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\chapter{Le langage C}
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\label{C}\index{C}
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Un chapitre un peu particulier, puisque c'est le début d'une
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initiation au langage C pour les non-codeurs qui souhaitent
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rentrer dans le sujet à la dure.
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Certaines des explications qui vont suivre ne sont pas très
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rigoureuses, mais montrent bien les principes généraux et
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les erreurs classiques. La futilité des exemples est assumée.
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Les détails nécessaires seront présentés dans la suite.
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% =========================================================
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\section{Hello World}
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Hop, on y va...
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Le tout début de la vie d'un programme écrit en C est l'appel par
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le \textsl{runtime}\footnote{\texttt{crt0.s}} d'une fonction
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nommée \texttt{main} qui recevra deux paramètres\footnote{%
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En fait trois, mais restons simple.}
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dont l'utilisation est décrite un peu plus bas.
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Ces paramètres sont fournis par des mécanismes planquées
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dans la soute du système d'exploitation, et n'ont pas
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d'importance pour le moment..
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\lstinputlisting[language=c]{code/hello.c}
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Un fois passé l'entrée, nous sommes dans la partie active.
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Nous appelons à ce moment une fonction de la bibliothèque
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standard : \texttt{puts}
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qui a pour but d'afficher sur l'écran le texte
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passé en paramètre.
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Voila, c'est fait. Dans les règles de l'art.
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Nous savons dire « bonjour » au monde.
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Point suivant~: dire bonjour à quelqu'un d'autre. Et pour
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cela il nous fait récupérer un argument depuis la ligne
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de commande.
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% =========================================================
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\section{Arguments}
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Expliquons maintenant les deux paramètres
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\texttt{argc} et \texttt{argv} du point d'entrée du programme
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(la fonction main).
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Le premier est le nombre de "mots" détectés par l'interpréteur
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de commande qui va lancer votre proggy, et le second est
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un tableau de chaines de caractères contenant ces différents mots.
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Ce petit bout de code va nous afficher tout ça~:
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\lstinputlisting[language=c]{code/arguments.c}
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Et voici un exemple d'exécution depuis un shell~:\index{shell}
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\begin{verbatim}
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$ ./arguments un deux "trois quatre"
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0 ./arguments
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1 un
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2 deux
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3 trois quatre
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$
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\end{verbatim}
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Nous constatons que la première valeur affichée est en fait
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le nom de notre programme, ou plutôt le chemin vers le fichier
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exécutable, et surtout que son indice est 0, ce qui semble
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logique\footnote{Rez-de-chaussée, premier étage, toussa\dots}.
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En C, les tableaux commencent toujours à l'indice 0.
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Pour le traitement des options, il faut sauter à
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la page \pageref{getopt}.
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% =========================================================
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\section{Les variables}
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En gros, une variable du C est une zone de mémoire destinée
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à contenir une valeur.
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Une variable peut être caractérisée par trois choses~:
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son nom, son type, et sa portée.
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\textbf{Le nom} : Il doit commencer par une
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lettre\footnote{To be ASCII or not to be ?} majuscule ou minuscule,
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laquelle peut être suivie d'un nombre suffisant de lettres, de chiffres
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et du caractère 'souligné'. La différence de casse est signifiante.
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\textbf{Le type} : C'est une désignation du genre d'information
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que l'on peut stocker dans une variable.
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\textbf{La portée} :
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% =========================================================
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\section{Les fonctions}
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Nous avons vu brièvement dans la première section de ce chapitre
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la fonction \texttt{main} et ses deux paramètres.
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Il est temps de préciser les détails.
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Une fonction a un unique point d'entrée\footnote{Qui a déja joué
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avec le ENTRY du Fortran ?}, avec une éventuelle liste
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de paramètres,
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et une tout aussi éventuelel unique valeur de retour.
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XXX\index{XXX}
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% =========================================================
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\section{Entrées / Sorties}
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\index{stdin} \index{stdout} \index{stderr}
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Il est évident qu'un logiciel qui n'a aucun moyen de communiquer
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avec le monde extérieur a bien moins d'utilité qu'un bon ed.
