La programmation dans le domaine informatique

La programmation dans le domaine informatique

    La programmation dans le domaine informatique est l'ensemble des activités qui permettent l'écriture des programmes informatiques. C'est une étape importante de la conception de logiciel (voire de matériel, cf. VHDL).

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

La programmation représente usuellement le codage, c’est-à-dire la rédaction du code source d'un logiciel. On utilise plutôt le terme développement pour dénoter l'ensemble des activités liées à la création d'un logiciel.

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'ordinateurs 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.

La fin des programmeurs ?

    De tous temps, on a prédit « la fin des programmeurs ».

Dans les années 60, les langages symboliques comme AUTO-CODE, Cobol et Fortran ont en effet mis fin - en grande partie - à la programmation de bas niveau tel que l'assembleur. Il semblait alors clair que n'importe qui était capable d'écrire du code du type

multiply MONTANT-HT by TAUX-TVA giving MONTANT-TAXES.

add MONTANT-HT, MONTANT-TAXES giving MONTANT-TTC.

ou

RDELTA = SQRT(B**2 - 4*A*C)

X1 = (-B + RDELTA) / (2*A)

plutôt que des dizaines de lignes cryptiques comme

movl    %esp, %ebp

subl    $24, %esp

flds    12(%ebp)

fmuls   12(%ebp)

flds    8(%ebp)

flds    .LC0

fmulp   %st, %st(1)

fmuls   16(%ebp)

fsubrp  %st, %st(1)

fstpl   (%esp)

call    sqrt

fstps   -4(%ebp)

flds    -4(%ebp)

fsubs   12(%ebp)

flds    8(%ebp)

fadd    %st(0), %st

fdivrp  %st, %st(1)

Pourtant il a vite fallu se rendre compte que la programmation ne se limitait pas au codage, et que la conception d'applications était un vrai métier qui ne s'improvise pas.

Dans les années 80, la micro-informatique a souvent conduit à une informatisation sauvage des entreprises, dont le service informatique débordé n'arrivait pas à satisfaire les demandes (qui ne correspondaient d'ailleurs pas forcément aux vrais besoins des utilisateurs finaux). Dans cette catégorie, on peut également partiellement ranger les applications développées avec des L4G par des utilisateurs non formés. Il est évident que ce type d'outil (dont MS Access est un descendant) permet à un utilisateur non formé de réaliser de petites applications qu'il n'aurait pas entreprises autrement, et à un utilisateur compétent de développer très rapidement d’importantes applications, mais elles n'ont pas le pouvoir magique de faire l'analyse et la conception automatiquement dans les mains d'un utilisateur novice.

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.

Cependant, ce serait faux de dire que la compilation n'intervient pas. L'interprète produit le code machine, au fur et à mesure de l'exécution du programme, en compilant chaque ligne du code source.

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.

Pratiques

• Algorithmique
• Gestion de versions
• Optimisation du code
• Programmation système
• Refactoring
• Test d'intégration
• Test unitaire

Techniques de programmation

• Programmation concurrente
• Programmation déclarative
• Programmation fonctionnelle
• Programmation impérative
• Programmation logique
• Programmation orientée aspect
• Programmation orientée composant
• Programmation orientée objet
• Programmation orientée prototype
• Programmation par contraintes
• Programmation par contrat
• Programmation par intention
• Programmation procédurale
• Programmation structurée