cours-f90+c

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UPMC Master P&A/SDUEE

UE MNI (4P009)

Mthodes Numriques et Informatiques

Fortran 95/2003 et C

20152016

[email protected]@upmc.fr

Albert Hertzog

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Fortran et C

Table des matires

1 Introduction 6

1.1 Langage compil et langage interprt . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.2 Programmation en langage compil . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.3 Compilationet dition de liens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.4 Historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121.4.1 Langage fortran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.4.2 Langage C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

1.5 Intrts respectifs du C et du fortran . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.6 Format des instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.7 Exemple de programme C avec une seule fonction utilisateur . . . . . 17

1.8 Exemple de programme fortran avec une seule procdure . . . . . . 18

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Fortran et C

2 Types et dclarations des variables 19

2.1 Reprsentation des nombres : domaine (range) et prcision . . . . . 19

2.1.1 Domaine des entiers signs . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.1.2 Limites des entiers sur 32 et 64 bits . . . . . . . . . . . . . . 21

2.1.3 Domaine et prcision des flottants . . . . . . . . . . . . . . . 22

2.1.4 Caractristiques numriques des flottants sur 32 et 64 bits. . . 26

2.1.5 Caractristiques des types numriques en fortran . . . . . . . 27

2.2 Typesde base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

2.3 Les constantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

2.4 Dclarationsdes variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

3 Oprateurs 33

3.1 Oprateur daffectation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

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Fortran et C

3.2 Oprateurs algbriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.3 Oprateurs de comparaison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.4 Oprateurs logiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

3.5 Incrmentation et dcrmentation en C . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3.6 Oprateurs daffectation compose en C . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.7 Oprateur dalternative en C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.8 Oprateur sizeof en C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

3.9 Oprateur squentiel , en C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

3.10 Oprateurs & et * en C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

3.11 Priorits desoprateurs en C. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

4 Entres et sorties standard lmentaires 42

4.1 Introduction aux formats dentresortie . . . . . . . . . . . . . . . 43

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Fortran et C

4.1.1 Introduction auxformats en C . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

5 Structures de contrle 48

5.1 Structure conditionnelle if . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

5.1.1 Condition if . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

5.1.2 Alternative if ... else. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

5.1.3 Exemples dalternative if ... else . . . . . . . . . . . . . . 515.1.4 Alternatives imbriques if ... else . . . . . . . . . . . . . 53

5.1.5 Aplatissement de limbrication avec else if en fortran . . . 54

5.2 Aiguillage avec switch/case . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

5.2.1 Exemples daiguillage case . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

5.3 Structures itratives ou boucles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

5.3.1 Exemples de boucle for ou do . . . . . . . . . . . . . . . 62

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Fortran et C

5.4 Branchements ou sauts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

5.4.1 Exemples de bouclage anticip cycle/continue . . . . . 66

5.4.2 Exemples de sortie anticipe de boucle via break/exit . . 67

6 Introduction aux pointeurs 68

6.1 Intrt des pointeurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

6.2 Pointeurs et variables : exemple du C . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

6.2.1 Affectation dun pointeur en C . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

6.2.2 Indirection (oprateur en C) . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

6.3 Pointeurs enfortran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

6.4 Syntaxe des pointeurs (C et fortran) . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

6.5 Exemples lmentaires (C et fortran) . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

6.6 Initialiser les pointeurs !. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

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1 Introduction Fortran et C

1 Introduction

1.1 Langage compil et langage interprt

Langagecompil Langageinterprt

C, C++,fortran shell,python, perl, php, scilab

Le compilateur analyse lensemble

du programme avant de le traduire en

langage machine une fois pour toutes.

optimisationpossible

Lexcutable produit estautonome

mais dpend du processeur

Linterprteurexcute le code source

(script) instruction par instruction.

pas doptimisation

Linterprteur est ncessaire chaque

excution.

En cas derreur de syntaxe

le binaire nest pas produit,

donc pas dexcutable !

les instructions avant lerreur

sont excutes

Compil+interprt, par exemplejava

compilation bytecode portable interprt par JVM (machine virtuelle java)

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1 Introduction Fortran et C 1.2 Programmation en langage compil

1.2 Programmation en langage compil

Lestapesde la programmation (itrer si ncessaire) :

conception: dfinir lobjectif du programme et la mthode utiliser

algorithme puis organigramme puis pseudo-code

codage: crire le programme suivant la syntaxe dun langage de haut niveau,

et utilisant des bibliothques : C, fortran, ...

codesource : fichier texte avec instructions commentes

comprhensible pour le concepteur... et les autres

Seul le fichiersourceestportable(indpendant de la machine)

compilation: transformer le code source en un code machine

codeobjetpuis codeexcutable: fichiers binaires excution: tester le bon fonctionnement du programme

exploitation du code et production des rsultats

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1 Introduction Fortran et C 1.3 Compilation et dition de liens

1.3 Compilation et dition de liens

Fichiersource(texte) de suffixe .c en C (.f90 en fortran 90)crit au moyen dunditeur de texte

Fichierobjet(binaire) de suffixe .o :

code machine gnr par lecompilateur

Fichierexcutable(binaire) a.out par dfaut

produit par lditeur de liens

La commande de compilation gcc essai.c ou gfortran essai.f90

lance par dfaut trois actions :

1. traitement par leprprocesseur(cpp) des lignes commenant par #

appeles directives (transformation textuelle)

2. compilation proprement parler fichier objet essai.o

3. dition de liens(link) : le compilateur lance ld fichier excutable a.out

assemblage des codes objets et rsolution des appels aux bibliothques

MNI 8 2015-2016

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c essai.cgcc

gcc essai.o o essai.x

ogcc essai.c essai.x

(prprocesseur)

(1)

(2)

(3)

(4) ./essai.x

vi essai.c / emacs essai.c

compilation + lien

(2) + (3)

lien

compilation

dition

excution

fichier excutableessai.x

fichier objet

essai.o

fichier sourceessai.c

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Rle du compilateur

analyser le code source, signaler les erreurs de syntaxe ,

produire des avertissements sur les constructions suspectes,

convertir un code source en code machine (sauf erreur de syntaxe !),

optimiser le code machine.

faire du compilateur un assistant efficacepour anticiper les problmes

avant des erreurs ldition de liens ou, pire, lexcution.