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Dans le schéma «~classique~», ces échanges ont lieu par
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le truchement d'un terminal.
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\subsection{Les trois flux canoniques}
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\texttt{stdin}, \texttt{stdout} et \texttt{stderr}\dots
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Par défaut, au lancement du programme, ces trois canaux
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d'entrée/sortie sont pré-connectés, et donc directement
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utilisables.
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Le premier (\texttt{stdin}), l'entrée standard, est connecté
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au clavier du consoliste\footnote{De quel roman est tiré ce terme ?},
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le second (\texttt{stdout}), la sortie standard, permet d'afficher
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les résultats du programme sur l'écran,
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et le troisème (), la sortie d'erreur, permet d'afficher
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les éventuels messages d'erreur.
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||
La différence entre \textsl{out} et \textsl{err} est expliquée
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plus loin.
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\subsection{IO de base}\index{getchar}\index{putchar}
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Les fonctions \texttt{getchar} et \texttt{putchar} sont les plus
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simples.
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Avec elles, on peut lire un caractère depuis \texttt{stdin},
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et afficher un caractère dans \texttt{stdout}. Tout cela semble
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très bien, mais la fonction de lecture est piégeuse
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"\textsc{It's a trap}", comme nous allons bientôt le voir.
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Vous devez logiquement penser que si nous allons lire un caractère
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depuis l'entrée du programme, nous pouvons utiliser une variable de
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type \texttt{char}, puisque ce type est prévu pour stocker un
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caractère. Seulement, pour indiquer l'abscence de caractère,
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||
la fin du fichier, il nous faut une valeur \textsl{out of band}
|
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et donc getchar renvoit en fait un \texttt{int} dont une valeur
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particulière sera nommée \texttt{EOF}, \textsl{end of file}.
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\begin{verbatim}
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while (EOF != (foo=getchar())) { ....
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\end{verbatim}
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Voilà un piège éliminé, et vous trouverez un exemple complet
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un peu plus loin.
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\subsection{Écrire : \texttt{printf}}
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\index{printf}
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La fonction \texttt{printf} permet d'afficher sur la sortie
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standard le contenu d'une (ou plusieurs)
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variable sous diverses présentations,
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qui sont contrôlables par un tout petit
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DSL\footnote{\textsl{domain specific language}}\index{DSL}~:
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la chaine de format.
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\begin{verbatim}
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int bar, foo = 42;
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||
bar = printf ("foo = %d\n", foo);
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\end{verbatim}
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||
La première ligne déclare deux variables dont une (foo) est
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initialisée à une valeur connue. La seconde ligne appelle
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||
la fonction '\texttt{printf}' avec les paramêtres appropriés et
|
||
conserve la valeur de retour de celle-ci.
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Le premier de ces paramêtres, \texttt{"foo = \%d\textbackslash{}n"},
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||
est appelé \emph{chaine de format}. C'est une chaine de caractères,
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que l'on peut classer en trois catégories~:
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\begin{itemize} % ------------
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||
\item{\textsl{caractères crus} : ils sont directements poussés vers
|
||
la sortie. La plupart d'entre eux donnent le résultat attendu.}
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||
\item{\textsl{codes de format} : les fragments qui commencent par le
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||
caractère '\%'. Ils servent à contrôler l'apparence de ce qui va
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suivre.
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Par exemple \texttt{\%x} va afficher un \texttt{int} en hexadécimal}.
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||
|
||
\item{\textsl{échappements} : les caractères précédés d'un
|
||
'\textbackslash' ou \textsl{backslash}\footnote{barre-penchée-du-8}
|
||
permettent d'inclure dans la chaine de format des caractères
|
||
non imprimables.
|
||
Par exemple, \texttt{'\textbackslash{}n'} va générer le caractère
|
||
\textsl{newline} qui marque la fin d'une ligne de texte.
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}
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||
|
||
\end{itemize} % ------------
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||
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||
Quand à la valeur de retour, elle contient le nombre de caractères
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effectivement écrits. Ce nombre peut être différent du nombre attendu
|
||
en cas d'erreur, par exemple si le disque est saturé.
