tronc commun
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Présentation de l'art de programmer
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Qu'est-ce que la programmation ?
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programmation
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Description d’un calcul (traitement) dans
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un langage compréhensible par la machine
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(langage de programmation)
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Le processus d'abstraction
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Débuter en programmation n'est pas une chose aisée. Aujourd'hui, la tendance est au
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"bas niveau". Souvent, on se jette dans le grand bain :
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- soit en s'approchant au maximum de la machine (admin système et réseau, noyau
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linux, langage C)
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- soit en faisant du dev web côté backend, ce qui ramène à une administration réseau
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de bas niveau (microservices, monde nodeJS/javascript, etc...)
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Soit on suit un cursus scolaire traditionnel qui commence souvent par une
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explication du fonctionnement d'une machine abstraite de bas niveau, puis en
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allant de plus en plus haut, mais étant sous-entendu qu'il faut rester connecté au
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bas niveau (comprendre comment ça se passe derrière la scène).
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Dans ces deux cas, il est sous-entendu qu'on apprend plus de choses et plus rapidement en mettant
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les mains dans le cambouis, ce qui est vrai bien sûr. Mais cela sous-entend qu'un développeur doit
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rester le nez dans le guidon. Qu'il doit être un expert de son domaine en accumulant des technologies
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sans aucun recul. Bien sûr il se doit d'être un expert du système dans lequel il évolue
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(connaissance du système d'exploitation, binding avec le C, du ramasse miette (garbage
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collector), interaction avec les différentes librairies, gestion et optimisation de la mémoire,
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architecture par microservices, threads...) mais il doit aussi être capable de prendre du recul.
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L'approche algorithmique (algorithmique de pseudo code, algorithmique algébrique et modulaire)
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est un véritable moyen pour le programmeur de prendre du recul : elle commence par se placer du
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côté de l'esprit humain et de ses capacités de compréhension et d'abstraction, elle autorise une
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pensée rationnelle sur l'art de programmer et permet au programmeur d'effectuer les bons choix,
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en connaissance de sa discipline.
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Le lien est fait ensuite avec le plus bas niveau grâce une implémentation effective
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des langages à partir des paradigmes de rationalisation de la penseée (modules,
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objects, généricité, polymorphisme paramétrique...) et d'un outil de communication
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avec la machine qu'on appelle compilateur (dont la description est en dehors de
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l'objectif de ce cours).
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La tendance générale de l'évolution des langages est de se libérer de ces
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contraintes de bas niveau, un peu comme en sciences physiques où les lois physiques
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dépendent de l'échelle d'en dessous (du niveau microscopique/quantique) mais qu'à
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l'échelle du dessus, on n'a pas affaire à des effets de bas niveau (pas d'effets
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quantiques à un niveau macroscopique en général). Ce processus d'évolution est vrai
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aussi dans le monde de la technique informatique lui-même (modèle OSI, comment est
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construite une trame IP, indépendances de chaque couche (transport, payload) entre
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elles). Même la tendance système est à la virtualisation qui accentue encore la
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tendance à s'affranchir du bas niveau (le niveau système), le séparer nettement du
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haut niveau (le niveau applicatif).
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Il apparaît régulièrement de nouveaux langages. Comment s'orienter ? Quel(s)
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langage(s) choisir pour un projet de développement ? Au delà de leurs disparités, la
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conception et la genèse de chacun d'eux procèdent d'une motivation partagée : la
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volonté d'abstraire.
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- **s'abstraire de la machine** : un langage de programmation permet de
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négliger l'aspect *mécanique* de l'ordinateur. On oublie le modèle du
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microprocesseur, jusqu'au système d'exploitation sur lequel sera exécuté
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le programme.
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- **abstraire les erreurs** : Il s'agit ici de garantir la sûreté d'exécution; un
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programme ne doit pas se terminer brutalement ou devenir incohérent en cas d'erreur.
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Un des moyens pour y parvenir est le typage des programmes et la mise
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en oeuvre d'un mécanisme d'exceptions.
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- **abstraire le mode opératoire** : Il s'agit de choisir une représentation, un
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paradigme d'implémentation qui est indépendant du domaine considéré (paradigme
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objet, modulaire, générique, composants...)
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- **abstraire les composants** : Les langages de programmation donnent la
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possibilité de découper une application en différents composants logiciels, plus ou
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moins indépendants et autonomes. La modularité permet une structuration de plus haut
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niveau de l'ensemble d'une application complexe. Les langages à objets constituent
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une autre approche de la réutilisabilité permettant la réalisation très rapide de
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prototypes.
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Description des niveaux d'abstraction par rapport à la machine
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Les langages de haut niveau simplifient le travail du
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programmeur là où les langages de bas niveau permettent de produire un code
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plus efficace.
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- **niveau 0** : le langage machine. Illisible, c'est une suite d'optcode.
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impossible de coder dans ce langage.
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- **niveau 1** : langage d'assemblage. Il reste très dépendant de la machine
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et aujourd'hui il est rare d'en faire, sauf si on code un bootloader par exemple,
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la gestion de l'accès à la mémoire est en réel (le mode protégé n'apparaît que après).
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Il faut gérer les ressources,le langage est très optimisé mais presque impossible
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à maintenir et rendre générique. Aujourd'hui plus personne ne code en assembleur.
