces
  variables doivent être  visibles  des deux
  fonctions. On peut alors
•  passer  les variables en question dans les
  paramètres des fonctions
• travailler sur des variables externes globales

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Exemple variables globales
/ programme principal main.c / int a,b
/ Variables globales a et b / int
somme(void) / sous programme externe
/ void main(void) int c a 10.0 b 5.0 c
somme( ) / Appel au sous programme
externe /
Le sous programme somme n a pas de paramètres
car il va travailler sur les variables globales
a et b
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Exemple variables globales externes (suite)
/ sous programme somme.c dans un fichier
séparé du programme principal / extern int
a extern int b int somme(void) int c /
variables locale c / c a b return c
le calcul de la somme est effectué sur les
variables globales externes au fichier,
déclarées dans main.c
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Exemple passage de paramètres
/ programme principal main.c / int somme(int a,
int b) / prototype du sous programme
externe somme / void
main(void) int a,b,c / Variables locales
a, b et c / a 10.0 b 5.0 c somme( a,b)
/ Appel au sous programme externe /
La fonction somme dispose ici de deux
paramètres a et b
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Exemple passage de paramètres (suite)
/ sous programme somme.c / int somme(int a, int
b) int c / variable locale c / c a
b return c
Dans ce cas, les variables a et b ne sont pas
globales. On parle ici de passage d argument
par valeur le sous programme somme effectue
une copie locale des variables a et b que lui
transmet le programme principal et travaille
ensuite sur ces copies. Conséquence les
variables a et b sont locales au sous
programme somme.
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L allocation dynamique de mémoire(les tableaux)

• Le programme doit disposer d un espace mémoire
  où ranger les éléments d un tableau
• Il se peut qu on ne sache pas le nombre
  d éléments à stocker dans un tableau avant
  l exécution du programme. On a alors deux
  solutions
• On surdimensionne le tableau en question en
  évaluant une taille maximale raisonnable de
  celui-ci
• On alloue dynamiquement la mémoire au moment où
  on en a besoin (on peut aussi ensuite la
  restituer) usage de la fonction malloc

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Allocation de mémoire (suite)
include ltstdlib.hgt void main(void) double
tab / déclaration d un tableau de taille
variable (en réalité c est un pointeur) /
double tabfixe50 / Tableau de taille fixe, 50
éléments / int imax imax 10 / taille
du tableau calculée à l exécution / tab
(double ) malloc((imax1)sizeof(double))
tab0 0.0 tab10 5.0 / tabi est le
ième élément du tableau / tabfixe5
tab0 ...
Réserver (imax1) espaces mémoire de la taille
d un réel de type double
On définit ainsi un tableau 1D nommé tab de
variables réelles en double précision. Les
indices valides des éléments vont de 0 à imax.
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Déclaration des tableaux à deux dimensions
(matrices)

• Il y a deux manières de déclarer les tableaux 2D
  
• On connaît a priori la taille du tableau ex
  double tab5040définit un tableau nommé tab
  de 50 par 40 éléments.Les indices vont de 0 à 49
  pour la première dimension et de 0 à 39 pour la
  seconde
• On ne connaît pas la taille du tableau ex
  double tab / Il faut ensuite allouer un
  espace mémoire au tableau
  /

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Déclaration d un tableau (suite)
? Le C ne manipule simplement que des tableaux
1D (des vecteurs). ? Il sensuit quun tableau
2D (matrice) sera considéré comme un vecteur
dont chaque élément est un vecteur. ? Ce
principe peut être étendu à des tableaux à n
entrées.
32
Représentation d un tableau 2D
 Pointeurs  vers des vecteurs tableau 1D dont
chaque élément   pointe  vers un vecteur
tab24, tab2 est ladresse du début du
vecteur dindice 2, cest un pointeur vers
tab20
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Déclaration des tableaux (suite)
/Exemple de tableau avec allocation de mémoire
dynamique / double tab / déclaration
d un tableau 2D de réels / int imax,
jmax imax 50 jmax 40 / Allocation de
mémoire pour la première dimension / tab
(double) malloc((imax1)sizeof(double)) /
Allocation de mémoire pour la seconde dimension
/ for(i 0 i lt imax i) tabi (double
) malloc((jmax1)sizeof(double))
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Qu est-ce qu un pointeur ?

• Syntaxe on utilise l étoile   , ex double
  desneiges
• Un pointeur contient l adresse ou est stockée la
  variable de type pointeur dans l exemple
  ci-dessus, desneiges est l adresse ou l on
  stocke la variable desneiges de sorte que l on
  peut écrire
  desneiges 10.0 mais ce qui suit est
  incorrect
  desneiges 10.0 / erreur /car desneiges est
  une adresse...
• Les tableaux, comme nous l avons vu auparavant,
  disposent d une syntaxe un peu particulière

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L opérateur de référence

• Lorsquune variable n a pas été déclarée en tant
  que pointeur, on peut tout de même accéder à son
  adresse à l aide de l opérateur   Si on
  définit une variable par  double cheese ,
  alors l adresse de cette variable est
   cheese 
• Pour les tableaux, si on a défini  double
  tab , alors tab est l adresse du premier
  élément du tableau soit tab00

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Les entrées sorties printf, scanf

• Le prototype de ces fonctions est dans ltstdio.hgt
• printf permet d afficher du texte à l écran
• scanf permet d entrer du texte au clavier
• fprintf et fscanf permettent de lire et d écrire
  dans des fichiersLe programme de résolution de
  léquation dadvection linéaire scalaire donne de
  nombreux exemples dusage de ces fonctions

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printf, scanf (suite)

• Ces fonctions utilisent des formats qui
  permettent de lire/écrire des variables de
  différents types e , f réelsle, lf
  réels de type doubled entiersld entiers
  long ints chaîne de caractèresc un
  caractère

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printf, scanf (suite)

• Le caractère  \  (backslash) permet d utiliser
  certains caractères  non imprimables  , les
  plus utilisés sont les suivants \n fin de
  ligne\t tabulation horizontale\a sonnerie

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printf, scanf exemples
includeltstdio.hgt int i printf("  i d
\n",i) / Imprime i valeur de i et va à la
ligne / fscanf(infile,  "d ",i) / lit dans
le fichier infile la valeur de i,
on passe à fscanf
l adresse de i
c est à dire i / nb Comme fscanf doit
modifier la variable i, le paramètre passé à
la fonction est l adresse de la variable i.
40
La suite ...

• Il reste de nombreux points à détailler
• boucles et branchement switch, break, goto,
  continue
• les fichiers le type FILE ...
• les bibliothèques standards stdio.h, math.h,
  stdlib.h
• les structures
• les pointeurs (pointeurs de structure, de
  fonction ),
• les conversions de type, typedef
• plus un peu de pratique.