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||
Ce nombre, que beaucoup de gens négligent, peut être utilisé pour un
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||
affichage de multiples données en limitant la longueur des lignes~:
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\begin{verbatim}
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int foo, nbre = 0;
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||
for (foo=0; foo<1000; foo++) {
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||
nbre += printf("%d ", foo);
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||
if (nbre > 62) {
|
||
putchar('\n'); nbre = 0;
|
||
}
|
||
}
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||
\end{verbatim}
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||
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||
% ---------------------------------------------------------
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||
%
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% voir aussi ~/code/network/README.md
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||
%
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||
\subsection{Lire : \texttt{fgets}}
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||
\index{fgets}
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Cette fonction a pour but de lire une ligne de texte depuis
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une entrée (stdin, fichier, socket\index{socket}...)
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et de la ranger en mémoire.
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||
Mais commençons par lire la documentation\index{RTFM} de cette fonction,
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||
en nous concentrant sur ces deux passages, avant de passer à
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un exemple\footnote{encore en phase de méditation}.
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||
Voici deux extraits de ce que nous affirme la page du manuel~:
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\begin{verbatim}
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||
DESCRIPTION
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||
fgets() reads in at most one less than size characters from stream and
|
||
stores them into the buffer pointed to by s. Reading stops after an
|
||
EOF or a newline. If a newline is read, it is stored into the buffer.
|
||
A terminating null byte ('\0') is stored after the last character in
|
||
the buffer.
|
||
|
||
RETURN VALUE
|
||
fgets() returns s on success, and NULL on error or when end of file oc‐
|
||
curs while no characters have been read.
|
||
\end{verbatim}
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||
|
||
Prenez le temps d'y réfléchir, et essayons un cas simple d'utilisation
|
||
pour examiner le comportement de cette fonction. Nous allons
|
||
boucler sur la lecture d'une ligne depuis l'entrée standard dans
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||
un buffer d'une taille fixée, puis afficher le nombre de caractères
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||
que nous avons reçus.
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||
\lstinputlisting[language=c]{code/C/fgets-simple.c}
|
||
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||
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||
% ---------------------------------------------------------
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||
%
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||
%
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||
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\subsection{Lire : \texttt{scanf}}
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\index{scanf}
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Avez-vous bien révisé la section qui cause des pointeurs ?
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Êtes-vous prèt à d'étranges comportements ?
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||
À ne plus savoir où peut être la tête de lecture ?
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Alors les subtilités de \texttt{scanf} vont vous plaire.
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\textit{To be continued...}
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% ---------------------------------------------------------
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\subsection{Les fichiers}\index{fopen}\index{fclose}
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Lire et écrire depuis les flux gérés par le système, c'est bien, mais
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c'est mieux de pouvoir faire la même chose depuis ou vers un fichier
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||
enregistré. Il nous faut un moyen pour se 'connecter' à un ficher, et
|
||
y balancer des trucs à grand coup de printf.
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|
||
Ce mécanisme passe par la fonction \texttt{fopen} et \texttt{fclose}.
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||
La première va nous renvoyer (si tout se passe bien) un pointeur
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sur une structure opaque de type \texttt{FILE *} qui pourra être
|
||
utilisé dans la suite des opérations. Voici son prototype~:
|
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\begin{verbatim}
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#include <stdio.h>
|
||
FILE *fopen(const char *pathname, const char *mode);
|
||
\end{verbatim}
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||
Le premier paramêtre est le nom du fichier concerné, possiblement avec
|
||
son chemin d'accès (absolu ou relatif), comme \texttt{"foo.fimg"},
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||
\texttt{"/var/tmp/foo.data"} ou \texttt{"./bla.txt"}.
|
||
Le second est le mode d'accès à ce fichier. Ce mode précise, entre
|
||
autres, si nous souhaitons lire ou écrire dans ce fichier.
|
||
La valeur retournée par cette fonction est un pointeur qui peut
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||
être égal à \texttt{NULL} en cas d'erreur~: par exemple le fichier
|
||
n'existe pas ou ne peut pas être crée.