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- **niveau 2** : langages dits de **bas niveau** : (exemple : le C, le C++)
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indépendance par rapport à la machine, grande structuration mais très verbeux
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- **niveau 3** : langages dits de **haut niveau** : le raisonnement dans ces
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langages ne dépent plus de la machine, et ils implémentent des paradigmes de
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programmation indépendant de l'état de la mémoire de l'ordinateur,
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ils sont indépendant même du système d'exploitation.
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Qu'est-ce qu'une machine ?
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Une machine, ce truc apparemment si complexe, est en fait
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un assemblage de bric et de brac.
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L'assemblage des connecteurs permet de simuler un additionneur,
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en prenant en compte les propriétés de **reste euclidien**
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de l'addition.
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La structure électronique est composée de :
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- un ordonnanceur.
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- le stockage d'un **état**.
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- une pile d'instruction
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.. glossary::
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adressage
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Dès lors qu'on dispose de ces bases électronique au dessus du processeur,
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un langage d'assemblage est possible, c'est le langage de calcul sur les registres.
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registre
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machines ont un espace mémoire et un espace de calcul (registres)
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Un ordinateur, c'est très très stupide, mais ça permet de disposer de :
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- une mémoire très grande et ordonnée,
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- une capacité à effectuer inlassablement des tâches répétitives
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||||
- une grande rapidité de calcul
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||||
Apprendre à programmer, c'est-à-dire être capable de
|
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contrôler la machine.
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.. important:: Apprendre à programmer, c'est-à-dire apprendre à penser de manière structurée,
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||||
pour pouvoir accessoirement ensuite communiquer avec une machine.
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Compilateur
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Schématiquement, un compilateur est un programme qui traduit un
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programme d’un langage source vers un langage cible, en signalant
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d’éventuelles erreurs.
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Quand on parle de compilation, on pense typiquement à la traduction d’un
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langage de haut niveau (C, Java, Caml, ...) vers le langage machine d’un
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processeur (Intel Pentium, PowerPC, ...)
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- xml (libre office, word) -> postscript (imprimante)
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- postcript -> image
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- syntaxe wiki -> html (Wikipédia...)
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compilation graphique
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passer une description, ça donne un dessin genre ocaml Quilt < mon_dessin.txt
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passer par une api qui permet de causer avec une interface
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**transpiler** : transformation d'un langage de haut niveau vers un autre
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langage de haut niveau.
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- cofee script, typescript -> javascript
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- (babel) javascript -> javascript ES 6
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- python -> javascript
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Un compilateur traduit un programme P en un programme Q tel que
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pour toute entrée x , la sortie de `Q(x)` soit la même que celle de `P(x)`
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Un interprète est un programme qui, étant donné un programme `P` et une
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entrée x , calcule la sortie s de `P(x)`
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Le compilateur fait un travail complexe une seule fois, pour produire un
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code fonctionnant pour n’importe quelle entrée
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L’interprète effectue un travail plus simple, mais le refait sur chaque entrée
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Autre différence : le code compilé est généralement bien plus efficace que
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le code interprété
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Typiquement, le travail d’un compilateur se compose d’une phase d’analyse
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- reconnaît le programme à traduire et sa signification
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- signale les erreurs et peut donc échouer (erreurs de syntaxe, de portée, de typage, etc.)
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Puis d’une phase de synthèse
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- production du langage cible
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- utilise de nombreux langages intermédiaires
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- n’échoue pas
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.. include:: ../../tronCommun/fondement.txt
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Présentation de l'art de programmer
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Qu'est-ce que la programmation ?
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--------------------------------
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programmation
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Description d’un calcul (traitement) dans
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un langage compréhensible par la machine
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(langage de programmation)
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Le processus d'abstraction
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Débuter en programmation n'est pas une chose aisée. Aujourd'hui, la tendance est au
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"bas niveau". Souvent, on se jette dans le grand bain :
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- soit en s'approchant au maximum de la machine (admin système et réseau, noyau
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linux, langage C)
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- soit en faisant du dev web côté backend, ce qui ramène à une administration réseau
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de bas niveau (microservices, monde nodeJS/javascript, etc...)
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Soit on suit un cursus scolaire traditionnel qui commence souvent par une
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explication du fonctionnement d'une machine abstraite de bas niveau, puis en
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allant de plus en plus haut, mais étant sous-entendu qu'il faut rester connecté au
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bas niveau (comprendre comment ça se passe derrière la scène).
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Dans ces deux cas, il est sous-entendu qu'on apprend plus de choses et plus rapidement en mettant
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les mains dans le cambouis, ce qui est vrai bien sûr. Mais cela sous-entend qu'un développeur doit
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rester le nez dans le guidon. Qu'il doit être un expert de son domaine en accumulant des technologies
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sans aucun recul. Bien sûr il se doit d'être un expert du système dans lequel il évolue
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(connaissance du système d'exploitation, binding avec le C, du ramasse miette (garbage
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collector), interaction avec les différentes librairies, gestion et optimisation de la mémoire,
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architecture par microservices, threads...) mais il doit aussi être capable de prendre du recul.
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L'approche algorithmique (algorithmique de pseudo code, algorithmique algébrique et modulaire)
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est un véritable moyen pour le programmeur de prendre du recul : elle commence par se placer du
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côté de l'esprit humain et de ses capacités de compréhension et d'abstraction, elle autorise une
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pensée rationnelle sur l'art de programmer et permet au programmeur d'effectuer les bons choix,
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en connaissance de sa discipline.