C fortran

GNU Compiler Collection gcc gfortranDocumentation http://gcc.gnu.org

Intel icc ifort

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http://gcc.gnu.org/

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Principales options de compilation

Options permettant de choisir les tapes et les fichiers :

-c : prprocesseur et compilation seulement (produit lobjet)

-o essai.x : permet de spcifier le nom du fichier excutable

-ltruc donne ldlaccs labibliothque libtruc.a

ex. : -lmpour libm.a, bibliothque mathmatique indispensable en C

option placeraprsles fichiers appelants

Options utiles lamise au point :

conformit aux standards du langage : -std=c99 ou -std=f2003

avertissements (warnings) sur les instructions suspectes (variables non

utilises, instructions apparemment inutiles, changement de type, ...) : -Wall

vrification des passages de paramtres

(ncessite un contrle interprocdural, donc les prototypes ou interfaces)

alias avec options svres et prcision du standard

gcc-mni-c89 gfortran-mni

gcc-mni-c99 gfortran2003-mni

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1 Introduction Fortran et C 1.4 Historique

1.4 Historique

1.4.1 Langage fortran : Fortran =FormulaTranslation

1954 : premier langage decalcul scientifique(tltypes, puis cartes perfores)

...

1978 : fortran V ou fortran 77

1991 : fortran 90 (volution majeure mais un peu tardive)

format libre, fonctions tableaux, allocation dynamique, structures, modules...

ne plus crire de fortran 77 1997 :fortran 95= mise jour mineure

2004 : fortran 2003 standard adopt

nouveauts :interoprabilit avec C, arithmtique IEEE, accs au systme,

allocations dynamiques tendues, aspects objet...

fortran 2003 implment sur certains compilateurs (en cours pour gfortran) 2010 (20 sept) : adoption du standardfortran 2008

futur standard fortran 2015 en cours de rvision

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1 Introduction Fortran et C 1.4 Historique

1.4.2 Langage C

langage conu dans les annes 1970

1978 : The C Programming Langagede B. KERNIGHANet D. RICHIE

dveloppement li la diffusion du systmeUNIX

198890 : normalisation C89ANSIISO (bibliothque standard du C)

Deuxime dition du KERNIGHANet RICHIEnorme ANSI

1999 : norme C99

nouveaux types (boolen, complexe, entiers de diverses tailles (prise en compte

des processeurs 64 bits), caractres larges (unicode), ...),

gnricit dans les fonctions numriques,

dclarations tardives des variables,tableaux automatiques de taille variable...

normeC11(ex-C1x) parue en avril 2011

base dautres langages dont leC++(premier standard en 1998)

puis java, php, ...

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1 Introduction Fortran et C 1.5 Intrts respectifs du C et du fortran

1.5 Intrts respectifs du C et du fortran

Langage fortran Langage C

codes portableset prennes grce aux normes du langage et des bibliothques

langages de haut niveau

structures de contrle, structures de donnes, fonctions, compilation spare, ...

gnricit des fonctions mathmatiques mais aussi ... langage de bas niveau

(manipulation de bits, dadresses, ...)

langage puissant, efficace

mais aussi ...peu permissif mais aussi ...permissif !

spcialis pour le calcul scientifique plus gnraliste

ex. : criture de systmes dexploitation

tableaux multidimensionnelset

fonctions associes (cf. matlab et scilab)

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1 Introduction Fortran et C 1.5 Intrts respectifs du C et du fortran

Exemple : appel une procdure de la bibliothque LAPACKpour le calcul des lments propres dune matrice mm relle.

Langage C

info = lapacke_sgeev(CblasColMajor, V, N,

m, (float *)matrice,

m, (float *)valpr_r, (float *)valpr_i,

(float *)vectpr_l, m, (float *)vectpr_r, m);

12 arguments + status de retour optionnel

Langage Fortran 90

call la_geev(matrice, valpr_r, valpr_i, &

vectpr_l, vectpr_r, info= info )

5 arguments seulement + status optionnel pass parmot-clef

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1 Introduction Fortran et C 1.6 Format des instructions

1.6 Format des instructions

langage C langage Fortran

libre format du code libredu fortran 90

fixe en fortran 77

mettre en vidence les structures par la mise en page (indentation)

une instruction

se termine par

instruction simple ;instruction compose }

la fin de la lignesauf si & la fin

entre /* et */peut stendre sur plusieurs lignes

dlimiteurs decommentaire

//

en C99 et C++

introducteur decommentaire

fin de la ligne

!

distinction maj/minuscule pas de distinction

lignes de directives pour le prprocesseur : # en premire colonne

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1 Introduction Fortran et C 1.7 Exemple de programme C avec une seule fonction utilisateur

1.7 Exemple de programme C avec une seule fonction

utilisateur :main

#include /* instructions prprocesseur */

#include /* pas de ";" en fin */

int main(void) /* fonction principale */

{ /*

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1 Introduction Fortran et C 1.8 Exemple de programme fortran avec une seule procdure

1.8 Exemple de programme fortran avec une seule procdure

PROGRAM ppal !

