Initiation pragmatique au langage C
Date de publication : 28 mai 2008 , Date de mise à jour : 16 avril 2009
Par
Emmanuel Delahaye (Site d'Emmanuel Delahaye)
Présentation des bases du langage C par une approche progressive, mais concrète et basée sur l'expérimentation.
Ces bases sont suivies d'un glossaire de termes courants en programmation C.
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I. Introduction
II. Programme minimum
II-A. Analyse détaillée
III. Un programme qui dit "bonjour"
IV. Glossaire
IV-A. Bit
IV-B. Byte
IV-C. Caractère
IV-D. Chaîne de caractères
IV-E. Comportement indéfini
IV-F. Fonction
IV-G. Flux
IV-H. Paramètre
IV-I. Préprocesseur
IV-J. printf()
IV-J-1. Les principaux formateurs de printf()
IV-J-2. Exemples d'utilisation de printf()
IV-K. Prototype
IV-L. sizeof
IV-M. Tableau
IV-N. Type
I. Introduction
Il existe de nombreuses façons d'expliquer les bases d'un langage de programmation. J'ai choisi une approche
progressive, mais concrète et basée sur l'expérimentation. Les informations données ne prétendent
pas être exhaustives, et font référence à la définition du langage C selon la norme ISO/IEC 9899:1990
(appelée aussi C90).
Le langage C est un langage normalisé qui comprend des instructions de
préprocesseur,
des instructions C, et des symboles dont la sémantique peut varier selon le contexte.
II. Programme minimum
Voici le programme C le plus simple que l'on puisse écrire.
int main (void)
{
return 0;
}
|
Ce programme est composé de plusieurs mots clés faisant partie du langage C : int,
void et return
Il utilise aussi 5 symboles syntaxiques, à savoir (, ), {, } et ;. Enfin, il utilise
un mot défini par l'utilisateur : main
Ce programme ne fait rien de visible. Cependant, il met en œuvre la structure de code de base du langage
C, à savoir la
fonction.
II-A. Analyse détaillée
Nous allons étudier les mots et le symboles qui constituent le programme dans l'ordre de leur apparition.
int est un
type.
Ici, il qualifie la valeur retournée par la fonction.
main est un identificateur défini par l'utilisateur. Utilisé dans ce contexte, il désigne le nom de la
fonction. Cet identificateur a cependant un sens particulier. Il designe le point d'entrée du programme.
Cela signifie qu'un programme C commencera toujours par un appel 'invisible' à la fonction main().
Cet appel provient de la séquence d'initialisation du programme. Les détails dépendent de l'implémentation,
mais, d'une manière simplifiée, voici quel est le déroulement des opérations:
-
chargement du logiciel
-
exécution du code d'initialisation ("boot")
-
appel de l'application (CALL MAIN)
-
exécution de l'application, jusqu à la fin de main()
-
exécution du code de fin
-
retour au système.
void est un mot clé qui signifie 'rien' ou 'absence de'. Ici, il sert à
indiquer que la fonction n'a pas de
paramètres.
return est un mot clé qui signifie "quitter la fonction courante". Si la
fonction n'a pas de type de retour (type void) on peut utiliser
return tout seul suivit d'un point-virgule. Sinon, il doit être suivi d'une
valeur et d'un point-virgule. La valeur doit être du type qui a été défini pour la fonction.
Cette valeur peut avoir un sens particulier. Il est d'usage de retourner 0 pour signifier que tout va
bien (pas d'erreur) et une valeur autre que 0 pour signifier une erreur.
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L'usage d'un 'return' sans valeur de retour dans une fonction qui attend une valeur de retour
provoque un comportement indéfini.
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III. Un programme qui dit "bonjour"
Voici une version un peu plus élaborée, qui se contente d'afficher une simple phrase ("Hello world!")
sur la sortie standard (généralement l'écran).
#include <stdio.h>
int main (void)
{
puts ("Hello world!");
return 0;
}
|
Dans ce programme, on constate l'ajout du mot clé #include et de son paramètre
<stdio.h>, ainsi que la fonction puts(). et de son paramètre "Hello world!".