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Le lien est fait ensuite avec le plus bas niveau grâce une implémentation effective
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des langages à partir des paradigmes de rationalisation de la penseée (modules,
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objects, généricité, polymorphisme paramétrique...) et d'un outil de communication
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avec la machine qu'on appelle compilateur (dont la description est en dehors de
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l'objectif de ce cours).
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La tendance générale de l'évolution des langages est de se libérer de ces
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contraintes de bas niveau, un peu comme en sciences physiques où les lois physiques
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dépendent de l'échelle d'en dessous (du niveau microscopique/quantique) mais qu'à
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l'échelle du dessus, on n'a pas affaire à des effets de bas niveau (pas d'effets
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quantiques à un niveau macroscopique en général). Ce processus d'évolution est vrai
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aussi dans le monde de la technique informatique lui-même (modèle OSI, comment est
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construite une trame IP, indépendances de chaque couche (transport, payload) entre
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elles). Même la tendance système est à la virtualisation qui accentue encore la
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tendance à s'affranchir du bas niveau (le niveau système), le séparer nettement du
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haut niveau (le niveau applicatif).
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Il apparaît régulièrement de nouveaux langages. Comment s'orienter ? Quel(s)
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langage(s) choisir pour un projet de développement ? Au delà de leurs disparités, la
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conception et la genèse de chacun d'eux procèdent d'une motivation partagée : la
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volonté d'abstraire.
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- **s'abstraire de la machine** : un langage de programmation permet de
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négliger l'aspect *mécanique* de l'ordinateur. On oublie le modèle du
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microprocesseur, jusqu'au système d'exploitation sur lequel sera exécuté
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le programme.
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- **abstraire les erreurs** : Il s'agit ici de garantir la sûreté d'exécution; un
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programme ne doit pas se terminer brutalement ou devenir incohérent en cas d'erreur.
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||||
Un des moyens pour y parvenir est le typage des programmes et la mise
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en oeuvre d'un mécanisme d'exceptions.
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- **abstraire le mode opératoire** : Il s'agit de choisir une représentation, un
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paradigme d'implémentation qui est indépendant du domaine considéré (paradigme
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objet, modulaire, générique, composants...)
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- **abstraire les composants** : Les langages de programmation donnent la
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possibilité de découper une application en différents composants logiciels, plus ou
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moins indépendants et autonomes. La modularité permet une structuration de plus haut
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niveau de l'ensemble d'une application complexe. Les langages à objets constituent
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une autre approche de la réutilisabilité permettant la réalisation très rapide de
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prototypes.
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Description des niveaux d'abstraction par rapport à la machine
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Les langages de haut niveau simplifient le travail du
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programmeur là où les langages de bas niveau permettent de produire un code
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plus efficace.
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- **niveau 0** : le langage machine. Illisible, c'est une suite d'optcode.
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impossible de coder dans ce langage.
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- **niveau 1** : langage d'assemblage. Il reste très dépendant de la machine
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et aujourd'hui il est rare d'en faire, sauf si on code un bootloader par exemple,
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la gestion de l'accès à la mémoire est en réel (le mode protégé n'apparaît que après).
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Il faut gérer les ressources,le langage est très optimisé mais presque impossible
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à maintenir et rendre générique. Aujourd'hui plus personne ne code en assembleur.
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- **niveau 2** : langages dits de **bas niveau** : (exemple : le C, le C++)
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indépendance par rapport à la machine, grande structuration mais très verbeux
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- **niveau 3** : langages dits de **haut niveau** : le raisonnement dans ces
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langages ne dépent plus de la machine, et ils implémentent des paradigmes de
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programmation indépendant de l'état de la mémoire de l'ordinateur,
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ils sont indépendant même du système d'exploitation.
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Qu'est-ce qu'une machine ?
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Une machine, ce truc apparemment si complexe, est en fait
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un assemblage de bric et de brac.
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L'assemblage des connecteurs permet de simuler un additionneur,
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en prenant en compte les propriétés de **reste euclidien**
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de l'addition.
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La structure électronique est composée de :
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- un ordonnanceur.
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- le stockage d'un **état**.
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- une pile d'instruction
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.. glossary::
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adressage
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Dès lors qu'on dispose de ces bases électronique au dessus du processeur,
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un langage d'assemblage est possible, c'est le langage de calcul sur les registres.
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registre
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machines ont un espace mémoire et un espace de calcul (registres)
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Un ordinateur, c'est très très stupide, mais ça permet de disposer de :
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- une mémoire très grande et ordonnée,
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- une capacité à effectuer inlassablement des tâches répétitives
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- une grande rapidité de calcul
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||||
Apprendre à programmer, c'est-à-dire être capable de
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contrôler la machine.
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.. important:: Apprendre à programmer, c'est-à-dire apprendre à penser de manière structurée,
|
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pour pouvoir accessoirement ensuite communiquer avec une machine.
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Compilateur
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Schématiquement, un compilateur est un programme qui traduit un
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programme d’un langage source vers un langage cible, en signalant
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d’éventuelles erreurs.
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Quand on parle de compilation, on pense typiquement à la traduction d’un
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langage de haut niveau (C, Java, Caml, ...) vers le langage machine d’un
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processeur (Intel Pentium, PowerPC, ...)
