1-1 Chapitre 5: Les variables Introduction Les noms Les variables Les attributions (bindings) Portée et durée de vie L'environnement de référence Les noms.

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1 1-1 Chapitre 5: Les variables Introduction Les noms Les variables Les attributions (bindings) Portée et durée de vie L'environnement de référence Les noms constants

2 1-2 Introduction Langages impératifs: abstraction de l'architecture de von Neumann –Mémoire –Processeur Rôle central des variables et de l'instruction d'affectation.

3 1-3 Le nom des variables Quelques considérations: –Longueur maximum? –Caractères permis (connecteurs)? –Distinction des majuscules et minuscules? –Mots spéciaux: réservés ou mots clefs?

4 1-4 Le nom des variables (suite) Longueur –Si trop court alors peu significatif –Exemples: FORTRAN I: maximum 6 COBOL: maximum 30 FORTRAN 90 and ANSI C: maximum 31 Ada and Java: pas de limite C++: la limite provient de l'implémentation pas de la définition.

5 1-5 Le nom des variables (suite) Connecteurs (caractère '_' ) –Pascal, Modula-2, and FORTRAN 77: pas permis –Autres: permis –En Fortran avant 1990 le caractère d'espace ' ' était ignoré: ma variable = mavariable. Moins populaire maintenant: On utilise souvent un mélange de lettres majuscules et minuscules (camel notation): –MaVariable plutôt que ma_variable

6 1-6 Le nom des variables (suite) Distinguer les majuscules des minuscules –Désavantage: lisibilité (des noms qui se ressemblent sont en fait différents) En C++ et en Java certains noms prédéfinies contiennent les deux types de lettres (e.g. IndexOutOfBoundsException ) –C, C++, C# et Java (entre autres): distinguent les majuscules des minuscules –En Java parseInt est une méthode pour convertir une chaîne de caractère en entier. Cela ne cause pas de problème de lisibilité mais rend plus difficile l'écriture du code.

7 1-7 Le nom des variables (suite) Mots spéciaux: –Aident à la lisibilité: utilisés pour séparer ou délimiter des parties de programme. –Un mot clé est un mot qui est spécial seulement dans certains contextes, e.g., en Fortran –Real VarName ( Real est un type de données) –Real = 3.4 ( Real est une variable) – – Un mot réservé est un mot spécial qui ne peut pas être utilisé comme nom défini par l'usager. –COBOL possède plus de 500 mots réservés: LENGTH, BOTTOM, DESTINATION, COUNT, etc.etc.

8 1-8 Variables et attributs Une variable est une abstraction représentant une zone mémoire. Une variable est caractérisée par ses attributs: –Nom –Addresse (l-valeur) –Valeur (r-valeur) –Type –Durée de vie –Portée

9 1-9 Attributs d'une variable Nom – Certaines variables n'en possède pas. Addresse – Adresse mémoire à laquelle la variable est associée –Possiblement différentes adresses à différents moments de l'exécution (exemple: variables locales) –Plusieurs variables peuvent partager le même nom. –Il est possible pour plusieurs variables d'avoir la même adresse: on dit que ce sont des pseudonymes (ou alias) –Les pseudonymes sont créés à l'aide des pointeurs, des variables références et des unions (en C et C++). –Les pseudonymes peuvent être un réel problème pour la lisibilité et la fiabilité.

10 1-10 Attributs d'une variable (suite) Type: –ensemble de valeurs –ensemble d'opérations Valeur – contenue de la case mémoire associée à la variable

11 1-11 Le concept d'attribution (binding) Une attribution est une association entre un objet et ses propriétés: –Entre une variable et ses attributs –Entre un symbole et une opération L'instant d'attribution (binding time) est le moment où l'association a lieu. Les différents attributs d'une variable ne sont pas tous données en même temps: –En C la déclaration extern int n; dans une fonction, associe un type et un nom à la variable x sans associer d'adresse.

12 1-12 Instants d'attribution possibles Lors de la conception -- Le symbole + est associé à l'opération d'addition Lors de l'implémentation-- On choisit la représentation des nombres en point flottant (float et double en C) Lors de la compilation -- On associe un type à une variable en C ou en Java. Lors du chargement en mémoire -- Une case mémoire est attribuée à une variable statique en C Lors de l'exécution -- Une case mémoire est attribuée à une variable locale non statique.