On remarque que le mot clé #include commence par un '#'. En effet, ce mot
clé appartient à la famille des commandes du préprocésseur, dont une caractéristique est justement
de commencer par '#'.
#include <stdio.h> signifie que le fichier
indiqué en paramètre est inclus dans le code source. Cette opération (ainsi que toutes les opérations
du préprocesseur) est effectuée avant la traduction du code.
Cette opération d'inclusion est rendue nécessaire à cause de l'appel à la fonction puts(). En effet,
il est recommandé (et parfois obligatoire) de fournir au compilateur un
prototype
à la fonction utilisée :
La fonction puts() appartient à la bibliothèque standard du langage C, qui fait partie intégrante du
langage. La définition du prototype de cette fonction se trouvant dans le fichier d'en-tête <stdio.h>, il est donc tout à fait logique d'inclure ce fichier dans
le fichier source.
Cette fonction a pour effet d'émettre la chaîne de caractères passée en paramètre vers le
flux
de sortie standard. Elle ajoute automatiquement un caractère de fin de ligne.
A première vue, le paramètre de cette fonction est une
chaîne de caractères, En fait, c'est l'adresse de celle-ci. C'est pourquoi le paramètre de
fputs() est défini comme un pointeur sur un type
char. En effet, un
pointeur est une variable qui peut contenir une adresse.
Le qualificateur const signifie que la fonction accepte l'adresse d'une
chaîne non modifiable, car elle s'engage à ne pas modifier la chaîne pointée, ni à passer son adresse
à une fonction qui pourrait la modifier.
IV. Glossaire
IV-A. Bit
Le bit (BInary digiT) ou chiffre binaire est l'unité de mesure d'information. Il peut prendre 2 valeurs : 0 ou 1.
IV-B. Byte
Le byte (ou multiplet) est le plus petit objet adressable pour une implémentation donnée. En langage C, il fait au moins huit
bits.
IV-C. Caractère
Un caractère est une valeur numérique qui représente un glyphe visible ('A', '5', '*' etc.) ou non (CR,
LF etc.). Un caractère est de type int. Cependant, sa valeur tient
obligatoirement dans un type char.
Un objet de la taille d'un byte peut recevoir la valeur de n'importe quel caractère.
IV-D. Chaîne de caractères
Une chaîne de caractères est une séquence de
caractères
encadrée de double quotes.
La représentation interne d'une chaîne de caractères est spécifiée. C'est un
tableau
de char terminé par un 0.
est équivalent à :
char s[] = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', 0};
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IV-E. Comportement indéfini
Un comportement indéfini (encore appelé Undefined Behaviour ou UB) est un bug grave. Il
signifie que le comportement du programme est imprévisible et que tout peut arriver, y compris,
et c'est ça qui rend ce bug très dangereux, un comportement d'apparence conforme.
Il n'existe pas de moyen automatique de détecter tous les UB d'un programme. Seul un contrôle visuel
fait par une personne chevronnée permet de détecter un tel bug.
IV-F. Fonction
Une fonction est une séquence d'instructions dans un bloc nommé. Une fonction est constituée de la séquence
suivante :
-
Un type (ou le mot clé void)
-
Un identificateur (le nom de la fonction, ici main)
-
Une parenthèse ouvrante (
-
Une liste de paramètres ou une liste vide (dans ce cas, on écrit void)
-
Une parenthèse fermante )
-
Une accolade ouvrante {
-
Une liste d'instructions terminée par un point virgule ;, ou rien
-
Une accolade fermante }
L'utilisateur peut créer ses propres fonctions. Une fonction peut appeler une autre fonction. Généralement,
une fonction réalisera une opération bien précise. L'organisation hiérarchique des fonctions permet
un raffinement en partant du niveau le plus élévé (main()) en en allant au niveau le plus élémentaire
(atomique).