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- xml (libre office, word) -> postscript (imprimante)
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- postcript -> image
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- syntaxe wiki -> html (Wikipédia...)
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compilation graphique
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passer une description, ça donne un dessin genre ocaml Quilt < mon_dessin.txt
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passer par une api qui permet de causer avec une interface
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**transpiler** : transformation d'un langage de haut niveau vers un autre
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langage de haut niveau.
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- cofee script, typescript -> javascript
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- (babel) javascript -> javascript ES 6
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- python -> javascript
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Un compilateur traduit un programme P en un programme Q tel que
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pour toute entrée x , la sortie de `Q(x)` soit la même que celle de `P(x)`
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Un interprète est un programme qui, étant donné un programme `P` et une
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entrée x , calcule la sortie s de `P(x)`
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Le compilateur fait un travail complexe une seule fois, pour produire un
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code fonctionnant pour n’importe quelle entrée
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L’interprète effectue un travail plus simple, mais le refait sur chaque entrée
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Autre différence : le code compilé est généralement bien plus efficace que
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le code interprété
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Typiquement, le travail d’un compilateur se compose d’une phase d’analyse
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- reconnaît le programme à traduire et sa signification
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- signale les erreurs et peut donc échouer (erreurs de syntaxe, de portée, de typage, etc.)
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Puis d’une phase de synthèse
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- production du langage cible
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- utilise de nombreux langages intermédiaires
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- n’échoue pas
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.. include:: ../../tronCommun/fondement.txt
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Les langages de programmation
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langage
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Un langage de
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programmation
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doit permettre d'écrire des
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programmes de bonne qualité
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Un programme doit être :
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- correct
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- robuste
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- lisible, bien documenté
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- facile à modifier, extensible
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Un langage de programmation doit permettre :
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- la programmation structurée
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- la structuration avec les types
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- proposer un mécanisme d’exceptions
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- présenter des caractères de généricité, de polymorphisme et de surcharge
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||||
.. important:: La structuration et l'organisation modulaire sert à maintenir de grands programmes,
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||||
Elles sont une nécessité
|
||||
|
||||
Approche historique et chronologique
|
||||
-------------------------------------
|
||||
|
||||
- Lambda calcul (1930)
|
||||
- machines de Turing (1936)
|
||||
- début des langages vers les années 1950 (A0, Fortran(impératif),
|
||||
Lisp(impératif et fonctionnel), Cobol)
|
||||
- années 60 : Simula (classes), CPL (compilation séparée)
|
||||
- années 70 : C (référence du langage impératif de bas niveau), Pascal
|
||||
(procédures), Smalltalk (programmation orientée objects), Prolog
|
||||
(programmation logique), Scheme (programmation fonctionnelle pure), Modula,
|
||||
C++, Ada, Turbo Pascal, Common Lisp, Eiffel (programmation par contrats)
|
||||
- années 80 : ML, CAML (langages fonctionnels)
|
||||
- années 90 : Perl, Python, Ruby (languages de scripting multi-paradigmes)
|
||||
Haskell (fonctionnel pur), Lua, Delphi, Java (orienté objet, machine
|
||||
virtuelle), PHP (impératif, dédié au web), Erlang (fonctionnel+
|
||||
programmation concurrente), javascript (orienté web, objets par
|
||||
prototypage), OCaml (multi-paradigme, fortement typé, orienté sécurité,
|
||||
programmation générique, fonctionnelle et objets, modulaire et fonctorielle)
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- 2009 : go (google, compilé, typage statique, objets par prototypage,
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prgrammation concurrente), Rust (fondation mozilla, multiparadigme, programmation concurrente)
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Les langages actuellement les plus utilisés dans le monde de l'entreprise sont :
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- javascript/NodeJS (70% du code dans le dépôt github) mais victime de son
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succès (chaos complet des librairies)
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- le go est de plus en plus utilisé, c'est **le** langage qui monte
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actuellement
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- Python, Ruby, lua, autres langages de scripting (de plus en plus utilisés)
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- PHP, Java (stagnants)
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- C, C++ (de moins en moins utilisés)
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Approche par typologie des langages
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- **A0 (1954)** : possibilité de découpage de programmes en
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sous-programmes ;
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- **ALGOL (1958)** : concept de bloc de code (pas forcément nommé) et d'imbrication
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de blocs de code ;
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- **C (1971)** : syntaxe claire et simple, programme fortement structuré ;
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- **C (1980)** : le **code objet**, qui consiste à essayer de faire fonctionner
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||||
un seul jeu d'instructions sur des machines différentes. Avant, le code
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d'assemblage dépendait du processeur, donc il n'y avait pas un seul et unique
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jeu d'instructions ;
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- **1980** : déploiement et succès des langages à objets ;
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- **1983** : turbo pascal (Borland) qui fut le tournant du C,
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propose un IDE (Environnement de Développement Intégré).
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aujourd'hui le turbo pascal a pratiquement disparu mais pas totalement,
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il est soutenu par une communauté open source autour de **Lazarus** ;
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- **depuis les années 90** : deux grands groupes de langages. Les langages à
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objets, et les langages fonctionnels. Les deux mondes s'interpénètrent (les
|
||||
avancées actuelles du web, les microservices (Erlang, Haskell),
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||||
viennent du monde fonctionnel, le NoSQL, etc).
|
||||
Les grandes avancées architecturales (système d'exploitation, linux, etc...)
|
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viennent du monde de l'impératif.
