Informatique Langage C
Résumé de section
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3. Programmation modulaire
En général les projets de logiciels comportent au minimum des milliers de lignes de code. On comprend donc que placer le code dans un seul fichier, même avec une découpe en fonction peut devenir compliqué pour son développement et sa maintenance. C'est pour cette raison que l'on découpe le projet en fonctionnalités (par exemple dans le cas d'un logiciel de comptabilité) que l'on placera dans des fichiers séparées. Par exemple on trouvera dans le fichier calculs.c toutes les fonctions métiers nécessaire au logiciel de comptabilité. Dans la figure ci-dessous on trouve les différentes fonctionnalités d'un logiciel que l'on va découper en autant de fichier.
Prenons un exemple simple pour illustrer le principe de la programmation modulaire intégrant des calculs sur les tableaux. Nous allons donc séparé les fonctions de travail sur les tableaux, de la fonction principale :
- Le fichier principal main.c va accueillir le programme principal
- le fichier array.c va accueillir toutes les fonctions de travail sur les tableaux, on prendra pour convention de placer à la fin du nom des fonction le nom du fichier ou elles se trouvent (ici xxxArray).
- un troisième fichier array.h comportera les prototypes (ou déclarations) des fonctions.
main.c
array.c
#define DEBUG
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "array.h"
int main() {
int taille;
printf("entrer taille du tableau:");
scanf_s("%d", &taille);
int* tab;
tab = (int*)malloc(taille * sizeof(int));
randomArray(tab, taille,10,20);
#ifdef DEBUG
displayArray(tab, taille);
#endif // DEBUG
return 0;
}
#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include <time.h>
void randomArray(int* tab, int taille, int min, int max) {
srand(time(NULL));
for (int i = 0; i < taille; i++) {
tab[i] = min + rand() % (max - min);
}
}
void displayArray(int* tab, int taille) {
for (int i = 0; i < taille; i++) {
printf("%d ", tab[i]);
}
printf("\n");
}
A la différences avec les 2 fichiers précédents, le fichier array.h ne comporte pas de code et ne sera pas ajouter au projet (le fait d'ajouter des fichiers de code au projet permet de définir les fichiers qui doivent être compilés pour générer l'exécutable).
array.h
#pragma once
void randomArray(int* tab, int taille, int min, int max);
void displayArray(int* tab, int taille);
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4. Chaine de compilation
La génération d'un exécutable se fait en plusieurs étapes :
- la première étape consiste à venir appeler le preprocesseur qui va s'occuper de modifier le code c en fonction des directives de compilations (#include, #define,#ifdef,...)
- La deuxième et principale étape va lire les fichiers (sans les directives préprocesseurs) et générer le code assembleur et le code machine de chaque fichier.
- Une troisième étape si elle est activée consiste à optimiser le code assembleur (soit en vitesse, soit en taille, soit les 2), cette étape peut éventuellement, enlever des variables qui ne sont pas utilisées dans le programme (ou pas affichés) pour limiter cela on pourra utiliser le mot clé volatile avant la définition d'une variable pour que l'optimisation du code ne s'exécute pas sur cette variable (qui pourrait disparaitre).
- la dernière étape appelée linker va à partir des différents code assembleur (et machine) généré un seul fichier exécutable.
Voyons dans le détail les 3 principales étapes de compilation.
1. Le préprocesseur
Le préprocesseur va insérer dans le fichier tous les fichiers des bibliothèques (stdio.h, stdlib.h,...) et modifier le code pour intégrer les directives (#define,#ifdef,...), il est possible de générer le fichier intermédiaire aprés passage du préprocesseur (extension main.i) dans les options de compilation de Visual Studio (ou de tout autre compilateur) qui n'est pas visible en général.
main.c
main.i
#define DEBUG
#define TAILLE 10
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include "array.h"
int main() {
int taille=TAILLE;
printf("entrer taille du tableau:");
scanf_s("%d", &taille);
int* tab;
tab = (int*)malloc(taille * sizeof(int));
randomArray(tab, taille,10,20);
#ifdef DEBUG
displayArray(tab, taille);
#endif // DEBUG
return 0;
}
#defineDEBUG#defineTAILLE10#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include"array.h«int main() {
int taille = 10;
printf("entrer taille du tableau:");
scanf_s("%d", &taille);
int* tab;
tab = (int*)malloc(taille * sizeof(int));
randomArray(tab, taille, 10, 20);
displayArray(tab, taille);
return 0;
}
2. Le compilateur
Sous Visual Studio le résultat du compilateur peut être affiché (options de compilation) ainsi que le choix du type d'optimisation (dans notre exemple, sans optimisation pour rendre le code plus simple à comprendre). On retrouve :
- en bleu l'adresse du code (qui ne sera pas l'adresse définitive de l'exécutable)
- en vert le code machine de chaque fichier compilé
- le code assembleur (code machine compréhensible par les humains).