13 1-13 Attributions statique et dynamique Une attribution est statique si elle se produit avant l'exécution et demeure inchangée pendant toute la durée de l'exécution du programme. Une attribution est dynamique si elle se produit pendant l'exécution du programme.

14 1-14 Attribution de type Comment un type est-il spécifié? À quel moment l'attribution a-t-elle lieu? Si l'attribution de type est statique alors celui-ci peut être spécifié de façon explicite (par une déclaration) ou être implicite.

15 1-15 Déclarations implicite et explicite Une déclaration explicite est un énoncé utilisé pour spécifier le type de variables. Une déclaration implicite est un mécanisme par défaut. La première apparition de la variable constitue sa déclaration implicite.

16 1-16 Déclarations implicite et explicite Certains langages comme FORTRAN, PL/I, BASIC et Perl utilisent des déclarations implicites de variables. En Fortran les variables dont le nom commence par une des lettres i,j,k,l,m,n (majuscules ou minuscules) sont des entiers; les autres sont des réels. –Avantage: facilité d'écriture –Inconvénient: fiabilité (il est facile de se tromper); En Perl: $var (scalaire), @var (tableau), %var (hash)

17 1-17 Attribution dynamique des types Exemple: JavaScript, Python et PHP Le type est spécifié par une affectation e.g., JavaScript list = [2, 4.33, 6, 8]; list = 17.3; –Avantage: flexibilité (programmes génériques) –Inconvénient: Coût élevé d'implémentation ralentissant l'exécution (la mémoire doit être alloué dynamiquement et on doit mémoriser le type courant) Il est difficile de détecter les erreurs de types (la détection doit se faire en cours d'exécution)

18 1-18 Inférence de types ML, Miranda et Haskell –Types attribués dynamiquement –Le type est déterminé par le contexte plutôt que par une affectation. –Exemple en ML: fun square(x) = x*x ; x possède le type int car l'opérateur * indique que x est une valeur numérique En ML le type numérique par défaut est int

19 1-19 Attribution d'une case mémoire et d'une durée de vie Allocation – Attribuer à une variable une case mémoire en prevenance d'une collection de cases disponibles. Désallocation – Action de retourner la case mémoire, précédemment attribuée à une variable, à la collection de cases disponibles. La durée de vie d'une variable est le temps pendant lequel elle se voit attribuer une case mémoire.

20 1-20 Variables et durée de vie Quatre catégories: –Statiques –Dynamiques sur pile (stack dynamic) –Dynamiques sur tas (heap dynamic) Explicites Implicites

21 1-21 Variables statiques StatiqueUne case mémoire est attribuée avant le début de l'exécution et pour toute la durée de l'exécution. –e.g.: toutes les variables en FORTRAN 77 ainsi que les variables globales et statiques en C –Avantages: efficacité (adressage direct), permet d'implémenter des fonctions à mémoire. –Désavantage: manque de flexibilité (absence de récursion)

22 1-22 Variables dynamiques sur pile Dynamique sur pileL'attribution d'un espace mémoire se produit en cours d'exécution au moment de la déclaration. L'espace est pris sur la pile. Avantage: permet la récursion et la réutilisation de la mémoire. Désavantages: –Temps supplémentaire pour allouer et désallouer la mémoire –Les sous-programmes sont sans mémoire –On doit utiliser l'adressage indirect

23 1-23 Variables explicites-dynamiques sur tas L'allocation et la désallocation doivent être effectuées explicitement par des directives spécifiées par le programmeur et prenant effet durant l'exécution. Implémentation: –pointeurs (objets dynamiques en C++ via new et delete), –références (tous les objets en Java: la désallocation est faite automatiquement) Avantage: Permet d'implémenter des structures de données dynamiques: listes chaînées, arbres, etc. Désavantage: moins efficace et moins fiable.