On gardera cependant en tête que la multiplication des niveaux introduit une augmentation de la taille
du code et du temps de traitement.
Une fonction ne peut être appelée qu'à partir d'une autre fonction.
IV-G. Flux
Un flux est un canal de données orienté
byte.
Il permet de réaliser des entrées ou des sorties de bytes, soit un par un, soit par bloc.
C'est le mécanisme du langage C qui permet l'interaction avec l'environnement.
Un programme C ouvre 3 flux par défaut :
-
stdin : le flux d'entrée standard
-
stdout : le flux de sortie standard
-
stderr : le flux de sortie d'erreur
Sur la plupart des implémentations, ces flux sont connectés à la console.
IV-H. Paramètre
La zone entre parenthèses d'une fonction peut recevoir des paramètres. Un paramètre est défini au minimum
par un
type et un identificateur.
Exemple :
x est un paramètre de type int. Il est obligatoire, et la valeur passée
doit être du même type.
...
{
fonction (123);
}
...
{
int a = 123;
fonction (a);
}
|
Il faut savoir qu'en C, un paramètre ne fait que transmettre
une valeur. Modifier la valeur d'un paramètre n'aura jamais d'effet
sur la valeur originale. (la fonction
printf() permet ici de visualiser la contenu des variables a et x) :
#include <stdio.h>
void fonction (int x)
{
printf ("x = %d (dans la fonction)\n", x);
x = 456;
printf ("x = %d (dans la fonction)\n", x);
}
int main (void)
{
int a = 123;
printf ("a = %d\n", a);
fonction (a);
printf ("a = %d\n", a);
return 0;
}
|
Après l'appel de la fonction, la valeur de 'a' est inchangée (123).
a = 123
x = 123 (dans la fonction)
x = 456 (dans la fonction)
a = 123
|
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Le langage C permet la modification, mais en utilisant des techniques plus avancées.
|
IV-I. Préprocesseur
Le préprocesseur est un outil qui traduit certaines instructions du code source avant le compilateur.
Les instructions du préprocesseur commencent par #. Par exemple #include
IV-J. printf()
printf() est une fonction standard de la bibliothèque du la biliothèque du C.
Elle est conçue pour émettre des chaînes de caractères formatées vers la sortie
standard (stdout). Elle est déclarée dans le fichier d'entête <stdio.h>.
Pour l'utiliser, on doit utiliser la directive #include <stdio.h>.
Cette puissante fonction permet de réaliser des affichages formatés.
Sa descrition complète prendrait un chapitre entier. Voici donc quelques éléments de base.
Elle fonctionne selon un principe un peu particulier :
Son premier paramètre est une chaîne de caractères pouvant comporter
des séquences spéciales commençant par "%". Le caractère qui suit le
"%" a une signification particulière. Certaines sont définies (%, d, i, f, s, c etc.),
d'autres non. Le rôle est cette séquence de caractères est d'indiquer à printf() comment
il doit interpréter les valeurs passées dans les paramètres suivants. Il doit y avoir
correspondance, sinon, le comportement est indéfini.
IV-J-1. Les principaux formateurs de printf()
| Formateur de base | Rôle | Type attendu | Types compatibles |
| % | affiche le glyphe du caractère % | int | short, char |
| c | affiche le glyphe d'un caractère imprimable | int | short, char |
| d | affiche la valeur d'un entier en décimal | int | short, char |
| f | affiche la valeur d'un réel en décimal avec virgule fixe | double | float |
| s | affiche les glyphes d'une chaîne de caractères | char * | |
IV-J-2. Exemples d'utilisation de printf()
#include <stdio.h>
int main (void)
{
printf ("%c\n", 'A');
printf ("%d\n", 123);
printf ("%d, '%c'\n", 'A', 'A');
printf ("Hello world\n");
printf ("Hello %s\n", "world");
printf ("%s\n", Hello world);
return 0;
}
|
produit :
A
123
65, 'A'
Hello world
Hello world
Hello world
|
Les possibilités complètes de cette puissante fonction sont décrites
dans un livre de C comme ceux recommandés au début de ce chapitre.
