1 - Introduction

Introduction à la programmation

Le cours IFT 1810

De façon générale, on peut dire que l’objectif premier d’un traitement automatique de l’information consiste à demander à un ordinateur de traiter des informations d’une manière automatique et de présenter les résultats selon la planification qui a été faite.

graph LR;
    A[Données] --> B(Ordinateur) --> C[Résultats escomptés]

La programmation constitue un des moyens d’atteindre cet objectif. Au moyen d’un langage approprié, appelé langage de programmation, on décrit précisément les étapes que l’ordinateur doit franchir pour obtenir les résultats escomptés à partir des informations fournies. En informatique, plusieurs de ces langages existent, à l’instar des langues naturelles (le français, l’anglais, etc.), et ces divers langages permettent de communiquer avec l’ordinateur. Dans le cours IFT 1810, les langages utilisés sont le langage C suivi du Java, qui sont populaires sur le marché du travail.

Pour le cours IFT 1810, on présente durant 7 semaines (sur 12), une partie du langage C pour introduire les notions de base de la programmation. Une fois que l’étudiant comprend la base de la programmation, on introduit légèrement quelques notions de base de la programmation orientée objet (POO) en utilisant le langage Java. Le langage C a été créé en vue de son utilisation avec les ordinateurs et ce, pour plusieurs types d’applications. Comme dans le cas des langues naturelles, il possède :

• Un vocabulaire propre : ce vocabulaire est plutôt restreint, une trentaine de mots pour IFT 1810 qui sont simples à retenir.

• Une syntaxe propre : celle-ci, de petite dimension (en comparaison avec celle de toute langue naturelle) doit être respectée très rigoureusement car l’ordinateur ne donne suite qu’aux instructions présentées correctement. Les règles de syntaxe sont faciles à assimiler grâce aux exposés théoriques et grâce aussi, aux exercices de programmation effectués dans le cadre du volet pratique du cours.

Le cours IFT 1810 comporte l’apprentissage de quelques mots et de quelques règles grammaticales propres aux langages de programmation. Ceux-ci permettent au programmeur de composer les phrases (instructions) requises par l’ordinateur pour obtenir les résultats découlant de l’information fournie, en fonction du problème à résoudre.

L’apprentissage est assez aisé. L’écriture des phrases (instructions) en langage C fait appel à la logique du raisonnement et à l’imagination. Le tout s’avère très instructif et très intéressant. Il suffit de s’y lancer pour en découvrir tout le charme!

Branchez-vous et bon succès!

Terminologie de base (à titre d’information, non évaluée pour IFT 1810)

1. Informatique : science du traitement de l’information d’une manière automatique grâce à un outil qui s’appelle ordinateur.

graph LR;
    A[Données] --> B(Ordinateur : programmes ou logiciels) --> C[Résultats escomptés]

2. Ordinateur : machine effectuant des manœuvres de l’information de façon automatique. L’automatisation des traitements n’exclue pas l’interactivité avec l’usager.

3. Algorithme : suite de raisonnements ou d’opérations de calculs permettant de trouver la solution à un problème en un nombre fini d’étapes (on verra un exemple plus loin).

4. Langage informel ou pseudo-code : un moyen de présenter l’algorithme décrit pour résoudre un problème sans trop se soucier de la grammaire et du vocabulaire propres au langage de programmation utilisé.

5. Programme : ensemble d’instructions définissant les opérations qui devront être exécutées par l’ordinateur pour résoudre un problème. Enregistré dans la mémoire centrale, un programme commande le déroulement des diverses opérations et ce, jusqu’au résultat final.

6. Programmation : ensemble des activités orientées vers la conception, la réalisation, le test et la maintenance de programmes.

7. Langages de programmation. Les principaux sont :

• Pascal : excellent pour l’apprentissage d’un premier langage de programmation.

• Visual Basic : tout aussi excellent que Pascal pour l’apprentissage d’un premier langage de programmation.

• C : langage d’apprentissage de la programmation, application universelle et surtout industrielle.

• C++ : langage de programmation orientée objet présentée dans deux cours de la DESI : IFT 1166 et IFT 1169.

• Java : un langage orienté objet qui est enseigné au niveau universitaire

• C# : langage de programmation orientée objet basé sur C++ et Java qui est enseigné dans le cours IFT 1179

• Etc

8. Fichier : document enregistré sur un support permanent comme un disque dur ou une clé USB, par exemple : tp1.c, metrique.dta, tp1.exe, tp3.java,…

9. Bit (binary digit) : la plus petite unité d’information que l’on peut représenter dans un ordinateur et que celui-ci peut traiter (représentée habituellement par 0 ou 1).