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2 Types et dclarations des variables Fortran et C

2 Types et dclarations des variables

2.1 Reprsentation des nombres : domaine (range) et prcision

Nombre de bits fixe (typage statique) domaine couvert limit

Mais distinguer :

lesentiers reprsents exactement

lesrels reprsents approximativementen virgule flottante ne jamais compter avec des rels

2.1.1 Domaine des entiers signs

Exempleintroductif des entiers sur1 octet(8 bits) :28 = 256valeurs possibles

taille non signs signs

1 octet 0 255 = 28 1 27 = 128 +127 = 27 1

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2 Types et dclarations des variables Fortran et C 2.1 Reprsentation des nombres : domaine (range) et prcision

+0

+27

+128

+27 1+127

+28 1 +1

+27 + 1+129

+26

Entierspositifssur 8 bitsDiscontinuiten haut gauche de 0

+0

27

128

+27 1+127

+11

27 + 1127

n >0

+26

n

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2.1.2 Limites des entiers sur 32 et 64 bits

Rappel :log102 0,30 210

= 1024 = 1010 log

10(2)

103

fortran C

fonction HUGE /usr/include/limits.h

sur 32 bits = 4 octets 231 2 109 HUGE(1) INT_MAX

sur 64 bits = 8 octets 263 9 1018 HUGE(1_8) LLONG_MAX

Dpassement de capacit en entier positif passage en ngatif

en fortran, choix des variantes (KIND) dentiers selon le domaine (range) par la

fonction SELECTED_INT_KIND(...)

en C89, les tailles des entiers dpendent du processeur

C99 : types entiers tendus nb doctets impos, par exemple : int32_t

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2.1.3 Domaine et prcision des flottants

Reprsentation approche envirgule flottantepour concilier dynamique et prcision

Par exempleen base 10, avec 4 chiffres aprs la virgule, comparer les

reprsentations approches (par troncature) en virgule fixe et flottante :

nombre exact virgule fixe virgule flottante

par troncature

0.0000123456789 .0000 0.1234 104

0.000123456789 .0001 0.1234 103

0.00123456789 .0012 0.1234 102

0.0123456789 .0123 0.1234 101

0.123456789 .1234 0.1234 100

1.23456789 1.2345 0.1234 101

12.3456789 12.3456 0.1234 102

123.456789 123.4567 0.1234 103

Virgule flottante

en base 10

0. 1234

mantisse

10

exposant

1

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En binaire, nombre de bits rparti entremantisse(partie fractionnaire) etexposant

m bits de mantisse prcision limite

qbits de l exposant domaine finiAjouter 1 bit de signe nombre de bits=m + q+ 1

exposant (puissance de 2) fix :progression arithmtiquedans chaque octave

2m valeurs par octave

= la plus petite valeur telle que 1 + soit le successeur de 1

est le pas des flottants dans loctave[1, 2[ = 1/2m

Prcision relative = 1/2m

Flottants sur 32 bits : m= 23 bits de mantisse = 223 106/8

Octaves enprogression gomtriquede raison 2

qbits dexposant 2q 2octaves (+ codes non numriques)

Flottants sur 32 bits : q= 8 bits dexposant donc254 octaves

Domaine : MAX 1/MIN 2127 1,7 1038

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Domaine des flottants fix par le nombre de bits qde lexposant

En virgule flottante, les octaves sont en progression gomtrique de raison 2 :Nombre doctaves 2q , rparties presque symtriquement autour de 1.

+1+0

MIN MAX

une octave (n valeurs)

chelle log

+2

chelle linaire ( exposant fix)

2

+41/4 1/2

Domaine des flottants positifs normaliss ( chelle log)

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Prcision des flottants fixe par le nombre de bits m de la mantisse

Dans chaque octave [2p, 2p+1[= [X, 2X[, lexposant est constant

n= 2m flottants enprogression arithmtique de pasX=X/n = X

X= 2pX/2 2X

X/2 X=X/n

2 2

X=nXX/2 =nX/2

chelle linaire

X(1 + )X( 1 + 2)

X(1 + (n 1))

Exemple reprsent ici : deux octaves de flottants positifs avec mantisse sur m=3 bits

n= 2m = 23 = 8intervalles et aussi 8 valeurs par octave

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2.1.4 Caractristiques numriques des flottants sur 32 et 64 bits

nb total mantisse exposant

32 bits 23 bits 8 bits

64 bits 52 bits 11 bits

fortran C valeur

simple prc. HUGE(1.) FLT_MAX 3, 4 1038

= 4 octets TINY(1.) FLT_MIN 1,18 1038

= 32 bits EPSILON(1.) FLT_EPSILON 223 1, 2 107

double prc. HUGE(1.d0) DBL_MAX 1, 8 10308

= 8 octets TINY(1d0) DBL_MIN 2, 2 10308

= 64 bits EPSILON(1.d0) DBL_EPSILON 252 2, 2 1016

MNI 26 2015-2016

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2.1.5 Caractristiques des types numriques en fortran

DIGITS(x) nombre debitsde |x| si entier, de sa mantisse si rel

PRECISION(x) nombre dechiffres(dcimaux) significatifs de x

EPSILON(x) plus grande valeur du type de x ngligeable devant 1

RANGE(x) puissance de 10 du domaine de x (plus petite valeur absolue)

TINY(x) plus petite valeur positive reprsentable dans le type de x

HUGE(x) plus grande valeur positive reprsentable dans le type de x

Portabilit numrique du code

demander la variante (KIND) du type numrique suffisante

ki = SELECTED_INT_KIND(r) pour les entiers allant jusqu10r

kr = SELECTED_REAL_KIND(p,r) pour les relspour un domaine de10r 10r et une prcision10p (p chiffres significatifs)

MNI 27 2015-2016

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2 Types et dclarations des variables Fortran et C 2.2 Types de base

2.2 Types de base

Types reprsentsexactement

langage C Type fortran 90

////C99bool boolen logical

char caractre

character(len=1)

////(tableau de char) chane de caractres character(len=....)

short int entier court integer(kind=2)

int entier par dfaut integer

long int entier long integer(kind=4/8)

C99 long long entier long long integer(kind=8)

MNI 28 2015-2016

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2 Types et dclarations des variables Fortran et C 2.2 Types de base

Types reprsents approximativement

en virgule flottante : mantisse et exposant

langage C Type fortran 90

float rel simple prcision (32 bits) realdouble double prcision (64 bits) double precision

long double prcision tendue ( 80) real(kind=10/16)

