Cour 2 .La démarche du programmeur

Bonsoir les amis, je sais que vous m'avez attendu le samedi dernier par rapport à la suite du cours dans le cadre de notre objectif "One people, One program" ou" Une personne, un logiciel".Mais depuis le jeudi dernier (le 1mai) il y a une grande coupure du reseau internet suite à la tombé d'une forte pluie qui à fait tombé l'antenne locale de mon Fournisseur..

Alors Aujourd'hui nous allons faire deux cours en même temps pour rattrapper notre semaine perdue........   

Ceci dit , on fera aujourdui le cour sur la démarche du programmeur comment doit-il se porter pour réaliser un programme, comment mettre en place sa méthodologie  en rapport avec celle de la machine ? quelles types d'erreurs peut-il rencontré en codant ?

Alors Lisez bien cette partie car elle est l'une des parties les plus importantes pour la suite de notre formation.

Comme le sorcier, le programmeur compétent semble doté d’un pouvoir étrange qui lui permet de

transformer une machine en une autre, une machine à calculer en une machine à écrire ou à dessiner,par exemple, un peu à la manière d’un sorcier qui transformerait un prince charmant en grenouille, à

l’aide de quelques incantations mystérieuses entrées au clavier. Comme le sorcier, il est capable de

guérir une application apparemment malade, ou de jeter des sorts à d’autres, via l’Internet. Mais

comment cela est-il possible ?

Cela peut paraître paradoxal, mais comme nous l’avons déjà fait remarquer plus haut, le vrai maître

est en fait celui qui ne croit à aucune magie, à aucun don, à aucune intervention surnaturelle. Seule la

froide, l’implacable, l’inconfortable logique est de mise.

Le mode de pensée d’un programmeur combine des constructions intellectuelles complexes, similaires

à celles qu’accomplissent les mathématiciens, les ingénieurs et les scientifiques. Comme le

mathématicien, il utilise des langages formels pour décrire des raisonnements (ou algorithmes).

Comme l’ingénieur, il conçoit des dispositifs, il assemble des composants pour réaliser des mécanismes

et il évalue leurs performances. Comme le scientifique, il observe le comportement de systèmes

complexes, il crée des modèles, il teste des prédictions.

L’activité essentielle d’un programmeur consiste à résoudre des problèmes.

Il s’agit là d’une compétence de haut niveau, qui implique des capacités et des connaissances diverses :

être capable de (re)formuler un problème de plusieurs manières différentes, être capable d’imaginer

des solutions innovantes et efficaces, être capable d’exprimer ces solutions de manière claire et

complète. Comme nous l’avons déjà évoqué plus haut, il s’agira souvent de mettre en lumière les

implications concrètes d’une représentation mentale « magique », simpliste ou trop abstraite.

La programmation d’un ordinateur consiste en effet à « expliquer » en détail à une machine ce qu’elle

doit faire, en sachant d’emblée qu’elle ne peut pas véritablement « comprendre » un langage humain,

mais seulement effectuer un traitement automatique sur des séquences de caractères. Il s’agit la

plupart du temps de convertir un souhait exprimé à l’origine en termes « magiques », en un vrai

raisonnement parfaitement structuré et élucidé dans ses moindres détails, que l’on appelle un algorithme.

Considérons par exemple une suite de nombres fournis dans le désordre : 47, 19, 23, 15, 21, 36, 5, 12…

Comment devons-nous nous y prendre pour obtenir d’un ordinateur qu’il les remette dans l’ordre ?

Le souhait « magique » est de n’avoir qu’à cliquer sur un bouton, ou entrer une seule instruction au

clavier, pour qu’automatiquement les nombres se mettent en place. Mais le travail du

sorcier-programmeur est justement de créer cette « magie ». Pour y arriver, il devra décortiquer tout

ce qu’implique pour nous une telle opération de tri (au fait, existe-t-il une méthode unique pour cela,

ou bien y en a-t-il plusieurs ?), et en traduire toutes les étapes en une suite d’instructions simples,

telles que par exemple « comparer les deux premiers nombres, les échanger s’ils ne sont pas dans

l’ordre souhaité, recommencer avec le deuxième et le troisième, etc. ».

Si les instructions ainsi mises en lumière sont suffisamment simples, il pourra alors les encoder dans la

machine en respectant de manière très stricte un ensemble de conventions fixées à l’avance, que l’on

appelle un langage informatique. Pour « comprendre » celui-ci, la machine sera pourvue d’un

mécanisme qui décode ces instructions en associant à chaque « mot » du langage une action précise.

Ainsi seulement, la magie pourra s’accomplir.