IV-K. Prototype
Le prototype d'une fonction est une déclaration indiquant:
-
Le type du retour (ou void si il n'y en a pas)
-
Le nom de la fonction
-
La liste et le type des paramètres (ou void si il n'y en a pas).
Un prototype peut être integré à la fonction. Dans ce cas, il est confondu avec la première ligne de
la fonction :
int function (void)
{
return 0;
}
|
Il peut aussi être détaché (séparé) de la fonction. Dans ce cas, il doit être suivi d'un ';'.
IV-L. sizeof
L'opérateur unaire
sizeof retourne la taille d'un objet en bytes. Le paramètre
de
sizeof peut être un objet ou un
type. Si c'est un type, celui-ci
doit être placé entre parenthèses. Le type retourné par
sizeof est
size_t (entier non signé). L'expression
est une constante évaluée à la compilation.
size_t est un type standard défini dans <stddef.h>.
#include <stddef.h>
size_t size_of_an_int = sizeof (int);
double n;
size_t size_of_n = sizeof n;
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IV-M. Tableau
Un tableau est une suite d'objets identiques consécutifs.
Il est possible d'initialiser un tableau au moment de sa définition. Les membres non initialisés seront
forcés à 0 :
long tab[20] = {0};
double tab[5] = {12.34, 56.78};
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Enfin, il est possible de déterminer la taille d'un tableau par son initialisation. La taille s'ajuste
alors en fonction du nombre d'initialiseurs :
int tab[] = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
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Grâce à l'opérateur
sizeof, il est
possible de déterminer le nombre d'élements d'un tableau. Il suffit de diviser la taille du tableau
(en bytes) par la taille d'un élément du tableau (en bytes) (par exemple, [0], mais la valeur exacte
de l'indice est sans importance).
size_t nb_elem = sizeof tab / sizeof tab[0];
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IV-N. Type
Le type est une des propriétés qui caractérise une valeur. Elle permet de préciser quelle est la gamme
de valeurs possible. La norme qui définit le langage C précise qu'en fonction du type, ces valeurs
doivent couvrir une gamme minimale.
Il y a quatre mots-clés du langage C qui définissent des types :
-
char : petit entier, convient pour les caractères
-
int : pour les valeurs numériques entières
-
float : nombres à virgule flottante en simple précision
-
double : nombres à virgule flottante en double précision
On peut ajouter des mots-clés particuliers pour modifier la plage de valeurs (short, long) et / ou le fait que la valeur soit signée ou non (signed, unsigned), ce qui décale la plage de valeurs. L'ordre n'a pas d'importance, du moment que ces mots sont placés avant l'identificateur de type.
Voici les types entiers courants avec leurs gammes de valeurs minimales. Les termes entre [] sont facultatifs.
|
Type
|
Minimum
|
Maximum
|
|
char
|
0
|
127
|
|
unsigned char
|
0
|
255
|
|
signed char
|
-127
|
127
|
|
[signed] short [int]
|
-32767
|
32767
|
|
unsigned short [int]
|
0
|
65535
|
|
[signed] int
|
-32767
|
32767
|
|
unsigned [int]
|
0
|
65535
|
|
[signed] long [int]
|
-2147483647
|
2147483647
|
|
unsigned long [int]
|
0
|
4294967295
|
Et uniquement en C99 :
|
Type
|
Minimum
|
Maximum
|
|
[signed] long long [int]
|
-9223372036854775807
|
9223372036854775807
|
|
unsigned long long [int]
|
0
|
18446744073709551615
|
On peut mentionner aussi un type défini par l'implémentation, qui est
size_t. C'est le type qui est retourné par l'opérateur
sizeof. Ce type (entier non signé) est conçu pour contenir des informations du genre "taille d'un objet". Par conséquent, il convient aussi aux indices (croissants) des tableaux ainsi qu'aux nombres d'éléments des tableaux.


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