24 1-24 Variables implicites-dynamiques sur tas Allocations et désallocations causées par les affectations –variables en JavaScript, Python, etc. –Dans ces langages les variables sont des noms qui s'adaptent à l'usage qu'on en fait Avantage: flexibilité Désavantages: –Inefficace car tous les attibuts sont dynamiques –La détection des erreurs est difficile

25 1-25 La portée d'une variable La portée d'une variable est la partie du programme où la variable est visible. Les variables non-locales d'une section de programme (fonction, classe, bloc d'instructions, etc) sont celles visibles mais déclarées ailleurs dans le programme. Les règles de portée d'un langage détermine comment la référence à un nom est associée à une variable.

26 1-26 Portée statique Déterminée uniquement par la syntaxe (avant l'exécution). Pour associer un nom à une variable, le compilateur doit d'abord trouver la déclaration. Processus de recherche: On regarde d'abord dans la portée locale, puis dans des portées de plus en plus larges, jusqu'à ce qu'on trouve une déclaration avec le même nom.

27 1-27 Portée statique (suite) procedure Big is x: Integer; procedure Sub1 is x: Integer; begin -- Sub1 end –- Sub1 procedure Sub2 is begin –- Sub2 end; -- Sub2 begin -- Big end; -- Big Exemple en Ada Remarque: En JavaScript, Python et PHP il est aussi possible d'avoir des fonctions imbriquées. La procédure Sub1 peut accéder à la variable x de Big en utilisant la notation Big.x

28 1-28 Portée statique (suite) void sub(){ int count; while (... ){ int count; count++; } Exemple en C++ Remarque: Ce code n'est pas valide en Java et en C# (on ne peut pas réutiliser un nom de variable dans un bloc imbriqué) En C++ une variable globale X peut être redéfinie dans une fonction et on peut accéder à la définition originale avec l'opérateur de portée ::X

29 1-29 Les blocs d'instructions –Provenant d'Algol 60, il s'agit d'une méthode pour créer des portées statiques à l'intérieur d'une section de programme. –Exemples: C if (s>t) { int temp=s; s=t; t=temp; } declare temp : Integer; begin temp=a; a=b; b=temp; end Ada

30 1-30 Les blocs d'instructions (suite) –Dans les premières version de C++, la variable count aurait été visible à l'extérieur du for. –Ce code n'est plus valide. void fun(){... for (int count = 0; count < 10; count++) {... } cout<<count; } C++, Java, C# possèdent une instruction for permettant de déclarer des variables dans la section d'initialisation.

31 1-31 Les blocs d'instructions (suite) Les classes des langages C++, Java et C# ont des règles de portée un peu différentes. Les variables d'instance et de classe sont visibles dans toutes les méthodes, peu importe l'endroit où elles sont définies. La portée d'une variable définie dans une méthode est locale à la méthode.

32 1-32 La portée des variables en Ruby La forme du nom indique la portée Un nom de variable locale commence par une lettre minuscule Une variable globale commence par le symbole $ Une variable d'instance commence par le symbole @ suivit d'une lettre Une variable de classe commence par deux symboles @@ suivit d'une lettre Un nom constant commence par une lettre majuscule

33 1-33 Évaluation de la portée statique Considérons l'exemple suivant et supposons qu'il n'y a pas d'autre portées que celles définies par MAIN et ses procédures. MAIN E A C D B AB CDE

34 1-34 Portée statique: Exemple MAIN AB CDE A C B ED Un programmeur peut appeler une procédure qu'il n'aurait pas dû appeler Il est impossible d'empêcher A ou B d'accéder aux variables de MAIN.

35 1-35 Portée statique (suite) Supposons qu'on veut faire un changement tel que D puisse accéder à la variable X définie dans B Solutions: –Mettre D dans B D ne peut plus appeler C D ne peut plus accéder aux données de A –Mettre X dans MAIN Toutes les procédures peuvent maintenant y accéder Même problème pour l'accès aux procédures Conclusion: La portée statique encourages l'utilisation de variables globales et de procédures au même niveau (comme en C)

36 1-36 Portée dynamique Méthode utilisée dans APL, SNOBOL4 et premières versions de Lisp Optionel dans Common Lisp et Perl Utilise la séquence des appels de procédures plutôt que la position des variables (critères temporels plutôt que spatiaux) On recherche la déclaration d'une variable localement puis en regardant dans la chaîne des appels de procédures.