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Approches par modèles de programmation
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--------------------------------------
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- **le mécanisme d'exceptions** : il est possible de rompre l'exécution normale d'un
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programme à un endroit et de la reprendre à un autre endroit du programme prévu à
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||||
cet effet. Ce mécanisme permet de gérer les situations exceptionnelles.
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- **le paradigme impératif** : les entrées-sorties, les modifications physiques de
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||||
valeurs et les structures de contrôle itératives sont possibles.
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- **le paradigme fonctionnel** : manipule les fonctions comme étant des valeurs du
|
||||
langage. Celles-ci peuvent être utilisées en tant que paramètres d'autres fonctions
|
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ou être retournées comme résultat d'un appel de fonction.
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||||
- **le paradigme objet** : La représentation du programme colle à la réalité en
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||||
reproduisant des entités relativement proches des objets réel. Attention, le piège
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est de croire qu'il s'agit *du* paradigme universel puisqu'il reproduit en miroir le
|
||||
réel. **C'est en fait un processus d'abstraction comme un autre**.
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Sûreté du langage, typage
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~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
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Tri par ordre de sûreté croissant :
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0. typage très faible (presque inexistant aujourd'hui) : 42 == "42" == 42.0...
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1. typage dynamique faible : (javascript) (possibilité de changer le prototype
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||||
d'un objet pendant l'éxécution du programme, c'est la fête on peut faire
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n'importe quoi)
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2. typage dynamique fort inféré par le comportement (behavior, duck typing)
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||||
(python, ruby, PHP) Le contenu de la variable détermine le choix du typage
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||||
`var = 0 -> type int`
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||||
3. typage statique déclaré fort (Java)
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||||
`int var = 0 ;` (pas mal mais super lourd, pas **agile** du tout)
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4. langages à types statiques muni d'un moteur d'inférence de types (Ocaml)
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||||
sûreté d'exécution, agilité, sécurité.
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||||
La syntaxe, la lisibilité
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~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
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Importance de la lisibilité (notamment par rapport aux méthodes agiles).
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- courte (python)
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- verbeuse (C)
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- l'importance des mots clef du langage
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- délimiteur de phrase, de blocs (parenthèses, accolades, tabulations, blocs...)
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Langages compilés ou interprétés ?
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.. glossary::
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langage compilé
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une première passe est faite, des validations son effectuées **avant**
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la génération du code objet, cette phase est faite par le compilateur.
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compilateur
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programme qui transforme un langage de haut niveau en un langage de base
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niveau
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- phase d’analyse syntaxique (source -> syntaxe abstraite)
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- phase de synthèse (syntaxe abstraite -> code objet)
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scripting (langage de scripting)
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langage interprèté
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générique (langage)
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Langage à usage générique, qui peut être utilisé dans n'importe quel
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domaine (par opposition au DSL)
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domain specific
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Domain Specific Language, langage destiné à être utilisé dans un
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domaine prédéfini.
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paradigmes
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représentation d'une vision particulière à partir d'un modèle théorique
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impératif
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l'algorithme ressemble à une recette de cuisine,
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c'est-à-dire à une succession d'instructions à exécuter
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les unes à la suite des autres
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fonctionnel
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l'algorithme ne dépend plus de l'ordre d'exécution d'instructions
|
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pas de mélange entre les données et les traitements
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objets (programmation)
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le monde est découpé en catégories
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qui permettent de créer des objets
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**développement par composants**
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les objets sont organisés entre eux par composants suivant des designs patterns,
|
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(patrons de conception)
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garbage collector (ramasse miettes)
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||||
la gestion automatique de la mémoire apparaît en 1989
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machine virtuelle
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portabilité du code (mais diminution en optimisation et performances)
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JIT (just in time compiler)
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code objet, programmes fonctionnant autour de machines virtuelles
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||||
- **le typage statique** : la vérification de la compatibilité entre les types des
|
||||
paramètres formels et des paramètres d'appel est effectuée au moment de la
|
||||
compilation du programme. Dès lors, il n'est pas nécessaire de faire ces
|
||||
vérifications durant l'exécution du programme ce qui accroît son efficacité. En
|
||||
outre, la vérification de type permet d'éliminer la plupart des erreurs introduites
|
||||
par maladresse ou étourderie et contribue à la sûreté de l'exécution.
|
||||
|
||||
- **le typage dynamique** : la vérification de la compatibilité entre les types des
|
||||
paramètres formels et des paramètres d'appel est effectuée au moment de l'exécution
|
||||
ou de l'appel à certaines parties de codes du programme.
|
||||
|
||||
- **le polymorphisme paramétrique** : une fonction ou un objet qui n'explore pas la
|
||||
totalité de la structure d'un de ses arguments accepte que celui-ci ait un type non
|
||||
entièrement déterminé. Ce paramètre est alors dit polymorphe. Cette particularité
|
||||
permet de développer un code générique utilisable pour des structures de données
|
||||
différentes tant que la représentation exacte de cette structure n'a pas besoin
|
||||
d'être connue par le code en question. L'algorithme de typage est à même de faire
|
||||
cette distinction.