Langage machine, langage de programmation

À strictement parler, un ordinateur n’est rien d’autre qu’une machine effectuant des opérations

simples sur des séquences de signaux électriques, lesquels sont conditionnés de manière à ne pouvoir

prendre que deux états seulement (par exemple un potentiel électrique maximum ou minimum). Ces

séquences de signaux obéissent à une logique du type « tout ou rien » et peuvent donc être considérés

conventionnellement comme des suites de nombres ne prenant jamais que les deux valeurs 0 et 1. Un

système numérique ainsi limité à deux chiffres est appelé système binaire.

Sachez dès à présent que dans son fonctionnement interne, un ordinateur est totalement incapable de

traiter autre chose que des nombres binaires. Toute information d’un autre type doit être convertie,

ou codée, en format binaire. Cela est vrai non seulement pour les données que l’on souhaite traiter (les

textes, les images, les sons, les nombres, etc.), mais aussi pour les programmes, c’est-à-dire les

séquences d’instructions que l’on va fournir à la machine pour lui dire ce qu’elle doit faire avec ces

données.

Le seul « langage » que l’ordinateur puisse véritablement « comprendre » est donc très éloigné de ce

que nous utilisons nous-mêmes. C’est une longue suite de 1 et de 0 (les « bits ») souvent traités par

groupes de 8 (les « octets »), 16, 32, ou même 64. Ce « langage machine » est évidemment presque

incompréhensible pour nous. Pour « parler » à un ordinateur, il nous faudra utiliser des systèmes de

traduction automatiques, capables de convertir en nombres binaires des suites de caractères formant

des mots-clés (anglais en général) qui seront plus significatifs pour nous.

Ces systèmes de traduction automatique seront établis sur la base de toute une série de conventions,

dont il existera évidemment de nombreuses variantes.

Le système de traduction proprement dit s’appellera interpréteur ou bien compilateur, suivant la

méthode utilisée pour effectuer la traduction. On appellera langage de programmation un ensemble de

mots-clés (choisis arbitrairement) associé à un ensemble de règles très précises indiquant comment

assembler ces mots pour former des « phrases » que l’interpréteur ou le compilateur puisse traduire

en langage machine (binaire).

Suivant son niveau d’abstraction, on pourra dire d’un langage qu’il est « de bas niveau » (ex : assembleur)

ou « de haut niveau » (ex : Pascal, Perl, Smalltalk, Scheme, Lisp...). Un langage de bas niveau est

constitué d’instructions très élémentaires, très « proches de la machine ». Un langage de haut niveau

comporte des instructions plus abstraites, plus « puissantes » (et donc plus « magiques »). Cela signifie

que chacune de ces instructions pourra être traduite par l’interpréteur ou le compilateur en un grand

nombre d’instructions machine élémentaires.

Le langage que vous avez allez apprendre en premier est Python. Il s’agit d’un langage de haut niveau,

dont la traduction en code binaire est complexe et prend donc toujours un certain temps. Cela

pourrait paraître un inconvénient. En fait, les avantages que présentent les langages de haut niveau

sont énormes : il est beaucoup plus facile d’écrire un programme dans un langage de haut niveau ;

l’écriture du programme prend donc beaucoup moins de temps ; la probabilité d’y faire des fautes est

nettement plus faible ; la maintenance (c’est-à-dire l’apport de modifications ultérieures) et la

recherche des erreurs (les « bogues ») sont grandement facilitées. De plus, un programme écrit dans

un langage de haut niveau sera souvent portable, c’est-à-dire que l’on pourra le faire fonctionner sans guère de modifications sur des machines ou des systèmes d’exploitation différents. Un programme

écrit dans un langage de bas niveau ne peut jamais fonctionner que sur un seul type de machine : pour

qu’une autre l’accepte, il faut le réécrire entièrement.

Dans ce que nous venons d’expliquer sommairement, vous aurez sans doute repéré au passage de

nombreuses « boîtes noires » : interpréteur, système d’exploitation, langage, instructions machine,

code binaire, etc. L’apprentissage de la programmation va vous permettre d’en entrouvrir

quelques-unes. Restez cependant conscient que vous n’arriverez pas à les décortiquer toutes. De

nombreux objets informatiques créés par d’autres resteront probablement « magiques » pour vous

pendant longtemps (à commencer par le langage de programmation lui-même, par exemple). Vous

devrez donc faire confiance à leurs auteurs, quitte à être déçu parfois en constatant que cette

confiance n’est pas toujours méritée. Restez donc vigilant, apprenez à vérifier, à vous documenter sans

cesse. Dans vos propres productions, soyez rigoureux et évitez à tout prix la « magie noire » (les

programmes pleins d’astuces tarabiscotées que vous êtes seul à comprendre) : un ******* digne de

confiance n’a rien à cacher.