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||
Notre fichier est maintenant ouvert, la fonction \texttt{fprintf} va
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||
nous permettre d'écrire quelque chose dedans. Elle est analogue au
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||
\texttt{prinf} vu un peu plus tôt, sauf qu'elle demande un
|
||
argument supplémentaire, et c'est justement le pointeur retourné
|
||
par \texttt{fopen}~:
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\begin{verbatim}
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||
int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);
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||
\end{verbatim}
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% =========================================================
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\section{Un filtre Unix}\label{filtre-unix}
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||
Ce qu'on appelle un "filtre" est un logiciel destiné à transformer
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les données qui le traversent. Pour bien comprendre, le mieux,
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comme d'habitude, est un exemple. Il est un peu artificiel,
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||
car il s'agit d'éliminer les lettres \textsc{o} et \textsc{p},
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sans raison valable. Le voici~:
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\lstinputlisting[language=c]{code/C/no-op.c}
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Démonstration immédiate~:
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\begin{verbatim}
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$ echo apopoz | ./no-op
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az
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$ ./no-op < no-op.c | head -5
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||
/*
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* n-.c is an useless shell filter
|
||
*/
|
||
#include <stdi.h>
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||
#include <ctye.h>
|
||
$
|
||
\end{verbatim}
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||
Vous voulez un autre exemple ? En voici un, parfois utile pour des
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||
simulations de terminal de \textsl{h4ck3rZ}\footnote{texte vert ou
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||
orange sur fond noir de rigueur.} sur une ligne en boucle de
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||
courant à 300 Bauds, le tout pour un film que l'on souhaite classable
|
||
en série Z.
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\lstinputlisting[language=c]{code/C/slowprint.c}
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||
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||
\vspace{2em}
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||
Pour une explication plus détaillée sur les mécanismes
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||
utilisés et les usages possibles d'un tel filtre,
|
||
il faut voir le concept de pipeline du shell en
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page \pageref{pipeline}.
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% =========================================================
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\section{Les pointeurs}\label{pointeur}\index{pointeur}
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||
\textbf{Ah, enfin, on a failli attendre !}
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||
Qu'est-ce qu'un pointeur ? La réponse est multiple, et c'est
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||
le pointeur qui fait à la fois la force et la faiblesse du C.
|
||
Pour faire simple, un pointeur est une variable qui contient
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||
l'adresse dans la mémoire d'une autre variable.
|
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||
Mais en fait c'est un peu plus subtil : un pointeur « connait » la taille
|
||
de l'objet pointé, et peut donc « parcourir » un tableau de ces objets.
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\begin{verbatim}
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||
Objet tableau[N];
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||
Objet *ptr;
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||
ptr = tableau; // *ptr désigne tableau[0];
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||
ptr++; // *ptr désigne tableau[1];
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||
\end{verbatim}
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||
XXX il y a beaucoup à dire, et de quoi bien rire \textsl{:)}
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% https://hackthedeveloper.com/function-pointer-in-c/
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% =========================================================
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\section{Le préprocesseur}\index{cpp}
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Nous avons déja abordé de loin la directive \texttt{\#include},
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||
qui fait partie du préprocesseur, comme toutes les lignes
|
||
de code commençant par le caractère \textbf{\#}.
|
||
Le concept de base, qu'il faut bien capter, est que le
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||
préprocesseur pratique des \emph{substitutions de texte}.
|
||
Pratiquement, il se passe ça~:
|
||
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||
\begin{verbatim}
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||
#define NUMID 1664
|
||
#define FLAVOUR "tisane"
|
||
printf("La %d c'est de la %s\n", NUMID, FLAVOUR);
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
Ces trois lignes de code
|
||
(deux directives pour cpp et un appel classique de fonction)
|
||
seront converties en une seule ligne de C.
|
||
|
||
\begin{verbatim}
|
||
printf("La %d c'est de la %s\n", 1664, "tisane");
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
C'est donc cette ligne qui sera ensuite passée au vrai compilateur
|
||
pour être traduite en codes opératoires, dont l'exécution
|
||
affichera une maxime dont la véracité demande à être vérifiée
|
||
par l'expérimentation. Mais ça n'est pas fini.
|
||
|
||
Ce sympathique \textsf{préproc'} nous permet aussi de faire
|
||
de la compilation conditinnelle, et ça, c'est cool parce que
|
||
ça ouvre la porte à plein de choses.
|
||
Par exemple, l'instrumentation du code afin de faciliter
|
||
les tests et le debug.