|
||||
|
||||
- **l'inférence de types** : le programmeur n'a besoin de donner aucune information
|
||||
de type à l'intérieur de son programme. Le langage se charge seul de déduire du code
|
||||
le type le plus général des expressions et des déclarations qui y figurent. Cette
|
||||
inférence est effectuée conjointement à la vérification, lors de la compilation du
|
||||
programme.
|
||||
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||||
Les grands paradigmes de programmation
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---------------------------------------
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Le paradigme des objets
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~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
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- 1962 (SIMULA) : premières notions de classes ;
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||||
Puis, une dizaine d'années plus tard :
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||||
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||||
- C++ : intégration des classes pour le C ;
|
||||
- turbo pascal : intégration des classes pour le pascal ;
|
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||||
Tous les langages actuels ont intégré des traits objets mais de manière très
|
||||
différentes :
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- perl (1987)
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- python (1991)
|
||||
- Ruby (1993)
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||||
- L'implémentation des objets en python est très proche des notions initiales de
|
||||
classes issues du Smaltalk et présente une tentative très intéressante
|
||||
d'unification des objets et des types depuis python 2.2 ;
|
||||
|
||||
- Java (1995) : très grosse réussite industrielle en surfant sur la vague de la
|
||||
programmation objet, et des machines virtuelles, mais en fait et avec le recul,
|
||||
doté d'un support objet lourd et alambiqué.
|
||||
Le monde Java est lourd, avec des outils consommant beaucoup de mémoire et
|
||||
qui ne satisfont pas à la règle du KISS (Keep It Simple, Stupid) ;
|
||||
|
||||
|
||||
Il n'y a pas **une** POO (Programmation Objet), il y a des POO.
|
||||
Les implémentations objets dans les langages sont riches et variées :
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||||
- objets obligatoirement construits pas des classes (Java, C++, ...)
|
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- objets sans définition de classes (javascript, Ocaml, go, rust)
|
||||
- langages à attributs (python)
|
||||
- langages ou le type des objets est défini par leur classe (python, ruby)
|
||||
- langages ou le type des objets est différent du type de leur classe (Ocaml)
|
||||
- objets sans classes mais construits par des prototypes (javascript)
|
||||
- construction d'objets possibles objets sans classe du tout (Ocaml)
|
||||
- encapsulation des attributs des objets (Java, Ocaml, C++, PHP)
|
||||
- pas d'encapsulation des attributs (python, ruby, javascript...)
|
||||
|
||||
Le paradigme impératif
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~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
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Un programme est une suite d'états de la mémoire de l'ordinateur,
|
||||
c'est la suite logique des machines de Turing.
|
||||
La plupart des programmeur aujourd'hui raisonnent suivant ce paradigme,
|
||||
et ont une très faible visibilité par rapport aux autres paradigmes existants.
|
||||
Seuls les programmeurs cultivés sont aujourd'hui capable de raisonner
|
||||
suivant différents paradigmes, ce sont des programmeurs chevronnés et
|
||||
cultivés.
|
||||
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||||
Le paradigme fonctionnel
|
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~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
|
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||||
La notion de fonction que possède sous une forme ou une autre la plupart des
|
||||
langages est empruntée aux mathématiques et non à l'électronique. D'une manière
|
||||
générale, les langages substituent des modèles formels aux conceptions purement
|
||||
calculatoires. Ils y gagnent en expressivité. Certains langages fondent leur
|
||||
paradigme de programmation sur l'abstraction entrée-traitement-sortie, donc sur le
|
||||
**mathème fonctionnel** et pas sur la boite noire électronique. La fonction
|
||||
mathématique apporte un niveau opératoire dans le traitement de l'information.
|
||||
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||||
|
||||
Approche par fonctionnalités
|
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----------------------------
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||||
Plusieurs domaines de l'informatique on proposé/imposé des méthodologies,
|
||||
des manières de faire. Ces modèles de programmation on fortement influencé
|
||||
en retour les langages. On reconnaît aujourd'hui :
|
||||
|
||||
- Le modèle client-serveur
|
||||
- Le modèle de programmation concurrente (exécution de processus légers, threads) :
|
||||
- Le modèle de développement d'une application de bureau (MVC, ergonomie d'interface)
|
||||
- Le modèle de développement web (communiquer sur le réseau Internet, API
|
||||
REST, microservices...)
|
||||
- Le modèle de programmation système et réseau
|
||||
- le modèle **Dev Ops** et les méthodes de développement virtualisés
|
||||
- les langages présentant des **fonctionnalités agiles**
|
||||
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||||
Conclusion
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-----------
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||||
Les langages de haut niveau sont caractérisés par
|
||||
des concepts tels que :
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- déclaration de valeurs, types, expressions, portée
|
||||
- expressions, variables, instructions, structures de contrôle
|
||||
- fonctions, procédures, fermetures
|
||||
- encapsulation, modules, objets
|
||||
|
||||
=========== ============
|
||||
Paradigmes Concepts
|
||||
=========== ============
|
||||
impératif variables, procédures, modules
|
||||
objets classes, méthodes, héritage, surcharge
|
||||
fonctionnel fonctions, fermetures, modules
|
||||
logique prédicats, modules
|
||||
concurrent tâche/processus, communication
|
||||
=========== ============
|
||||
.. include:: ../../tronCommun/langage.txt
|
||||
|
||||
198
algo/tronCommun/fondement.txt
Normal file
198
algo/tronCommun/fondement.txt
Normal file
@ -0,0 +1,198 @@
|
||||
Présentation de l'art de programmer
|
||||
====================================
|
||||
|
||||
Qu'est-ce que la programmation ?