Édition du code source – Interprétation

Le programme tel que nous l’écrivons dans un langage de programmation quelconque est à

strictement parler un simple texte. Pour rédiger ce texte, on peut faire appel à toutes sortes de

logiciels plus ou moins perfectionnés, à la condition qu’ils ne produisent que du texte brut, c’est-à-dire

sans mise en page particulière ni aucun attribut de style (pas de spécification de police, donc, pas de

gros titres, pas de gras, ni de souligné, ni d’italique, etc.)3.

Le texte ainsi produit est ce que nous appellerons désormais un code source.

Comme nous l’avons déjà évoqué plus haut, le code source doit être traduit en une suite d’instructions

binaires directement compréhensibles par la machine : le « code objet ». Dans le cas de Python, cette

traduction est prise en charge par un interpréteur assisté d’un pré-compilateur. Cette technique hybride

(également utilisée par le langage Java) vise à exploiter au maximum les avantages de l’interprétation

et de la compilation, tout en minimisant leurs inconvénients respectifs. Veuillez consulter un ouvrage

d’informatique générale si vous voulez en savoir davantage sur ces deux techniques.

Sachez simplement à ce sujet que vous pourrez réaliser des programmes extrêmement performants

avec Python, même s’il est indiscutable qu’un langage strictement compilé tel que le C peut toujours

faire mieux en termes de rapidité d’exécution.

Mise au point d’un programme – Recherche des erreurs (debug)

La programmation est une démarche très complexe, et comme c’est le cas dans toute activité humaine,

on y commet de nombreuses erreurs. Pour des raisons anecdotiques, les erreurs de programmation

s’appellent des « bugs » (ou « bogues », en Français)4, et l’ensemble des techniques que l’on met en

oeuvre pour les détecter et les corriger s’appelle « debug » (ou « débogage »).

3 Ces logiciels sont appelés des éditeurs de texte. Même s’ils proposent divers automatismes....

En fait, il peut exister dans un programme trois types d’erreurs assez différentes, et il convient que

vous appreniez à bien les distinguer.

Erreurs de syntaxe

Python ne peut exécuter un programme que si sa syntaxe est parfaitement correcte. Dans le cas

contraire, le processus s’arrête et vous obtenez un message d’erreur. Le terme syntaxe se réfère aux

règles que les auteurs du langage ont établies pour la structure du programme.

Tout langage comporte sa syntaxe. Dans la langue française, par exemple, une phrase doit toujours

commencer par une majuscule et se terminer par un point. ainsi cette phrase comporte deux erreurs

de syntaxe.

Dans les textes ordinaires, la présence de quelques petites fautes de syntaxe par-ci par-là n’a

généralement pas d’importance. Il peut même arriver (en poésie, par exemple), que des fautes de

syntaxe soient commises volontairement. Cela n’empêche pas que l’on puisse comprendre le texte.

Dans un programme d’ordinateur, par contre, la moindre erreur de syntaxe produit invariablement un

arrêt de fonctionnement (un « plantage ») ainsi que l’affichage d’un message d’erreur. Au cours des

premières semaines de votre carrière de programmeur, vous passerez certainement pas mal de temps

à rechercher vos erreurs de syntaxe. Avec de l’expérience, vous en commettrez beaucoup moins.

Gardez à l’esprit que les mots et les symboles utilisés n’ont aucune signification en eux-mêmes : ce ne

sont que des suites de codes destinés à être convertis automatiquement en nombres binaires. Par

conséquent, il vous faudra être très attentifs à respecter scrupuleusement la syntaxe du langage.

Finalement, souvenez-vous que tous les détails ont de l’importance. Il faudra en particulier faire très

attention à la casse (c’est-à-dire l’emploi des majuscules et des minuscules) et à la ponctuation. Toute

erreur à ce niveau (même minime en apparence, tel l’oubli d’une virgule, par exemple) peut modifier

considérablement la signification du code, et donc le déroulement du programme.

Il est heureux que vous fassiez vos débuts en programmation avec un langage interprété tel que

Python. La recherche des erreurs y est facile et rapide. Avec les langages compilés (tel C++), il vous

faudrait recompiler l’intégralité du programme après chaque modification, aussi minime soit-elle.

Erreurs sémantiques

Le second type d’erreur est l’erreur sémantique ou erreur de logique. S’il existe une erreur de ce type

dans un de vos programmes, celui-ci s’exécute parfaitement, en ce sens que vous n’obtenez aucun

message d’erreur, mais le résultat n’est pas celui que vous attendiez : vous obtenez autre chose.