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||
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||
\begin{verbatim}
|
||
...
|
||
#ifdef TRACEUR
|
||
fprintf(stderr, "pid %d was here.\n", getpid());
|
||
#endif
|
||
...
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
Et à la compilation, il vous faut passer l'option
|
||
\texttt{-DTRACEUR} à Gcc pour que ce message de trace soit
|
||
pris en compte.
|
||
|
||
% ---------------------------------------------------------
|
||
|
||
\subsection{Les macros}
|
||
|
||
Une chose très fourbe dont voici un exemple ?
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||
|
||
\begin{verbatim}
|
||
#define pixidx (fi,x,y) (((y)*fi->width)+(x))
|
||
#define getRpix (fi,x,y) (fi->R[ pixidx(fi,(x),(y)) ])
|
||
#define getGpix (fi,x,y) (fi->G[ pixidx(fi,(x),(y)) ])
|
||
#define getBpix (fi,x,y) (fi->B[ pixidx(fi,(x),(y)) ])
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
Finalemant, ça n'est pas si compliqué que ça.
|
||
Il suffit juste de savoir protéger les choses fragiles
|
||
avec des parenthèses. Partout.
|
||
|
||
|
||
% =========================================================
|
||
|
||
|
||
\section{Unités de compilation}
|
||
|
||
Jusque à maintenant, nous n'avons vu que des programmes dont
|
||
le code source n'était que dans un seul fichier, ce qui devient
|
||
vite ingérable pour un gros projet. C permet facilement
|
||
de faire de la compilation séparée~: chacun des fichiers source
|
||
est compilé indépendament en un fichier \textsl{objet}, lesquels
|
||
seront ensuite \textbf{liés} pour obtenir l'exécutable final.
|
||
|
||
Mais découper un gros logiciel en plusieurs fichiers source
|
||
a d'autres avantages.
|
||
Bien maitrisé, c'est une technique assez sereine.
|
||
Elle permet d'isoler des données spécifiques qu'il serait
|
||
bien plus lourd et périlleux d'utiliser d'une autre façon.
|
||
|
||
% =========================================================
|
||
|
||
\section{Les structures}
|
||
|
||
Une structure est une sorte de boite dans laquelle on peut
|
||
ranger plusieurs variables afin de les manipuler comme
|
||
une seule entité. Les utilisateurs de 80 colonnes voient
|
||
tout de suite de quoi il s'agit.
|
||
|
||
XXX trouver un exemple parlant et décalé\dots
|
||
|
||
% =========================================================
|
||
|
||
\section{Gestion de la mémoire}
|
||
\index{malloc} \index{free}
|
||
|
||
Nous avons déja entrevu la gestion « implicite » de la mémoire
|
||
avec les variables locales. Il est temps de passer à une gestion
|
||
explicite de celle-ci~:
|
||
les fonctions \texttt{malloc} et \texttt{free} sont là pour ça.
|
||
|
||
La première demande au mc/p de nous préter une certaine quantité
|
||
de mémoire, que nous pourront utiliser à notre guise.
|
||
Et la seconde restitue la zone mémoire au système sous-jacent.
|
||
|
||
Un rapide synopsis minimal d'utilisation~:
|
||
|
||
\begin{verbatim}
|
||
int foo, *ptr;
|
||
if (NULL==(ptr=malloc(sizeof(int)*NBITEMS))) abort();
|
||
for (foo=0; foo<NBITEMS; foo++) ptr[foo] = rand();
|
||
do_something(ptr);
|
||
free(ptr);
|
||
\end{verbatim}
|
||
|
||
Pour les besoins de la démo, nous avons deux variables, l'une
|
||
est entière (\texttt{foo}) et l'autre, \texttt{ptr}, est
|
||
un pointeur sur $N$ entiers.