////C99 complex complexe complex

#include + variantes

MNI 29 2015-2016

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2 Types et dclarations des variables Fortran et C 2.3 Les constantes

2.3 Les constantes

langage C C99 Type fortran 90

/////C99 : true (= 0) false (0) boolen .TRUE. .FALSE.

a caractre a "a"

"chaine" "sil" chanes chaine "sil"

17 entier court 17_2

17 entier dcimal 17 021 (attention) entier 1710en octal O21

0x11 entier en hexadcimal Z11

17L entier long 17_8

-47.1f -6.2e-2f rel simple prcision -47.1 -6.2e-2

-47.1 -6.2e-2 double prcision 47.1_8 -6.2e-2_8-47.1L -6.2e-2L double prcision long 47.1_16 -6.2e-2_16

/////sauf I C99 : 2.3-I*.5 complexe (2.3, -5.)

MNI 30 2015-2016

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2 Types et dclarations des variables Fortran et C 2.4 Dclarations des variables

2.4 Dclarations des variables

Typage statique=> dclarer le type de chaque variable

Dclarerune variable = rserver une zone en mmoire pour la stocker

Variable type lui associer un nombre de bits et un codage

(correspondance entre valeur et tat des bits en mmoire vive)

La taille de la zone et le codage dpendent du type de la variable.

Les bits de la zone ont au dpart des valeurs imprvisibles, sauf si...

Initialiserune variable = lui affecter une valeur lors de la rservation de la mmoire

Dclarationsen tte des procdures: obligatoire en fortranet conseill en C89

EnC99: dclarations tardives autorises mais prfrer en tte de bloc

MNI 31 2015-2016

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2 Types et dclarations des variables Fortran et C 2.4 Dclarations des variables

langage C 89 fortran 90

en tte des blocs C99 Nimporte o en tte des procdures

Syntaxe

type identificateur1, identificateur2 ... ; type :: identificateur1, identificateur2, ...

Exemple : dclaration de 3 entiers

int i, j2, k_max ; integer :: i, j2, k_max

Initialisation : lors de la dclaration

i n t i = 2 ; (excution) integer :: i = 2 (compilation)

Dclaration de constantes (non modifiables)

const i n t i = 2 ; integer, parameter : : i = 2penser aussi #define VAR 2 utilisable comme une vraie constante

MNI 32 2015-2016

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3 Oprateurs Fortran et C

3 Oprateurs

3.1 Oprateur daffectation

Laffectation = peut provoquer une conversionimplicitede type!

problmes de reprsentation des valeurs numriques :

tendue(range) : ex. dpassement par conversion flottant vers entier

prcision: ex. conversion entier exact vers flottant approch Prfrer les conversionsexplicites

langage C fortran

lvalue =(type)expression variable =type(expression)

conversion force(oprateurcast) grce des fonctions intrinsquesentier = (int) flottant; entier = INT(flottant)

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3 Oprateurs Fortran et C 3.1 Oprateur daffectation

int n = 123456789; // exact

float b = 0.123456789f; // approch

float nf;

printf("float: %d octets \t int: %d octets\n",

(int) sizeof(float), (int) sizeof(int));

n f = (float) n; // conversion => approch 10^(-7)

printf("n (int) = %d \nnf (float) = %.10g \n""b (float) =%.10g\n", n, nf, b);

float: 4 octets int: 4 octets

n (int) = 123456789 exact

nf (float) = 123456792 approchb (float) =0.123456791

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3 Oprateurs Fortran et C 3.2 Oprateurs algbriques

3.2 Oprateurs algbriques

langage C fortran 90 difficults

addition + +

soustraction - -

multiplication * *

division / / div. entire

lvation la puissance pow(x,y) **

reste modulo % mod(i,j) avec ngatifs

Oprations binaires mme type pour les oprandes (sauf rel**entier fortran)

Types diffrents conversion implicitevers le type le plus riche avant opration

MNI 35 2015-2016

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3 Oprateurs Fortran et C 3.3 Oprateurs de comparaison

3.3 Oprateurs de comparaison

langage C fortran 90

rsultat entier boolen

infrieur < >

diffrent de != /=

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3 Oprateurs Fortran et C 3.4 Oprateurs logiques

3.4 Oprateurs logiques

langage C a fortran 90

ET && .AND.

OU || .OR.

NON ! .NOT.

EQUIVALENCE ////// .EQV.

OU exclusif ////// .NEQV.

a. Rappel : pas de type boolen en C89 (faux=0, vrai si = 0),

mais le type boolen (bool) existe enC99, avec stdbool.h.

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3 Oprateurs Fortran et C 3.5 Incrmentation et dcrmentation en C

3.5 Incrmentation et dcrmentation en C

post-incrmentationet post-dcrmentationi++ incrmente /i-- dcrmente i dune unit,

aprsvaluation de lexpression

p=2; n=p++; donne n=2 et p=3

p=2; n=p--; donne n=2 et p=1

pr-incrmentationetpr-dcrmentation

++i incrmente /--i dcrmente i dune unit,

avantvaluation de lexpression

p=2; n=++p; donne n=3 et p=3

p=2; n=--p; donne n=1 et p=1

i = i++; indtermin!

MNI 38 2015-2016

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3 Oprateurs Fortran et C 3.6 Oprateurs daffectation compose en C

3.6 Oprateurs daffectation compose en C

lvalue oprateur = expression lvalue = lvalue oprateur expression

Exemples :

j += i j = j + i

b *= a + c b = b * (a + c)

3.7 Oprateur dalternative en C

exp1 ? exp2 : exp3 siexp1est vraie,exp2 (alors exp3 nest pas value)

sinonexp3 (alors exp2 nest pas value)

Exemple :

c = (a>b) ? a : b affecte le max de a et b c

MNI 39 2015-2016

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3 Oprateurs Fortran et C 3.8 Oprateur sizeof en C

3.8 Oprateur sizeof en C

Taille en octets dun objet ou dun type (rsultat de type size_t).