En réalité, le programme fait exactement ce que vous lui avez dit de faire. Le problème est que ce que

vous lui avez dit de faire ne correspond pas à ce que vous vouliez qu’il fasse. La séquence

4 bug est à l’origine un terme anglais servant à désigner de petits insectes gênants, tels les punaises. Les

premiers ordinateurs fonctionnaient à l’aide de « lampes » radios qui nécessitaient des tensions électriques

assez élevées. Il est arrivé à plusieurs reprises que des petits insectes s’introduisent dans cette circuiterie

complexe et se fassent électrocuter, leurs cadavres calcinés provoquant alors des court-circuits et donc des

pannes incompréhensibles.

Le mot français « bogue » a été choisi par homonymie approximative. Il désigne la coque épineuse de la

châtaigne.

d’instructions de votre programme ne correspond pas à l’objectif poursuivi. La sémantique (la logique)

est incorrecte.

Rechercher des fautes de logique peut être une tâche ardue. C’est là que se révélera votre aptitude à

démonter toute forme résiduelle de « pensée magique » dans vos raisonnements. Il vous faudra

analyser patiemment ce qui sort de la machine et tâcher de vous représenter une par une les

opérations qu’elle a effectuées, à la suite de chaque instruction.

Erreurs à l’exécution

Le troisième type d’erreur est l’erreur en cours d’exécution (Run-time error), qui apparaît seulement

lorsque votre programme fonctionne déjà, mais que des circonstances particulières se présentent (par

exemple, votre programme essaie de lire un fichier qui n’existe plus). Ces erreurs sont également

appelées des exceptions, parce qu’elles indiquent en général que quelque chose d’exceptionnel (et de

malencontreux) s’est produit. Vous rencontrerez ce type d’erreurs lorsque vous programmerez des

projets de plus en plus volumineux, et vous apprendrez plus loin dans ce cours qu’il existe des

techniques particulières pour les gérer.

Recherche des erreurs et expérimentation

L’une des compétences les plus importantes à acquérir au cours de votre apprentissage est celle qui

consiste à déboguer efficacement un programme. Il s’agit d’une activité intellectuelle parfois énervante

mais toujours très riche, dans laquelle il faut faire montre de beaucoup de perspicacité.

Ce travail ressemble par bien des aspects à une enquête policière. Vous examinez un ensemble de faits,

et vous devez émettre des hypothèses explicatives pour reconstituer les processus et les événements

qui ont logiquement entraîné les résultats que vous constatez.

Cette activité s’apparente aussi au travail expérimental en sciences. Vous vous faites une première

idée de ce qui ne va pas, vous modifiez votre programme et vous essayez à nouveau. Vous avez émis

une hypothèse, qui vous permet de prédire ce que devra donner la modification. Si la prédiction se

vérifie, alors vous avez progressé d’un pas sur la voie d’un programme qui fonctionne. Si la prédiction

se révèle fausse, alors il vous faut émettre une nouvelle hypothèse. Comme l’a bien dit Sherlock

Holmes : « Lorsque vous avez éliminé l’impossible, ce qui reste, même si c’est improbable, doit être la

vérité » (A. Conan Doyle, Le signe des quatre).

Pour certaines personnes, « programmer » et « déboguer » signifient exactement la même chose. Ce

qu’elles veulent dire par là est que l’activité de programmation consiste en fait à modifier, à corriger

sans cesse un même programme, jusqu’à ce qu’il se comporte finalement comme vous le vouliez. L’idée

est que la construction d’un programme commence toujours par une ébauche qui fait déjà quelque

chose (et qui est donc déjà déboguée), à laquelle on ajoute couche par couche de petites modifications,

en corrigeant au fur et à mesure les erreurs, afin d’avoir de toute façon à chaque étape du processus

un programme qui fonctionne.

Par exemple, vous savez que Linux est un système d’exploitation (et donc un gros logiciel) qui

comporte des milliers de lignes de code. Au départ, cependant, cela a commencé par un petit

programme simple que Linus Torvalds avait développé pour tester les particularités du processeur InRecherche

des erreurs et expérimentation 9

tel 80386. D’après Larry Greenfield (« The Linux user’s guide », beta version 1) : « L’un des premiers

projets de Linus était un programme destiné à convertir une chaîne de caractères AAAA en BBBB. C’est

cela qui plus tard finit par devenir Linux ! ».

Ce qui précède ne signifie pas que nous voulions vous pousser à programmer par approximations

successives, à partir d’une vague idée. Lorsque vous démarrerez un projet de programmation d’une

certaine importance, il faudra au contraire vous efforcer d’établir le mieux possible un cahier des

charges détaillé, lequel s’appuiera sur un plan solidement construit pour l’application envisagée.

Diverses méthodes existent pour effectuer cette tâche d’analyse, mais leur étude sort du cadre de ces

notes. Nous vous présenterons cependant plus loin  quelques idées de base.

 Toujours pour les questions je suis disponible .Laissez-les en commentaires  

A bientôt .......