10. Octet (byte) : groupe de 8 bits dans lequel on peut encoder (stocker) un caractère. Unité de mesure de quantités d’information. Chaque octet dispose d’une “adresse” (son emplacement en mémoire) comme chaque logement dispose d’une adresse postale.

Premier exemple d’introduction

Faire les étapes nécessaires pour écrire finalement un programme en langage C qui permet :

• de saisir la taille d’une personne en nombre de pieds et de pouces (exemple : 5 pieds 11 pouces);

• de convertir la taille en mètre (1 pied = 12 pouces, 1 pied = 0.3048 mètre)

• d’afficher la taille dans le système impérial (pieds et pouces) et dans le système métrique (mètre)

Exécution

L’exécution d’un tel programme sur un micro-ordinateur donne, par exemple, ce qui suit à l’écran :

Tapez la taille en nombre de pieds et de pouces 5 11
La taille de la personne :
 systeme imperial : 5 pied(s) et 11 pouce(s)
 systeme metrique :   1.80 metre
Appuyez sur une touche pour continuer...

Comprendre le problème, faire un cheminement

Quelles sont les données ? :

• le nombre de pieds et de pouces

• le facteur de conversion (1 pied vaut 0.3048 mètre).

Quels sont les résultats ? :

• un seul! c’est la taille en mètre

Exemple :Si une personne mesure 5 pieds et 6 pouces, comment calculer sa taille en mètre ?

11 pouces = 11/12.0 pied (car 1 pied = 12 pouces)

5 pieds et 11 pouces = (5 + 11 / 12.0) pieds
    	             = (5 + 11 / 12.0) x 0.3048 mètre = ... mètre

Cheminement :

Obtenir la taille en nombre de pieds et de pouces

Convertir la taille en mètre selon la formule :

taille <---- (nbPieds + nbPouces / 12.0) x 0.3048

Faire un tableau d’analyse des informations

Dans ce tableau :

• une variable est une information dont la valeur peut varier : le nombre de pieds, le nombre de pouces et la taille varient d’une personne à une autre;

• une constante est une information dont la valeur est inchangée : on applique le même facteur de conversion (1 pied = 0.3048 mètre) peu importe la taille de la personne;

• un identificateur est un seul mot permettant d’identifier l’information (on donne un nom à l’information). La syntaxe du langage commence ici.

Faire un algorithme (un cheminement plus détaillé)

Obtenir la taille en nombre de pieds et de pouces :

Écrire un message à l'écran pour demander à l'usager
d'entrer le nombre de pieds et de pouces

Lire nbPieds, nbPouces  (tapés au clavier par l'usager)

Convertir la taille en mètre selon la formule :

taille <---- (nbPieds + nbPouces / 12.0) x 0.3048

Afficher la taille :

Écrire à l'écran la taille 
-	dans le système impérial : nbPieds, nbPouces
-	dans le système métrique : taille

Dans cet algorithme, on utilise souvent des identificateurs décrits dans le tableau d’analyse de l’information.

Avant de programmer, on vérifie l’exactitude de l’algorithme.

Traduire l’algorithme en langage de programmation

On traduit l’algorithme en utilisant le vocabulaire du langage (ici, le C) et sa syntaxe.

Le tableau d’analyse des informations est utile pour comprendre le problème et pour faire les déclarations.

Cette étape, qui est expliquée en détail au premier cours théorique, nous amène à un programme écrit en langage C comme suit suivi des explications :

#include <stdio.h>

int main()
{
    /* 1 pied = 0.3048 mètre = 12 pouces */
    const float PIED_EN_METRE = 0.3048;

    int nbPieds, nbPouces; /* nombre de pied et de pouces 
                              dans une taille */

    float taille; // la taille en mètre 
    
    /* Saisie de données tapées au clavier */
       printf("Tapez la taille en nombre de pieds et de pouces ");
       scanf("%d%d", &nbPieds, &nbPouces);
       
    /* Conversion en mètre */
       taille = (nbPieds + nbPouces / 12.0) * PIED_EN_METRE;
       
    /* Affichage de ces informations */
       printf("La taille de la personne :\n");
       printf(" systeme imperial : %d pied(s) et %d pouce(s)\n", 
                    nbPieds, nbPouces);
       printf(" systeme metrique : %.2f metre\n", taille);
       
    return 0;   
}

Ce programme sera présenté en ligne (tapé sur l’ordinateur en classe et projeté à l’écran dans la salle de cours). Il sera aussi disponible au site Web du cours. Pour le premier cours, vous n’avez pas besoin de tout comprendre les détails. L’objectif est d’avoir une idée sur la programmation, le langage C. Les détails et explications techniques seront présentés dans les autres semaines.