Cet oprateur permet damliorer la portabilit des programmes.

sizeof identificateur

size_t n1; double a;

n1 = sizeof a;

sizeof(type)

size_t n2;

n2 = sizeof(int);

3.9 Oprateur squentiel , en C

expr1 , expr2permet dvaluer successivement les expressionsexpr1et expr2.

Utilis essentiellement dans les structures de contrle (if, for, while).

3.10 Oprateurs & et * en C

&objet adresse de lobjet

*pointeur objet point (indirection)

MNI 40 2015-2016

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3 Oprateurs Fortran et C 3.11 Priorits des oprateurs en C

3.11 Priorits des oprateurs en C

oprateurs unaires +, -, ++, --, !, ~, *, &, sizeof, (cast)

oprateurs algbriques *, /, %

oprateurs algbriques +, -

oprateurs de dcalage

oprateurs relationnels =

oprateurs relationnels ==, != oprateurs sur les bits &, puis ^, puis |

oprateurs logiques &&, puis ||

oprateur conditionnel ? :

oprateurs daffectation = et les affectations composes

oprateur squentiel ,

indiquer les priorits avec des parenthses !

MNI 41 2015-2016

4 E i d d l i F C

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4 Entres et sor ties standard lmentaires For tran et C

4 Entres et sorties standard lmentaires

C fortran 90

criture sur stdout = cran

printf("format",

liste dexpressions);

WRITE(*, *) &

liste dexpressions

lecture depuis stdin = clavierscanf("format",

liste de pointeurs);

READ(*, *) &

liste de variables

format %d, %g ou %s ... selon le type pour

chaque variable (gabarit optionnel)

formatlibre(*) le plus simple

mais on peut prciser

spcifier \n en sortiepour changer de ligne

forcer par / dans le formatchangement denregistrement chaque

ordre READ ouWRITE

MNI 42 2015-2016

4 E t t ti t d d l t i F t t C 4 1 I t d ti f t d t ti

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4 Entres et sor ties standard lmentaires For tran et C 4.1 Introduction aux formats dentresor tie

4.1 Introduction aux formats dentresortie

Correspondance trs approximative entre C et fortran (w =largeur, p= prcision)

c fortran 2003

entiers

dcimal %w[.p]d Iw[.p]

%d I0

rels

virgule fixe %w[.p]f Fw.p

virgule flottante %w[.p]e Ew.p

prfrer gnral %w[.p]g Gw.p

caractrescaractres %w[.p]c A[w]

chane %w[.p]s A[w]

MNI 43 2015-2016

4 E t t ti t d d l t i F t t C 4 1 I t d ti f t d t ti

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4 Entres et sor ties standard lmentaires For tran et C 4.1 Introduction aux formats dentresor tie

#include /* entres sorties standard */

#include

int main(void) {

int i;

float x;

double y;

printf("Entrer un entier\n");

scanf("%d", &i); /* passer laddresse */

printf("La valeur de i est %d\n", i);

printf("Entrer un float, un double \n");

scanf("%g %lg", &x, &y); /* passer les adresses */

printf(" x = % g e t y = % g \ n ", x , y );

exit(EXIT_SUCCESS);

}

MNI 44 2015-2016

4 Entres et sor ties standard lmentaires For tran et C 4 1 Introduction aux formats dentre sor tie

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4 Entres et sor ties standard lmentaires For tran et C 4.1 Introduction aux formats d entresor tie

PROGRAM read_write

IMPLICIT NONE

INTEGER :: i

REAL :: x

WRITE(*,*) "Entrer un entier"

READ(*,*) i

WRITE(*,*) "La valeur de i est ", i

WRITE(*,*) "Entrer un rel "

READ(*,*) x

WRITE(*,*) "La valeur de x est ", x

END PROGRAM read_write

MNI 45 2015-2016


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4.1.1 Introduction aux formats en C

Attention: quelques diffrences entre scanf (type exact)

etprintf (conversionde type possible car passage dargument par copie)

En sortie avec printf

Type Format

char %c

chane %s

short (converti en)/int %d

long %ld

long long %lld

float(convertis en)/double (%e, %f) %g

long double (%Le, %Lf) %Lg

MNI 46 2015-2016


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En entre avec scanf

Type Format

char %c

short %hd

int %d

long %ld

long long %lld

float (%e, %f) %g

double (%le, %lf) %lg

long double (%Le, %Lf) %Lg

MNI 47 2015-2016

5 Structures de contrle Fortran et C

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5 Structures de contrle Fortran et C

5 Structures de contrle

Par dfaut, excution squentielle des instructions une seule fois,

dans lordre spcifi par le programme.

trop restrictif

Introduire desstructures de contrles(flow control) permettant de modifier le

cheminement lors de lexcution des instructions :

excution conditionnelle (if/else)

ou aiguillage (case) dans les instructions

itration de certains blocs (for, do, while...)

branchements (cycle ou continue, exit oubreak, ...)