main.i
main.cod
int main() {
int taille = 10;
printf("entrer taille du tableau:");
scanf_s("%d", &taille);
int* tab;
tab = (int*)malloc(taille * sizeof(int));
randomArray(tab, taille, 10, 20);
displayArray(tab, taille);
return 0;
}
00013c7 44 24 30 0a 00 00 00 mov DWORD PTR taille$[rsp], 10
0001b48 8d 0d 00 00 00 00 lea rcx, OFFSET:$SG4294967035
00022e8 00 00 00 00 call printf
0006841 b9 14 00 00 00 mov r9d, 20
0006e41 b8 0a 00 00 00 mov r8d, 10
000748b 54 24 30 mov edx, DWORD PTR taille$[rsp]
0007848 8b 4c 24 20 mov rcx, QWORD PTR tab$[rsp]
0007de8 00 00 00 00 call randomArray
Le code assembleur et machine complet de la fonction displayArray est donné ci-dessous:
array.i
array.cod
void displayArray(int* tab, int taille) {
for (int i = 0; i < taille; i++) {
printf("%d ", tab[i]);
}
printf("\n");
}
0000089 54 24 10 mov DWORD PTR [rsp+16], edx
0000448 89 4c 24 08 mov QWORD PTR [rsp+8], rcx
0000948 83 ec 38 sub rsp, 56; 00000038H
0000dc7 44 24 20 00 00 00 00 mov DWORD PTR i$1[rsp], 0
00015eb 0a jmp SHORT $LN4@displayArr
000178b 44 24 20 mov eax, DWORD PTR i$1[rsp]
0001bff c0 inc eax
0001d89 44 24 20 mov DWORD PTR i$1[rsp], eax
$LN4@displayArr:
000218b 44 24 48 mov eax, DWORD PTR taille$[rsp]
0002539 44 24 20 cmp DWORD PTR i$1[rsp], eax
000297d 1b jge SHORT $LN3@displayArr
3. Le linker
Les fichiers objets compilés sont ensuite assemblés pour générer l'exécutable. Cette phase si elle génère des erreurs sera du au fait qu'une fonction compilée dans un autre fichier n'a pas été trouvée. Dans l'exemple ci-dessous, la déclaration de la fonction test permet au compilateur de compiler consoleApplication7.c ou se trouve la fonction main et c'est le linker lorsqu'il doit générer l'exécutable qui ne va pas trouver le code de cette fonction et va générer une erreur de type LNK (linker) "symbole externe non résolu".
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5. introduction aux structures de données
Prenons l'exemple du calcul de la somme de 2 vecteurs OP1 et OP2. La fonction ajoute qui va calculer la somme de ces 2 vecteurs va nécessiter 6 arguments (2 arguments pour chaque vecteur dont 2 de type pointeurs pour OP3). Ce n'est pas très pratique, et ça pourrait être pire si l'on avait des vecteurs sur le plan X,Y et Z, il faudrait alors 9 paramètres à la fonction. On comprend que cette solution n'est pas satisfaisante, il est temps d'introduire la notion de structure de données qui va nous permettre de simplifier grandement l'appel des fonctions.
Exemple de code permettant de faire la somme de vecteurs
But du programme : faire la somme des vecteurs OP et OP2
void ajoute(double* p3_x, double* p3_y, double p1_x, double p1_y, double p2_x, double p2_y) {
*p3_x = p1_x + p2_x;
*p3_y = p1_y + p2_y;
}
void affiche(double p_x, double p_y) {
printf("(%.2lf,%.2lf)\n", p_x, p_y);
}
int main() {
double p1_x=2.0, p1_y=1.0, p2_x=1.0, p2_y=2.0,p3_x,p3_y;
ajoute(&p3_x, &p3_y, p1_x, p1_y, p2_x, p2_y);
affiche(p3_x, p3_y);
return 0;
}
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8. Les énumérations
En C, une énumération (ou enum en anglais) est un type de données défini par l'utilisateur qui permet de créer des variables qui ne peuvent contenir que certaines valeurs prédéfinies, appelées énumérateurs. Cela permet de rendre le code plus lisible et plus facile à maintenir, en donnant des noms significatifs aux valeurs possibles d'une variable.
Prenons un premier exemple : nous voulons créer une enumération nommée booleen qui peut prendre 2 nom faux ou vrai. On peut alors créer une variable de ce type enum booleen et utiliser les noms faux ou vrai à la place des valeurs 0 ou 1.
enum booleen { faux = 0, vrai = 1 };//création de l'énumération booléen
enum booleen b; //création de la variable b de type booléen
b = vrai; //initialisation de b, b=1
printf("b = %d\n", b); // affiche b = 1
Prenons un deuxième exemple : supposons que l'on veuille coder une machine à état. Rappelons qu'une machine à état permet de spécifier de façon graphique un problème séquentiel que l'on va ensuite pouvoir coder (trés utilisé en informatique embarquée). On peut voir que la solution 2 utilisant les énumérations est plus lisible que les états 0,1,2 de la solution 1.
Remarque: si aucune valeur n'est donnée aux énumération alors les valeurs associées commencent à 0, puis s'incrémentent. Dans l'exemple de la solution 2 printf("%d", ST_START); afficherait 0 puisque c'est le premier énumérateur et printf("%d", ST_BP_LOW); afficherait 1
Exemple de machine à état
Solution 1 : sans les énumérations
Solution 2 : avec les énumérations (plus lisible)
int main() {
int state = 0;
while (1) {
switch (state) {
case 0: if (bp == 0)
state = 1; break;
case 1: if (bp == 1)
state = 2; break;
case 2: if (reset == 0)
state = 0;
}
}
}
enum States {
ST_START,
ST_BP_LOW,
ST_SIRENE
};
int main() {
enum States state = ST_START;
while (1) {
switch (state) {
case ST_START: if (bp == 0)
state = ST_BP_LOW; break;
case ST_BP_LOW: if (bp == 1)
state = ST_SIREN; break;
case ST_SIRENE: if (reset == 0)
state = ST_START;
}
}
}
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Les étudiants doiventRecevoir une note
14.1 L’opérateur sizeof()
14.2 Les énumérations : mot clé enum
14.3 Les directives préprocesseurs :
14.4 La programmation modulaire :
14.5 Chaine de compilation
14.6 Les structures de données
14.7 Définition de type : typedef
14.8 Allocation dynamique : -