|
||||
--------------------------------
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||||
|
||||
programmation
|
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Description d’un calcul (traitement) dans
|
||||
un langage compréhensible par la machine
|
||||
(langage de programmation)
|
||||
|
||||
Le processus d'abstraction
|
||||
--------------------------
|
||||
|
||||
Débuter en programmation n'est pas une chose aisée. Aujourd'hui, la tendance est au
|
||||
"bas niveau". Souvent, on se jette dans le grand bain :
|
||||
|
||||
- soit en s'approchant au maximum de la machine (admin système et réseau, noyau
|
||||
linux, langage C)
|
||||
|
||||
- soit en faisant du dev web côté backend, ce qui ramène à une administration réseau
|
||||
de bas niveau (microservices, monde nodeJS/javascript, etc...)
|
||||
|
||||
Soit on suit un cursus scolaire traditionnel qui commence souvent par une
|
||||
explication du fonctionnement d'une machine abstraite de bas niveau, puis en
|
||||
allant de plus en plus haut, mais étant sous-entendu qu'il faut rester connecté au
|
||||
bas niveau (comprendre comment ça se passe derrière la scène).
|
||||
|
||||
Dans ces deux cas, il est sous-entendu qu'on apprend plus de choses et plus rapidement en mettant
|
||||
les mains dans le cambouis, ce qui est vrai bien sûr. Mais cela sous-entend qu'un développeur doit
|
||||
rester le nez dans le guidon. Qu'il doit être un expert de son domaine en accumulant des technologies
|
||||
sans aucun recul. Bien sûr il se doit d'être un expert du système dans lequel il évolue
|
||||
(connaissance du système d'exploitation, binding avec le C, du ramasse miette (garbage
|
||||
collector), interaction avec les différentes librairies, gestion et optimisation de la mémoire,
|
||||
architecture par microservices, threads...) mais il doit aussi être capable de prendre du recul.
|
||||
|
||||
L'approche algorithmique (algorithmique de pseudo code, algorithmique algébrique et modulaire)
|
||||
est un véritable moyen pour le programmeur de prendre du recul : elle commence par se placer du
|
||||
côté de l'esprit humain et de ses capacités de compréhension et d'abstraction, elle autorise une
|
||||
pensée rationnelle sur l'art de programmer et permet au programmeur d'effectuer les bons choix,
|
||||
en connaissance de sa discipline.
|
||||
|
||||
Le lien est fait ensuite avec le plus bas niveau grâce une implémentation effective
|
||||
des langages à partir des paradigmes de rationalisation de la penseée (modules,
|
||||
objects, généricité, polymorphisme paramétrique...) et d'un outil de communication
|
||||
avec la machine qu'on appelle compilateur (dont la description est en dehors de
|
||||
l'objectif de ce cours).
|
||||
|
||||
La tendance générale de l'évolution des langages est de se libérer de ces
|
||||
contraintes de bas niveau, un peu comme en sciences physiques où les lois physiques
|
||||
dépendent de l'échelle d'en dessous (du niveau microscopique/quantique) mais qu'à
|
||||
l'échelle du dessus, on n'a pas affaire à des effets de bas niveau (pas d'effets
|
||||
quantiques à un niveau macroscopique en général). Ce processus d'évolution est vrai
|
||||
aussi dans le monde de la technique informatique lui-même (modèle OSI, comment est
|
||||
construite une trame IP, indépendances de chaque couche (transport, payload) entre
|
||||
elles). Même la tendance système est à la virtualisation qui accentue encore la
|
||||
tendance à s'affranchir du bas niveau (le niveau système), le séparer nettement du
|
||||
haut niveau (le niveau applicatif).
|
||||
|
||||
Il apparaît régulièrement de nouveaux langages. Comment s'orienter ? Quel(s)
|
||||
langage(s) choisir pour un projet de développement ? Au delà de leurs disparités, la
|
||||
conception et la genèse de chacun d'eux procèdent d'une motivation partagée : la
|
||||
volonté d'abstraire.
|
||||
|
||||
- **s'abstraire de la machine** : un langage de programmation permet de
|
||||
négliger l'aspect *mécanique* de l'ordinateur. On oublie le modèle du
|
||||
microprocesseur, jusqu'au système d'exploitation sur lequel sera exécuté
|
||||
le programme.
|
||||
|
||||
- **abstraire les erreurs** : Il s'agit ici de garantir la sûreté d'exécution; un
|
||||
programme ne doit pas se terminer brutalement ou devenir incohérent en cas d'erreur.
|
||||
Un des moyens pour y parvenir est le typage des programmes et la mise
|
||||
en oeuvre d'un mécanisme d'exceptions.
|
||||
|
||||
- **abstraire le mode opératoire** : Il s'agit de choisir une représentation, un
|
||||
paradigme d'implémentation qui est indépendant du domaine considéré (paradigme
|
||||
objet, modulaire, générique, composants...)