37 1-37 Portée dynamique: Exemple Big appelle Sub1 Sub1 appelle Sub2 Sub2 utilise x Portée statique : Le x est celui de Big Portée dynamique: Le x est celui de Sub1 procedure Big is x: Integer; procedure Sub1 is x: Integer; begin -- Sub1 end –- Sub1 procedure Sub2 is begin –- Sub2 end; -- Sub2 begin -- Big end; -- Big

38 1-38 Portée dynamique: évaluation Avantages: –Moins de paramètres à passer aux procédures Désavantages: –lecture difficile –moins bonne fiabilité –Certaines erreurs de typage ne peuvent pas être détecter statiquement –Ralenti l'exécution

39 1-39 Portée et durée de vie La portée et la durée de vie d'une variable sont des concepts différents qui semblent souvent liés. Exemple: Une variable locale X dans une fonction FCT ne faisant aucun appel de fonction. Si FCT fait un appel de fonction alors X est toujours définie (elle reste dans la pile) mais: –X n'est plus accessible si sa portée est statique –X est toujours accessible si sa portée est dynamique Mais si la variable locale est statique alors sa durée de vie ne dépend pas de sa portée.

40 1-40 L'environnement de référence L'environnement de référence d'un énoncé est la collection de tous les noms visibles dans l'énoncé. Dans un langage à portées statiques, c'est l'ensembles des variables locales ainsi que toutes les variables visibles définies dans les portée supérieures. Un sous-programme est actif si son exécution a commencée mais n'est pas encore terminée. Dans un langage à portées dynamiques, l'environnement de référence est l'ensemble des variables locales ainsi que toutes les variables visibles des sous-programmes actifs.

41 1-41 L'environnement de référence procedure Main is A,B: Integer; procedure Sub1 is X,Y: Integer; begin... end; procedure Sub2 is X: Integer; procedure Sub3 is A,X: Integer; begin... end; begin... end; begin... end; X,Y de Sub1, A,B de Main A,X de Sub3, B de Main X de Sub2, A,B de Main A,B de Main Portée statique:

42 1-42 L'environnement de référence procedure Example is A,B: Integer; procedure Sub1 is X,Y: Integer; begin... end; procedure Sub2 is X: Integer; procedure Sub3 is A,X: Integer; begin... end; begin... end; begin... end; X,Y de Sub1, A de Sub3, B de Main A,X de Sub3, B de Main X de Sub2, A,B de Main A,B de Main Portée dynamique (Main Sub2 Sub3 Sub1):

43 1-43 Les noms constants Un nom constant est une variable à laquelle on attribut une valeur une seule fois: au moment de l'attribution de l'espace mémoire. Avantages: lisibilité et modification Utilisés pour paramétriser les programmes –Par exemple un programme qui traite MAX entrées. L'attribution d'une valeur peut être statique ou dynamique Langages: –FORTRAN 90: expressions constantes seulement –Ada, C++, and Java: N'importe quelles expressions –C++: const, Java : final –C#: const (statique) et readonly (dynamique)

44 1-44 Initialisation de variables Initialiser un variable consiste à lui attribuer une valeur au moment de l'attribution d'un espace mémoire. La valeur doit être constante pour les variables statiques mais peut être une expression évaluée en cours d'exécution pour les variables dynamiques. Dans la plupart des langages l'initialisation est faite lors de la déclaration: int sum = 0; Initialisation par défaut dans certains langages: –Ex. En C les variables statiques sont initialisés à 0 lorsqu'il n'y a aucune autre instruction; l'initialisation des variables dynamiques est indéterminée.

45 1-45 Sommaire Les variables sont caractérisées par 6 attributs: nom, adresse, valeur, type, durée de vie et portée. Une attribution est une association entre un attribut et une entité du programme. On regroupe les variables scalaires en 4 catégories: statiques, dynamiques sur pile, explicites dynamiques sur tas et implicites dynamiques sur tas. La portée des variables est un attribut essentiel pour comprendre un programme. Un langage fortement typé s'il est possible de détecter toutes les erreurs de types.