Explications sommaires du programme

Ce programme comporte :

1. Un fichier d’en-tête (fichier d’inclusion) :

#include <stdio.h>

stdio.h (standard input/ouput header file) est le nom d’un fichier d’en-tête permettant de gérer les entrées et sorties standard (scanf : lire les données, printf : afficher, etc …)

2. Une seule fonction (pour cet exemple), c’est la fonction principale (main) : int main ()

3. un bloc d’énoncés délimités entre { (début d’un bloc) et } (fin d’un bloc)

4. La déclaration :

• D’une constante de type réel dont la valeur vaut 0.3048 :

const float PIED_EN_METRE = 0.3048;

const est l’abrégé du mot “constant” en anglais qui signifie une constante.

float désigne le type réel (un nombre “flottant”, une valeur numérique avec la partie décimale).

PIED_EN_METRE (facteur de conversion) est le nom de cette constante. La valeur d’une constante est inchangée durant l’exécution du programme (le facteur de conversion est le même, peu importe la taille de la personne).

• De trois variables :

nbPieds et nbPouces sont les noms (les identificateurs) de deux variables de type entier (int est l’abrégé du mot anglais “integer” qui signifie le type entier, exemple 23, 456, 32100, etc…)

taille est le nom d’une variable de type réel (float désigne le type réel, valeur numérique avec la partie décimale, exemple 1.76).

La valeur d’une variable peut varier durant l’exécution du programme (la taille varie d’une personne à une autre personne).

5. L’affichage d’un message à l’écran :

printf("Tapez la taille en nombre de pieds et de pouces ");

printf est le nom d’une fonction (une tâche) prédéfinie qu’on peut appeler en incluant le fichier d’en-tête approprié (ici : stdio).

#include <stdio.h>

printf vient de 2 mots anglais : print + format qui signifient “afficher avec format de présentation” (à voir plus tard dans le cours). On utilise souvent cette fonction pour afficher des messages, des calculs, des variables, etc.

Notez que nous ne plaçons pas de lettres accentuées dans les messages à imprimer par le programme. La raison est très simple : les accents n’apparaissent pas correctement lorsque nous lançons le programme.

Format (plus tard dans le cours) :

• %d ou %nd pour un entier : printf("%3d", age);

• %f ou %n.kf pour un réel : printf("%6.2f", taille);

• %c ou %nc pour un caractère: printf("%4c", sexe);

6. la lecture de données tapées au clavier :

scanf("%d%d", &nbPieds, &nbPouces);

scanf est le nom d’une autre fonction (une tâche) prédéfinie qu’on peut appeler en incluant le fichier d’en-tête approprié (ici : stdio).

#include <stdio.h>

scanf vient de 2 mots anglais : scan + format qui signifient “lire les données avec format de présentation”. On utilise souvent cette fonction pour lire les données tapées au clavier.

Le code de format %d indique qu’on lit un entier.

L’opérateur & indique l’adresse (l’emplacement en mémoire) d’une variable. On lit un entier et on place sa valeur à l’adresse d’une variable. La notion “d’adresse de …” sera présentée plus en détails durant les prochaines semaines. Temporairement, on peut imaginer le cas d’un facteur qui livre un colis chez-vous grâce à votre adresse (plutôt que votre nom).

Veuillez noter que les instructions de lecture et d’écriture varient beaucoup d’un langage de programmation à un autre.

7. l’affectation à la variable taille du résultat d’un calcul :

taille = (nbPieds + nbPouces / 12.0) * PIED_EN_METRE;

L’opérateur = indique qu’on affecte (on dépose) la valeur de l’expression à droite du symbole = à la variable taille.

L’opérateur * représente la multiplication entre deux valeurs numériques.

8. l’affichage des informations :

printf("La taille de la personne :\n");

On affiche à l’écran le message La taille de la personne :

Le caractère \n (new line) signale qu’on quitte la ligne d’affichage (changement de ligne d’affichage).

printf(" systeme imperial : %d pied(s) et %d pouce(s)\n", 
                    nbPieds, nbPouces);

On affiche à l’écran les valeurs de deux expressions : nbPieds et nbPouces avec message d’accompagnement et le format de présentation dont %d est le format pour un entier.

printf(" systeme metrique : %.2f metre\n", taille);

On affiche à l’écran la valeur de la variable taille avec message d’accompagnement et le format de présentation dont %.kf est le format très courant pour présenter un réel.

k chiffres après le point de décimal.