Mettre en vidence les blocs par indentation du code(cf python)

Nommagepossible des structures en fortran (utile pour les branchements)

MNI 48 2015-2016

5 Structures de contrle Fortran et C 5 1 Structure conditionnelle if

7/24/2019 cours-f90+c

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5 Structures de contrle Fortran et C 5.1 Structure conditionnelle if

5.1 Structure conditionnelle if

5.1.1 Condition if

FAUSSE

VRAIE

if

condition

bloc

c fortran 90

if (expression)instruction if (expr. log.)instruction

if (expression) { if (expr. log.) then

bloc dinstructions bloc dinstructions

} end if

expression teste

entiervrai si non nul en C89 de typeboolen

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5.1.2 Alternative if ... else

FAUSSE

VRAIE

if

condition

bloc 1 bloc 2

c fortran 90

if (expression) { if (expr. log.) then

bloc dinstructions 1 bloc dinstructions 1

}

else { else

bloc dinstructions 2 bloc dinstructions 2

} end if

MNI 50 2015-2016


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5.1.3 Exemples dalternative if ... else

#include /* fichier if2.c */

#include int main(void)

{ /* structure if ... else */

int i, j, max ;

printf("entrer i et j (entiers)\n") ;

scanf("%d %d", &i, &j) ;

i f ( i > = j ) { /* affichage du max de 2 nombres */

printf(" i > = j \ n ") ;

max = i ; /* bloc dinstructions */

} else {

max = j ; /* instruction simple */

}printf(" i= %d, j= %d, max = %d\n", i, j, max);

exit(EXIT_SUCCESS) ;

}

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! structure if then ... else ... endif

! affichage du max de deux nombres

PROGRAM alternative

IMPLICIT NONE

INTEGER :: i, j, maxij

WRITE(*,*) "entrer i et j (entiers)"

READ(*,*) i , j

IF (i >= j) THEN

WRITE(*,*) " i > = j "

maxij = i ! bloc dinstructions

ELSE

maxij = j ! instruction simple

END IFWRITE(*,*) "i =", i, " , j = ", j , " , m a x = ", maxij

END PROGRAM alternative

MNI 52 2015-2016


7/24/2019 cours-f90+c

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5 St uctu es de co t e o t a et C 5 St uctu e co d t o e e

5.1.4 Alternatives imbriques if ... else

Imbrication simple deux niveaux

blocbloc

FAUSSEelse if

condition

bloc

FAUSSEif

condition

VRAIE

VRAIE

Fusion des retours un niveau

VRAIE

bloc

VRAIE

bloc bloc

FAUSSE FAUSSEif

condition

else if

condition

else

MNI 53 2015-2016


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5.1.5 Aplatissement de limbrication avec else if en fortran

Structures imbriques deux end if

! deux if imbriqus

IF (i < -10) THEN ! externe

WRITE(*,*) "i < -10"

ELSEIF (i < 10) THEN ! interne

WRITE(*,*) "-10 = 1 0 "

END IF ! end if interneEND IF ! end if externe

Structure aplatie un end if

! structure avec ELSE IF

IF (i < -10) THEN

WRITE(*,*) "i < -10"

! ELSEIF sur une mme ligneELSE IF (i < 10) THEN

WRITE(*,*) "-10 = 1 0 "

END IF ! un seul END IF

MNI 54 2015-2016

5 Structures de contrle Fortran et C 5.2 Aiguillage avec switch/case

7/24/2019 cours-f90+c

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g g

5.2 Aiguillage avec switch/case (pas avec des flottants)

c fortran 90

switch (expr. entire) { select case (expr.)caseslecteur1 : case (slecteur1)

bloc dinstructions bloc dinstructions[break ;]

caseslecteur2 : case (slecteur2)bloc dinstructions bloc dinstructions[break ;]

... ...default : case default

bloc dinstructions bloc dinstructions

} end select

slecteurexpressionconstanteentire ou caractre expressionconstanteentire ou caractre

ouliste

ouintervallefini ou semi-infini, Sansbreak, on teste tous les cas

qui suivent le premier slecteur vrai !

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g g

5.2.1 Exemples daiguillage case

case.cswitch (i) /* i entier */

{ /* dbut de bloc */

case 0 :

printf(" i vaut 0 \n") ;

break; /* necessaire ici ! */case 1 :

printf(" i vaut 1 \n") ;

break; /* necessaire ici ! */

default :

printf(" i diffrent de 0 et de 1 \n") ;

} /* fin de bloc */

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case.f90SELECT CASE(i) ! i entier ! dbut de bloc

CASE(0)

WRITE(*,*) " i v a u t 0 "

CASE(1)

WRITE(*,*) " i v a u t 1 "

CASE default

WRITE(*,*) " i diffrent de 0 et de 1 "

END SELECT ! fin de bloc

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case1.c/* structure case sans break

* pour "factoriser des cas"

et les traiter en commun */

switch (c) /* c de type char */

{

case ? :

case ! :

case ; :

case : :

printf(" ponctuation double \n") ;

break ; /* la fin des 4 cas */

default :

printf(" autre caractre \n") ;}

MNI 58 2015-2016


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case1.f90! select case avec des listes de constantes

! pour les cas traiter en commun

SELECT CASE (c) ! de type CHARACTER(len=1)

CASE (?,!,;,:)

WRITE(*,*) "ponctuation double"

CASE default

WRITE(*,*) "autre caractre "

END SELECT

MNI 59 2015-2016

5 Structures de contrle Fortran et C 5.3 Structures itratives ou boucles

7/24/2019 cours-f90+c

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5.3 Structures itratives ou boucles

Choix selon que le nombre ditrations est calculable avant ou non :

NON

incrementation

OUI

bloc

iteration

complete

? nombre ditrations

connu a priori

structure for ou

do avec compteur

FAUSSE

VRAIE

bloc

while

condition

nombre ditrations

inconnu a priori

structure while

risque de boucle

infinie

MNI 60 2015-2016


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c fortran 90

for (expr1; expr2; expr3) { boucle doentier = dbut, fin[, pas]

bloc dinstructions (avec compteur bloc dinstructions

} en fortran) end do

while (expr. ) { tant que do while (expr. log.)

instruction faire bloc dinstructions

} end do

do { faire ...

instruction} while (expr.) ; tant que

Boucle for

expr1 valueune foisavant lentre dans la boucle

gnralement initialisation dun compteur

expr2 : condition darrt value avant chaque itration expr3 value la fin de chaque itration

gnralement incrmentation du compteur

MNI 61 2015-2016


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5.3.1 Exemples de boucle for ou do

for.c/* affichage des entiers impairs

7/24/2019 cours-f90+c

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do.f90! affichage des entiers impairs infrieurs m

! structure "do" avec compteur

DO i = 1 , m , 2 ! i de 1 m par pas de 2

! dbut de bloc

WRITE (*,*) i ! bloc rduit une instruction

! fin de bloc

END DO

MNI 63 2015-2016

5 Structures de contrle Fortran et C 5.4 Branchements ou sauts

7/24/2019 cours-f90+c

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5.4 Branchements ou sauts

c fortran 90

continue ; bouclage anticip cycle

break ; sortie anticipe exitgototiquette; a branchement go totiquette-numrique

( viter)

a. ltiquette est un identificateur suivi de : en tte dinstruction.