|
||
Ce pointeur est initialisé sur la seconde ligne par un appel
|
||
à la fonction \texttt{malloc(3)} avec en paramètre le
|
||
nombre d'\textbf{octets} que nous voulons emprunter.
|
||
Ce nombre est ici calculé en multipliant le nombre de case
|
||
désiré par la taille de la case, une bonne occasion de
|
||
découvrir l'opérateur \texttt{sizeof}\dots
|
||
|
||
La boucle \texttt{for} de la ligne suivante insère des données
|
||
pertinentes dans notre tableau. Lesquelles données seront
|
||
habilement traitées sur la ligne suivante par l'appel
|
||
de cette fonction~:
|
||
|
||
\begin{verbatim}
|
||
void do_something(int values[])
|
||
{
|
||
int foo;
|
||
double sum = 0.0;
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for (foo=0; foo<NBITEMS; foo++) sum += (double)values[foo];
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printf("sum is %g\n", sum);
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}
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\end{verbatim}
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Et finalement, nous avons réussi à générer un \textsl{useless number}.
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Notre mission est terminée, nous rendons notre bloc de mémoire
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au mc/p avec \texttt{free(ptr);}.
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\section{Gérer les options}\index{getopt}\label{getopt}
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\begin{verbatim}
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#include <unistd.h>
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int getopt(int argc, char * const argv[], const char *optstring);
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extern char *optarg;
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extern int optind, opterr, optopt;
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\end{verbatim}
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La page de man de getopt(3) contient des explications détaillées
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et un exemple simple d'utilisation.
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\section{Erreurs classiques}
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\begin{itemize}
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\item{Variables non initialisées.}
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\item{Sortir d'un tableau (par le haut ou par le bas).}
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\item{Dépassement de la taille d'une chaine.}
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\item{Libérer deux fois la mémoire.}
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\item{\textsl{file pointer} invalide.}
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\end{itemize}
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% =========================================================
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\section{Random} \index{ramdom} \label{c-random}
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XXX \index{XXX}
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% =========================================================
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\section{Debug} \index{Debug}
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Des outils et astuces en page \pageref{chap:debug}.
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\begin{quote}
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||
splint is an annotation-assisted lightweight static checker.
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||
It is a tool for
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statically checking C programs for security vulnerabilities and coding
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||
mistakes.
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If additional effort is invested in adding annotations to programs,
|
||
splint can perform stronger checking.
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\end{quote}
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% =========================================================
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\section{Legalize}
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||
"The two forms of conforming implementation are hosted and freestanding.
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||
A conforming hosted implementation shall accept any strictly conforming
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||
program. A conforming freestanding implementation shall accept any
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||
strictly conforming program in which the use of the features specified
|
||
in the library clause (Clause 7) is confined to the contents of the
|
||
standard headers <float.h> , <iso646.h> , <limits.h> , <stdalign.h> ,
|
||
<stdarg.h> , <stdbool.h> , <stddef.h> , <stdint.h> , and <stdnoreturn.h>
|
||
. Additionally, a conforming freestanding implementation shall accept
|
||
any strictly conforming program in which the use of the features
|
||
specified in the header <string.h> , except the following functions:
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||
strdup , strndup , strcoll , strxfrm , strerror ." (4p6)
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https://devblogs.microsoft.com/oldnewthing/20230109-00/?p=107685
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\section{Dessiner}
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\subsection{G2} \index{g2} \label{g2}
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\begin{quote}
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\textbf{g2} is a simple to use graphics library for 2D graphical applications
|
||
written in \textit{ANSI C}. This library provides a comprehensive set of
|
||
functions for simultaneous generation of graphical output on different
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||
types of devices.
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\end{quote}
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\lstinputlisting[language=c]{code/g2/un_dessin.c}
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\section{Ailleurs dans cet ouvrage}
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||
Il y a plein d'autres exemples de code en C, sur des sujets
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divers comme Open Sound Control (page \pageref{chap:OSC}) ou
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||
libsndfile (page \pageref{chap:son}).
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||
Et pour les gens du système~:
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l'utilisation des signaux (page \pageref{get-signal}),
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le chargement dynamique d'un \textsl{plug-in} (page \pageref{ex_dlopen}).
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