Explications sommaires du code de format :

• %.2f : on aimerait afficher la taille sous le format d’un réel (f : float (un réel))

• On veut 2 chiffres après le point de décimal.

• Les détails des formats seront présentés plus tard.

Éléments de base du langage C

Dans ce programme, on utilise des mots de vocabulaire ainsi que les symboles suivants du langage C :

• int main() : fonction principale

• const : constante

• float : type réel (exemple -23.7, 1.78, 67.9435, …)

• int : type entier (exemple -34, 0, 678, …)

• { : début d’un bloc d’instructions

• } : fin d’un bloc d’instructions

• printf : afficher à l’écran avec format de présentation

• scanf : lire (avec format) des données tapées au clavier

• = : affectation (dépôt de valeur)

• * : multiplication

• / : division

• \n : (new line) : changement de ligne

Ces mots et ces symboles reviennent exemple après exemple, semaine après semaine. On parviendra rapidement à les comprendre et à les retenir. Il reste une vingtaine d’autres mots à découvrir durant toute la session.

Dans l’environnement du compilateur Dev-C++, par défaut, l’écran d’exécution se ferme automatiquement. L’usager n’a pas du temps de lire les infornations affichées à l’écran d’exécution. Pour empêcher la disparition de l’écran d’exécution, on ajoute la ligne suivante à la fin du programme :

system("pause");

Cette instruction permet d’afficher le message Appuyez sur une touche pour continuer... et met l’écran d’exécution en vue (en pause) en attente de la frappe d’une touche (par exemple la touche Entrée).

Pour IFT 1810, la fonction principale se présente souvent sous la forme :

int main()
   {   . . .
                                

        return 0 ;
    }   

Quelques règles de syntaxe

Dans ce programme :

• On termine souvent une “phrase en langage C” (une instruction) par le point virgule ; :

int nbPieds, nbPouces;

• On délimite un message entre les guillemets :

printf("Entrez la taille en nombre de pieds et de pouces ");

• On affecte (dépose) une valeur à une variable avec le symbole =

taille = (nbPieds + nbPouces / 12.0) * FACTEUR;

• On utilise le symbole * pour la multiplication

• Une erreur de syntaxe est souvent facile à localiser et à corriger. Après quelques semaines de pratique, on sera habitué aux règles de syntaxe du langage.

Convention pour les identificateurs

Pour le cours IFT 1810, on suggère :

1. D’utiliser les majuscules pour faciliter l’identification des constantes :

const int MAX_ETUD = 100; /* au maximum : 100 étudiants */
#define TAUX_TPS 0.05     /* 5% pour le taux de TPS */

2. D’utiliser le premier mot en minuscules et le début d’un nouveau mot en majuscules :

int age, nbPieds, nbPouces;
float tailleEnMetre , poidsEnKg;

3. D’utiliser un identificateur de longueur raisonnable et significatif :

• taille au lieu de t (non significatif)

• taille au lieu de laTailleDeLaPersonneATraiter (trop long pour taper !)

4. Éviter les accents, les cédilles,… dans les identificateurs : taillePlusÉlevé, température, . . .

Environnement de travail

Cette étape se fait sur un poste de travail muni d’un compilateur C (ou C++). Exemple : sur un micro-ordinateur avec un compilateur de C++ (comme dans nos laboratoires : wxDevcpp ou Dev-C++).

Une démonstration sera faite en classe au premier cours et/ou au laboratoire, lors de la première démonstration :

1. Éditer le programme :

• Taper le programme.

• Corriger les erreurs de frappe.

• Sauvegarder dans un fichier (document électronique).

2. Compiler le programme :

• Le compilateur traduit le programme C en langage machine.

• Il signale les erreurs de syntaxe.

On utilise l’éditeur pour corriger les erreurs, s’il y a lieu, jusqu’à ce que la compilation se termine avec succès.

3. Exécution du programme :

L’ordinateur exécute les instructions décrites dans le programme.

Si les résultats sont incorrects (une taille de 2.50 mètres pour une personne qui mesure de 5 pieds et 3 pouces, par exemple), il faut réviser l’algorithme.

Si les résultats sont corrects, il suffit d’améliorer, s’il y a lieu, la présentation des résultats à l’écran, la présentation du programme, etc.

Profitez de la première semaine de démonstration pour vous familiariser avec l’environnement de travail. A partir de la deuxième semaine, on peut commencer le premier travail pratique de la session.