MNI 64 2015-2016

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7/24/2019 cours-f90+c

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5.4.1 Exemples de bouclage anticip cycle/continue

int i = 0 , m = 11;while ( i < m ){ /* rebouclage anticip via continue */

i++ ;

if ( ( i % 2 ) = = 0 ) continue ; /* si i pair */

printf(" %d \n", i) ;

}

i = 0 ! recyclage anticip via "cycle"

DO WHILE ( i < m )

i = i + 1 ! modification de la condition du while

IF ( MOD( i , 2 ) = = 0 ) CYCLE ! rebouclage si i pairWRITE(*,*) i

END DO

MNI 66 2015-2016


7/24/2019 cours-f90+c

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5.4.2 Exemples de sortie anticipe de boucle viabreak/exit

int i = - 1 , m = 1 1;while ( 1 ) { /* toujours vrai */

i + = 2 ;

if ( i > m ) break ; /* sortie de boucle */

printf(" %d \n", i) ;

}

i = - 1 ! initialisation

DO ! boucle infinie a priori

i = i + 2

IF( i > m ) EXIT ! sortie anticipe ds que i > mWRITE(*,*) i

END DO

MNI 67 2015-2016

6 Introduction aux pointeurs Fortran et C

7/24/2019 cours-f90+c

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6 Introduction aux pointeurs

6.1 Intrt des pointeurs

variables permettant de dsigner successivement diffrentes variables afin de :

faire un intervenir un niveau supplmentaire de paramtrage dans la

manipulation des donnes : actionindirectesur une variable

crer ou supprimer des variables lors de lexcution :allocation dynamique

diffrencesnotables entre pointeurs enCet enfortran

indispensables en C

pour les arguments des fonctions

et les tableaux dynamiques

stockent desadressesdes variables

absents en fortran 77,

mais introduits en fortran 90/95

et tendus en fortran 2003

pas daccs aux adresses

utilisation commune :tris sur des donnes volumineuses, implmentation de

structures de donnes auto-rfrences (listes chanes par ex.)

MNI 68 2015-2016

6 Introduction aux pointeurs Fortran et C 6.2 Pointeurs et variables : exemple du C

7/24/2019 cours-f90+c

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6.2 Pointeurs et variables : exemple du C

Dclarer une variable duntypedonn =

rserver une zone mmoire dont

lataille(sizeof en C) dpend du type

et lecodageest fix par le type

? ? ? ? ??

sizeof (float)sizeof (short int)

short int i ; float x ;

adresse&i &x

octet

MNI 69 2015-2016


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Affecter une valeur une variable dun type donn =

crire la valeur dans les cases rserves selon le codage du type

00 000020410A

i=10 ;

octet

x=10.f ;


&i &xadresse

MNI 70 2015-2016


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Dclarer une variable pointeur vers untype donn=

rserver une zone mmoire pour stockerdes adresses

de variables de ce type :les pointeurs sont typs

leurtypeindique latailleet lecodagede laciblepotentielle

? ? ? ? ? ? ? ?

sizeof (float*)sizeof (short int*)

short int *pti ; float *ptx ;

ptxpti

pointeur dentier court pointeur de float

La taille du pointeur est indpendante du type point

Elle dpend du processeur (32/64 bits).

MNI 71 2015-2016


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6.2.1 Affectation dun pointeur en C

Affecter ladresse dune variable un pointeur :

pti = &i; ptx = &x;

= copier ladresse mmoire de la variable cible (oprateur &)

dans la zone mmoire rserve lors de la dclaration du pointeur.

le pointeurpti pointe surla variable i,

la variable i est la cible dupointeurpti.

Attention :

il faut que les variablescibles i et x aient tdclares au pralable.

comme pour une variable ordinaire, ladresse contenue dans le pointeur est

indtermine avant laffectation du pointeur

initialiser un pointeur avant de le manipulerAffecter lavaleur dun pointeur pty un pointeurdemme type ptx :

ptx = pty ; (recopie dadresse)

MNI 72 2015-2016


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Faire pointer un pointeur vers une variable =

crire ladresse de la variable dans les cases rserves pour le pointeur

= affecter une valeur la variable pointeur

pti= &i; ptx= &x;

pti ptx



octet

short int i; float x ;


&i &xadresse

MNI 73 2015-2016


7/24/2019 cours-f90+c

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Aprs avoir fait pt = & x; pt pointe vers x

&x

*pt

sizeof (float*)

sizeof (float)sizeof (float)

float y ;

&x &y

float *pt;

float x;

pt

MNI 74 2015-2016


7/24/2019 cours-f90+c

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Aprs avoir fait pt = & y; pt pointe vers y

&y

*pt

sizeof (float*)

sizeof (float)sizeof (float)

float y ;

&x &y

float *pt;

float x;

pt

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6.2.2 Indirection (oprateur en C)

Loprateur * dindirection permet daccder la variable pointevia le pointeur

(donc indirectement).

j = *pti; la variable j prend la valeur de la cible de pti

*pti = 4; la cible de pti vaut dsormais 4

Attention :

pour que le codage/dcodage soit correct, il faut que le pointeur soit un pointeur

vers une variable demme type que la cible.

affectation de la cible dsastreuse si le pointeur na pas t initialis

modification possible dune autre variable (erreur alatoire sournoise)

ou accs une zone mmoire interdite (segmentation fault : mieux!)