|
||||
|
||||
- **abstraire les composants** : Les langages de programmation donnent la
|
||||
possibilité de découper une application en différents composants logiciels, plus ou
|
||||
moins indépendants et autonomes. La modularité permet une structuration de plus haut
|
||||
niveau de l'ensemble d'une application complexe. Les langages à objets constituent
|
||||
une autre approche de la réutilisabilité permettant la réalisation très rapide de
|
||||
prototypes.
|
||||
|
||||
Description des niveaux d'abstraction par rapport à la machine
|
||||
---------------------------------------------------------------
|
||||
|
||||
Les langages de haut niveau simplifient le travail du
|
||||
programmeur là où les langages de bas niveau permettent de produire un code
|
||||
plus efficace.
|
||||
|
||||
- **niveau 0** : le langage machine. Illisible, c'est une suite d'optcode.
|
||||
impossible de coder dans ce langage.
|
||||
|
||||
- **niveau 1** : langage d'assemblage. Il reste très dépendant de la machine
|
||||
et aujourd'hui il est rare d'en faire, sauf si on code un bootloader par exemple,
|
||||
la gestion de l'accès à la mémoire est en réel (le mode protégé n'apparaît que après).
|
||||
Il faut gérer les ressources,le langage est très optimisé mais presque impossible
|
||||
à maintenir et rendre générique. Aujourd'hui plus personne ne code en assembleur.
|
||||
|
||||
- **niveau 2** : langages dits de **bas niveau** : (exemple : le C, le C++)
|
||||
indépendance par rapport à la machine, grande structuration mais très verbeux
|
||||
|
||||
- **niveau 3** : langages dits de **haut niveau** : le raisonnement dans ces
|
||||
langages ne dépent plus de la machine, et ils implémentent des paradigmes de
|
||||
programmation indépendant de l'état de la mémoire de l'ordinateur,
|
||||
ils sont indépendant même du système d'exploitation.
|
||||
|
||||
Qu'est-ce qu'une machine ?
|
||||
---------------------------
|
||||
|
||||
Une machine, ce truc apparemment si complexe, est en fait
|
||||
un assemblage de bric et de brac.
|
||||
|
||||
L'assemblage des connecteurs permet de simuler un additionneur,
|
||||
en prenant en compte les propriétés de **reste euclidien**
|
||||
de l'addition.
|
||||
|
||||
La structure électronique est composée de :
|
||||
|
||||
- un ordonnanceur.
|
||||
- le stockage d'un **état**.
|
||||
- une pile d'instruction
|
||||
|
||||
.. glossary::
|
||||
|
||||
adressage
|
||||
|
||||
Dès lors qu'on dispose de ces bases électronique au dessus du processeur,
|
||||
un langage d'assemblage est possible, c'est le langage de calcul sur les registres.
|
||||
|
||||
registre
|
||||
|
||||
machines ont un espace mémoire et un espace de calcul (registres)
|
||||
|
||||
Un ordinateur, c'est très très stupide, mais ça permet de disposer de :
|
||||
|
||||
- une mémoire très grande et ordonnée,
|
||||
- une capacité à effectuer inlassablement des tâches répétitives
|
||||
- une grande rapidité de calcul
|
||||
|
||||
Apprendre à programmer, c'est-à-dire être capable de
|
||||
contrôler la machine.
|
||||
|
||||
.. important:: Apprendre à programmer, c'est-à-dire apprendre à penser de manière structurée,
|
||||
pour pouvoir accessoirement ensuite communiquer avec une machine.
|
||||
|
||||
Compilateur
|
||||
-----------
|
||||
|
||||
Schématiquement, un compilateur est un programme qui traduit un
|
||||
programme d’un langage source vers un langage cible, en signalant
|
||||
d’éventuelles erreurs.
|
||||
|
||||
Quand on parle de compilation, on pense typiquement à la traduction d’un
|
||||
langage de haut niveau (C, Java, Caml, ...) vers le langage machine d’un
|
||||
processeur (Intel Pentium, PowerPC, ...)
|
||||
|
||||
- xml (libre office, word) -> postscript (imprimante)
|
||||
- postcript -> image
|
||||
- syntaxe wiki -> html (Wikipédia...)
|
||||
|
||||
compilation graphique
|
||||
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passer une description, ça donne un dessin genre ocaml Quilt < mon_dessin.txt
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passer par une api qui permet de causer avec une interface
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**transpiler** : transformation d'un langage de haut niveau vers un autre
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langage de haut niveau.
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- cofee script, typescript -> javascript
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- (babel) javascript -> javascript ES 6
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- python -> javascript
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Un compilateur traduit un programme P en un programme Q tel que
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pour toute entrée x , la sortie de `Q(x)` soit la même que celle de `P(x)`
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Un interprète est un programme qui, étant donné un programme `P` et une
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entrée x , calcule la sortie s de `P(x)`
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Le compilateur fait un travail complexe une seule fois, pour produire un
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code fonctionnant pour n’importe quelle entrée
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L’interprète effectue un travail plus simple, mais le refait sur chaque entrée
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Autre différence : le code compilé est généralement bien plus efficace que
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le code interprété
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Typiquement, le travail d’un compilateur se compose d’une phase d’analyse
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- reconnaît le programme à traduire et sa signification
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- signale les erreurs et peut donc échouer (erreurs de syntaxe, de portée, de typage, etc.)
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Puis d’une phase de synthèse
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- production du langage cible
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- utilise de nombreux langages intermédiaires
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- n’échoue pas
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