Exercices

Exercice 1 :

Énoncé

Faire les étapes nécessaires pour écrire finalement un programme en langage C qui permet :

• De saisir le prix d’un seul article

• De calculer les taxes suivantes :

  • tps : 5 % du prix

  • tvq : 7.5 % du (prix + tps)

  • taxes : total des 2 taxes

• De calculer le prix total à payer

• D’afficher les prix et les taxes

• De saisir le montant donné par le client

• De calculer le change (la monnaie) à lui remettre

• D’afficher les informations voulues

Exécution

L’exécution d’un tel programme sur un micro-ordinateur donne ce qui suit à l’écran :

Tapez le prix de l'article 2.78
TPS       0.14
TVQ       0.22
Prix avec taxes 3.14
Quel est le montant donne par le client ? 10.25
Montant remis parle client : 10.25
Monnaie a remettre : 7.11 $
Appuyez sur une touche pour continuer...

Solution

Écrire un message à l'écran pour demander à l'usager d'entrer le prix de l'article.

Lire prix  (tapé au clavier par l'usager)

tps   <------ prix x TAUX_TPS
tvq   <------ (prix + tps) x TAUX_TVQ

prixAvecTaxes <---- prix + tps + tvq

Écrire à l'écran : prix, tps, tvq,  prixAvecTaxes

Écrire un message à l'écran pour demander à l'usager d'entrer le montant donné par le client
Lire montantRemis (tapé au clavier par l'usager)

monnaie <----- montantRemis – prixTotal

Écrire à l'écran : montantRemis, monnaie

Exercice 2 :

Écrire un programme qui permet de saisir la longueur et la largeur d’un rectangle et qui calcule le périmètre et la surface de ce rectangle. Voici les informations pour le traitement :

• Votre programme doit afficher les informations sur le rectangle en question.

• Quelles sont les données?

  • La largeur et la longueur.

• Quels sont les résultats?

  • Le périmètre et la surface.

• Le traitement devra s’effectuer de la façon suivante :

  • Périmètre = 2 * (longueur + largeur)

  • Surface = longueur * largeur

Solution

Lire longueur, largeur

Calculer perimetre: perimetre <---- 2 * (longueur + largeur)
Calculer surface:   surface <---- longueur * largeur 

Afficher longueur
Afficher largeur
Afficher perimetre
Afficher surface

#include <stdio.h>  

 /* Auteurs : Tremblay Nicole,  Section E et
              Bérubé Yves,      Section F

     Date : 13 septembre 2009

     But : Ce programme permet de saisir la longueur et la largeur
           d'un rectangle. 

           On calcule le périmètre et la surface :
               perimetre = 2 x (longueur + largeur)
               surface = longueur x largeur

           On affiche les informations du rectangle
  */

int main()
{
   float longueur, largeur, perimetre, surface;

   /* Saisie des coordonnées du rectangle */
   printf("Entrez la longueur et la largeur du rectangle ");
   scanf("%f%f", &longueur, &largeur);

   /* Calcul du périmètre : */
   perimetre = 2 * (longueur + largeur);

   /* Calcul de la surface : */
   surface = longueur * largeur;

   /* Affichage : */
   printf("Informations du rectangle : \n");
   printf("   La longueur     : %8.2f\n", longueur);
   printf("   La largeur      : %8.2f\n", largeur);
   printf("   Le perimetre    : %8.2f\n", perimetre);
   printf("   La surface      : %8.2f\n", surface);
   
   return 0;
}

Exécution

Entrez la longueur et la largeur du rectangle 8.6 3.4
Informations du rectangle :
   La longueur     :     8.60
   La largeur      :     3.40
   Le perimetre    :    24.00
   La surface      :    29.24
Appuyez sur une touche pour continuer...

Exercice 3 (sans solution)

Faire les étapes nécessaires pour écrire finalement un programme en langage C qui permet :

• De saisir le rayon d’un cercle

• De calculer et d’afficher à l’écran

Le périmètre (2 x PI x Rayon dont PI vaut 3.14159)

La surface (PI x Rayon x Rayon)

Allure d’un programme simple

Un programme simple écrit en langage C comporte souvent :

1. Des fichiers d’en-tête (header file):

#include <xxxx.h>

2. Des déclarations “globales” (à voir plus tard dans le cours)

3. Une fonction principale (main) qui contient des déclarations et des instructions en langage C

4. Des sous-programmes (en langage C on n’a que des fonctions qui se trouvent avant et/ou après la fonction principale : à étudier plus tard.

5. Des commentaires sur une ou plusieurs lignes : entre /* et */ (en langage C, en langages C++, C# et Java)

6. On ajoute aussi des courts commentaires (commentaires en ligne) : fin de la ligne = fin de commentaire

int nbPieds ; // le nombre de pieds dans une taille

Veuillez revoir les exemples au début du chapitre.