MNI 76 2015-2016


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Opration dindirection(*) sur un pointeur =

accs aux variables cibles

*pti *ptx

&i &x



octet

short int i; float x ;


&i &xadresse

MNI 77 2015-2016

6 Introduction aux pointeurs Fortran et C 6.3 Pointeurs en fortran

7/24/2019 cours-f90+c

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6.3 Pointeurs en fortran

Notionplus haut niveauquen C : pas daccs aux adresses!

Pointeur considr comme unalias de la cible: le pointeur dsigne la cible

pas doprateur dindirection

Pas de type pointeur :pointer est unsimple attributdune variable

Associationdun pointeur une cible par loprateur =>

Exemple :ptx => x signifie ptx pointe vers x

Dsassociationdun pointeur ptx => null() ou

nullify(ptx)

Fonction boolenne dinterrogation associated

Mais les cibles potentiellesdoivent possder :

lattribut target (cible ultime)

ou lattributpointer (cas des listes chanes)

MNI 78 2015-2016

6 Introduction aux pointeurs Fortran et C 6.4 Syntaxe des pointeurs (C et fortran)

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6.4 Syntaxe des pointeurs (C et fortran)

Langage C Fortran 90

type *ptr; dclaration type, pointer :: ptr

type *ptr=NULL; avec initialisation type, pointer :: ptr=>null()

type var; (pas dattribut) cible type, target (ncessaire) :: var

ptr = &var ; pointer sur ptr => var (associer ptr var)

*ptr variable pointe par ptr

ptr = NULL ; dissocier nullify(ptr); ptr=>null()

associ ? associated(ptr)

la cible var ? associated(ptr, var)

concerne lesadresses ! ptr2 = ptr1 concerne lescibles !

MNI 79 2015-2016

6 Introduction aux pointeurs Fortran et C 6.5 Exemples lmentaires (C et fortran)

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6.5 Exemples lmentaires (C et fortran)

/* usage lmentaire dun pointeur */

#include

#include

int main(void){

int i=1, j=2;

int *pi = NULL; // initialis

pi = &i; // pi devient ladresse de lentier iprintf("%d\n", *pi) ; // affiche i

pi = &j; // pi devient ladresse de lentier j

printf("%d\n", *pi) ; // affiche j

*pi= 5; // affectation de la cible de pi, soit j

printf("i=%d, j=%d, *pi=%d\n", i , j , *pi) ;

exit(EXIT_SUCCESS);

}

MNI 80 2015-2016

6 Introduction aux pointeurs Fortran et C 6.5 Exemples lmentaires (C et fortran)

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PROGRAM pointeur ! usage lmentaire dun pointeur

IMPLICIT NONE

INTEGER, TARGET :: i, j ! target obligatoire pour pointer versINTEGER, POINTER :: pi => NULL()

i = 1

j = 2

! association entre pointeur et cible

pi => i ! pi pointe sur i

! affectation

WRITE(*,*) "i=", i, " j=", j, " pi= ", pi

pi => j ! maintenant pi pointe sur j et plus sur i

WRITE(*,*) "i=", i, " j=", j, " pi= ", pi

pi = -5 ! modif de j via le pointeur

WRITE(*,*) "i=", i, " j=", j, " pi= ", piEND PROGRAM pointeur

MNI 81 2015-2016

6 Introduction aux pointeurs Fortran et C 6.6 Initialiser les pointeurs !

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6.6 Initialiser les pointeurs !

Dclarer un pointeur ne rserve pas de mmoire pour la zone pointe !

Ladresse quil contient est alatoire

le rsultat dune indirection est aussi alatoire

initialiser les pointeurs NULL ou null()

pour forcer une erreur en cas dindirection sur un pointeur non associ.

MNI 82 2015-2016


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int i;

/* pointeur non initialis => erreur alatoire daccs mmoire */

int *pi, *pj;

pi = &i; /* pi devient ladresse de lentier i */

/* affichage des valeurs des pointeurs pi et pj */

printf("valeurs des pointeurs = adresses\n");

printf("pi=%019lu\npj=%019lu\n", (unsigned long int) pi,

(unsigned long int) pj);i = 1;

/* suivant lordre de decl. *pi, *pj => ? mais *pj, *pi erreur */

printf("i=%d, *pi=%d , *pj=%d\n", i, *pi, *pj); /* aleatoire*/

/* si laffichage se fait, il est aleatoire (statique/dynamique) *

=*pj = 2; /* => erreur fatale en criture */

/* accs une zone interdite quand on affecte 2 ladresse pj */

MNI 83 2015-2016


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PROGRAM erreur_pointeur

IMPLICIT NONE

INTEGER, TARGET :: i, j ! target obligatoire pour pointer vers i et j

INTEGER, POINTER :: pi => null() ! spcifie absence dassociation de pi! sinon tat indtermin du pointeur par dfaut -> le prciser

j = 2

WRITE(*,*) "au dpart : pi associ ?", associated(pi)

! linstruction suivante provoque un accs mmoire interdit

= pi = 3 ! affectation dune valeur un pointeur non associ : erreur

! il faut dabord associer pi une variable cible comme suit

pi => i ! associe pi i dont la valeur est pour le moment indtermine

WRITE(*,*) "aprs pi=>i : pi associ ?", associated(pi)

WRITE(*,*) "aprs pi=>i : pi associ i ?", associated(pi,i)

i = 1 ! donc pi vaudra 1

WRITE(*,*) "aprs i=1 : i= ", i, " j = ", j, " p i = ", pi

pi = 10 * pi ! on modifie en fait la cible pointe par pi

WRITE(*,*) "aprs pi=10*pi : i= ", i, " j = ", j, " p i = ", pi

pi => j ! pi pointe maintenant sur j qui vaut 2

WRITE(*,*) "aprs pi=>j : pi associ i ?", associated(pi,i)WRITE(*,*) "aprs pi=>j : i = ", i, " j = ", j, " p i = ", pi

END PROGRAM erreur_pointeur

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