PROGRAMMATION

La programmation dans le domaine informatique est l'ensemble des activités qui permettent l'écriture des programmes informatiques. C'est une étape importante du développement de logiciels (voire de matériel).

Pour écrire le résultat de cette activité, on utilise un langage de programmation.

Un exemple simple de programme

L'immense majorité des programmes qui s'exécutent sur nos ordinateurs, téléphones et autres outils électroniques sont écrits dans des langages de programmation dits impératifs : les lignes du programme sont exécutées les unes après les autres. Chaque ligne du programme effectue soit une opération simple, soit exécute une fonction qui est elle même une suite d'opérations simples.

Le programme suivant écrit en langage Java (très légèrement simplifié et auquel des commentaires ont été rajoutés), demande simplement à l'utilisateur d'entrer au clavier deux nombres entiers, et affiche leur quotient.

void main() { // fonction 'main' : c'est toujours ici qu'un programme commence
    // 'int' signifie integer : nombre entier en anglais
    int A, B; // on déclare deux variables A et B qui sont des nombres entiers
    WriteLine("entrez deux entiers : "); // 'WriteLine' permet d'écrire à l'écran
    A = ReadIntFromKeyboard(); // on attend que l'utilisateur tape un entier au clavier, 
                               // et on l'enregistre dans A
    B = ReadIntFromKeyboard(); // puis on fait la même chose pour B
    if (B == 0) {  // si B est égal à 0
        WriteLine("erreur : division par zéro");
    } else { // sinon
        float C = CalculerDivision(A,B); // on exécute la fonction 'CalculerDivision' 
            // que l'on a programmée ci-dessous, 
            // et on enregistre le résultat dans C qui est un 'float' : un nombre à virgule
        WriteLine("le résultat est : " + C); // on affiche C
    }
}
float CalculerDivision(float U, float V) { // U et V sont les paramètres de notre fonction 'CalculerDivision' : ce sont des nombres à virgules (float).
   // et celle-ci renvoie un 'float' : un nombre à virgule
   // dans la fonction 'main', A et B étaient des nombres entiers,
   // U et V sont des copies des valeurs de A et B,
   // et qui ont été converties en nombres à virgule (22 deviendrait simplement 22.0000000)
   float Resultat;
   Resultat = U / V;  // on effectue la division
   return Resultat; /// on renvoie le résultat
}

Dans ce programme les principales fonctionnalités de la programmation impérative sont utilisées : variables de type nombre entier, nombre à virgule, chaîne de caractère, fonction calculant un résultat à partir de paramètres, fonction effectuant une tâche telle qu'afficher un message à l'écran, instruction 'if' permettant d'exécuter un code ou un autre en fonction de la valeur de telle ou telle variable. Dans un programme informatique typique, on trouvera également des boucles 'while' ou 'for' qui permettent d'exécuter un morceau de code en boucle ou simplement un certain nombre de fois, des 'new' pour l'allocation dynamique de données (par exemple des tableaux), et très souvent des éléments de programmation objet permettant de structurer différemment le code et de créer des types de données personnalisés, ou encore des exceptions pour gérer certain cas d'erreurs plus facilement.

On remarque que pour effectuer une tâche très simple, le code informatique est très laborieux, et encore ici on ne traite pas les erreurs (si l'utilisateur tape un mot au lieu d'un nombre), et l'affichage est minimaliste. C'est pourquoi les langages de programmation n'ont jamais cessé d'évoluer, dans le but d'aider le programmeur : qui souhaite réaliser des programmes rapides à s'exécuter, qui de préférence ne buggent pas, et surtout qui soient le plus simple à écrire.

Une brève histoire de la programmation

La première machine programmable (c’est-à-dire machine dont les possibilités changent quand on modifie son « programme ») est probablement le métier à tisser de Jacquard, qui a été réalisé en 1801. La machine utilisait une suite de cartons perforés. Les trous indiquaient le motif que le métier suivait pour réaliser un tissage ; avec des cartes différentes le métier produisait des tissages différents. Cette innovation a été ensuite améliorée par Herman Hollerith d'IBM pour le développement de la fameuse carte perforée d'IBM.

En 1936, la publication de l'article fondateur de la science informatique On Computable Numbers with an Application to the Entscheidungsproblem¹ par Alan Mathison Turing allait donner le coup d'envoi à la création de l'ordinateur programmable. Il y présente sa machine de Turing, le premier calculateur universel programmable, et invente les concepts et les termes de programmation et de programme.

Les premiers programmes d'ordinateur étaient réalisés avec un fer à souder et un grand nombre de tubes à vide (plus tard, des transistors). Les programmes devenant plus complexes, cela est devenu presque impossible, parce qu'une seule erreur rendait le programme entier inutilisable. Avec les progrès des supports de données, il devient possible de charger le programme à partir de cartes perforées, contenant la liste des instructions en code binaire spécifique à un type d'ordinateur particulier. La puissance des ordinateurs augmentant, on les utilisa pour faire les programmes, les programmeurs préférant naturellement rédiger du texte plutôt que des suites de 0 et de 1, à charge pour l'ordinateur d'en faire la traduction lui-même.

Avec le temps, de nouveaux langages de programmation sont apparus, faisant de plus en plus abstraction du matériel sur lequel devaient tourner les programmes. Ceci apporte plusieurs facteurs de gains : ces langages sont plus faciles à apprendre, un programmeur peut produire du code plus rapidement, et les programmes produits peuvent tourner sur différents types de machines.

Phases de création d'un programme

Conception

La phase de conception définit le but du programme. Si on fait une rapide analyse fonctionnelle d'un programme, on détermine essentiellement les données qu'il va traiter (données d'entrée), la méthode employée (appelée l'algorithme), et le résultat (données de sortie). Les données d'entrée et de sortie peuvent être de nature très diverses. On peut décrire la méthode employée pour accomplir le but d'un programme à l'aide d'un algorithme. La programmation procédurale et fonctionnelle est basée sur l'algorithmique. On retrouve en général les mêmes fonctionnalités de base :

Pour la programmation impérative

"Si"

Si prédicat

Alors faire ceci

Sinon faire cela

"Tant que"

Tant que prédicat

Faire ...

"Pour"

Pour variable allant de borne inférieure à borne supérieure

Faire ...

"Pour" (variante)

Pour variable dans conteneur

faire ...

Codage

Une fois l'algorithme défini, l'étape suivante est de coder le programme. Le codage dépend de l'architecture sur laquelle va s'exécuter le programme, de compromis temps-mémoire, et d'autres contraintes. Ces contraintes vont déterminer quel langage de programmation utiliser pour "convertir" l'algorithme en code source.

Transformation du code source

Le code source n'est (presque) jamais utilisable tel quel. Il est généralement écrit dans un langage "de haut niveau", compréhensible pour l'homme, mais pas pour la machine.

Compilation

Certains langages sont ce qu'on appelle des langages compilés. En toute généralité, la compilation est l'opération qui consiste à transformer un langage source en un langage cible. Dans le cas d'un programme, le compilateur va transformer tout le texte représentant le code source du programme, en code compréhensible pour la machine, appelé code machine.

Dans le cas de langages dits compilés, ce qui est exécuté est le résultat de la compilation. Une fois effectuée, l'exécutable obtenu peut être utilisé sans le code source.

Il faut également noter que le résultat de la compilation n'est pas forcément du code machine correspondant à la machine réelle, mais peut être du code compris par une machine virtuelle (c'est-à-dire un programme simulant une machine), auquel cas on parlera de bytecode. C'est par exemple le cas en Java. L'avantage est que, de cette façon, un programme peut fonctionner sur n'importe quelle machine réelle, du moment que la machine virtuelle existe pour celle-ci.

Dans le cas d'une requête SQL, la requête est compilée en une expression utilisant les opérateurs de l'algèbre relationnelle. C'est cette expression qui est évaluée par le système de gestion de bases de données.

Interprétation

D'autres langages ne nécessitent pas de phase spéciale de compilation. La méthode employée pour exécuter le programme est alors différente. La phase de compilation est la plupart du temps incluse dans celle d’exécution. On dit de ce programme qu'il interprète le code source. Par exemple, python ou perl sont des langages interprétés.

Avantages, inconvénients

Les avantages généralement retenus pour l'utilisation de langages "compilés", est qu'ils sont plus rapides à l'exécution que des langages interprétés, car l'interprète doit être lancé à chaque exécution du programme, ce qui mobilise systématiquement les ressources.

Traditionnellement, les langages interprétés offrent en revanche une certaine portabilité (la capacité à utiliser le code source sur différentes plates-formes), ainsi qu'une facilité pour l'écriture du code. En effet, il n'est pas nécessaire de passer par la phase de compilation pour tester le code source.

Appellation impropre

Il faut noter qu'on parle abusivement de langages compilés ou interprétés. En effet, le caractère compilé ou interprété ne dépend pas du langage, qui n'est finalement qu'une grammaire et une certaine sémantique. D'ailleurs, certains langages peuvent être utilisés interprétés ou compilés. Par exemple, il est très courant d'utiliser Ruby avec un interprète, mais il existe également des compilateurs pour ce langage².

Néanmoins, l'usage qu'on fait des langages est généralement fixé.

Test du programme

C'est l'une des étapes les plus importantes de la création d'un programme. En principe, tout programmeur se doit de vérifier chaque partie d'un programme, de le tester. Il existe différents types de test. On peut citer en particulier :

• Test unitaire
• Test d'intégration
• Test de performance

Il convient de noter qu'il est parfois possible de vérifier un programme informatique, c'est-à-dire prouver, de manière plus ou moins automatique, qu'il assure certaines propriétés.