Concepts avancés du langage C

Le langage C permet de créer des fonctions dont le nombre d'arguments peut varier d'un appel à un autre c'est-à-dire n'est pas fixe. Nous avons déjà eu jusqu'ici l'occasion d'utiliser de telles fonctions par exemple printf et scanf. Maintenant nous allons voir comment en créer.

Une fonction qui accepte un nombre variable d'arguments doit au moins posséder un argument fixe, en effet même si la fonction peut recevoir un nombre variable d'arguments, elle doit quand même savoir à chaque appel combien d'arguments ont été passés. Par exemple, les fonctions printf et scanf comptent le nombre de spécificateurs de formats pour connaître le nombre d'arguments passés.

La bibliothèque standard du langage C est fournie avec des macros permettant d'accéder aux arguments « variables » de manière portable. Ces macros sont définies dans le fichier d'entête stdarg.h. Le principe est simple : à l'intérieur de la fonction, on crée une liste d'arguments (de type va_list). On initialise cette liste en pointant sur le dernier argument fixe à l'aide de la macro va_start. Puis on parcourt la liste à l'aide de la macro va_arg. Lorsqu'on en a terminé avec la liste, il faut appeler va_end.

Nous allons écrire une fonction qui calcule la moyenne des nombres passés en arguments. Le premier argument servira à préciser le nombre d'arguments variables passés.

#include <stdio.h>
#include <stdarg.h>

double moyenne(int N, ...);

int main()
{
    printf("moyenne = %f\n", moyenne(4, 10.0, 20.0, 30.0, 40.0));

    return 0;
}

double moyenne(int N, ...)
{
    double moy = 0.0;

    if (N > 0)
    {
        va_list args;
        int i;
        double xi, somme = 0.0;

        va_start(args, N);
        for(i = 0; i < N; i++)
        {
            xi = va_arg(args, double);
            somme += xi;
        }

        va_end(args);
        moy = somme / N;
    }

    return moy;
}

Les paramètres régionaux sont un ensemble de paramètres qui peuvent changer selon la localisation tels que le symbole décimal, le symbole monétaire, le symbole de groupement des chiffres, etc. Les fonctions, macros et types ayant un lien avec ces paramètres sont déclarés/définis dans le fichier locale.h. La fonction setlocale :

char * setlocale(int category, const char * locale);

permet de modifier les paramètres régionaux utilisés par le programme. Cette fonction retourne NULL en cas d'erreur. Par défaut, tous les programmes utilisent les paramètres standard du langage C, c'est-à-dire comme si :

setlocale(LC_ALL, "C");

avait été appelé.

Les valeurs utilisables pour l'argument category sont LC_ALL, LC_COLLATE, LC_CTYPE, LC_MONETARY, LC_NUMERIC, LC_TIME, plus d'autres éventuelles macros définies par l'implémentation. Pour l'argument locale, « C » indique d'utiliser les paramètres standard du C et "" les paramètres de l'environnement d'exécution. L'implémentation peut évidemment autoriser d'autres valeurs. La fonction localeconv :

struct lconv * localeconv();

permet de récupérer les valeurs des paramètres courants. Par exemple :

#include <stdio.h>
#include <locale.h>

int main()
{
    struct lconv * plconv;

    if (setlocale(LC_MONETARY, "") != NULL)
    {
        plconv = localeconv();
        printf("Le symbole monetaire est : %s\n", plconv->currency_symbol);
    }

    return 0;
}

Dans le fichier ctype.h sont déclarées des fonctions (ou macros) facilitant la manipulation des caractères. Ces fonctions (macros) attendent en argument un int puisqu'elles doivent aussi tester EOF. Leur comportement, à l'exception de isdigit et isxdigit, est dépendant de la valeur du jeu de paramètres LC_CTYPE.

Les fonctions suivantes permettent de tester le « type » d'un caractère et retourne VRAI (c'est-à-dire une valeur non nulle) lorsque le prédicat est vrai.

int isalpha(int c); /* c est une letrre */
int isdigit(int c); /* c est un chiffre decimal */
int isxdigit(int c); /* c est un chiffre hexadecimal */
int isalnum(int c); /* c est une lettre ou un chiffre decimal */
int islower(int c); /* c est une lettre minuscule */
int isupper(int c); /* c est une lettre majuscule */
int isspace(int c); /* c est un caractere d'espacement */
int ispunct(int c); /* c est une ponctuation */
int iscntrl(int c); /* c est un caractere de controle (DEL, ECHAP, ...) */
int isprint(int c); /* c est un caractere imprimable */
int isgraph(int c); /* isprint(c) && !isspace(c) */

Les fonctions toupper et tolower permettent de convertir, lorsque cela est possible, une lettre en majuscule respectivement en minuscule. Par exemple toupper('a') retourne 'A'.

À la différence de la plupart des langages de haut niveau, le langage C traite les caractères comme de simples entiers (en fait un caractère est un entier) exactement de la même manière que le fait le processeur lui-même. Le type char n'est pas le seul type utilisé pour manipuler des caractères. Un caractère large (wide character) est un caractère plus large, en termes de taille, qu'un simple char, c'est-à-dire pouvant prendre plus de valeurs que ces derniers.

Une constante littérale de type caractère large s'écrit comme une constante de type char, mais avec un préfixe L, par exemple : L'x'. De même, une constante chaîne constituée de caractères larges s'écrit comme une simple constante chaîne constituée de char, mais avec le préfixe L, par exemple : L« Bonjour ». Le standard définit un caractère large comme étant de type wchar_t, défini dans le fichier stddef.h.

Les fonctions impliquant des caractères ou chaînes de caractères en argument ou en valeur de retour ont donc toujours, à quelques très rares exceptions près, leur équivalent en wchar_t principalement déclarées dans wchar.h et wctype.h. Ainsi on a putchar/putwchar, getchar/getwchar, isalpha/iswalpha, toupper/towupper, strlen/wcslen, strcpy/wcscpy, printf/wprintf, scanf/wscanf, fgets/fgetws, etc. Par exemple :

#include <stdio.h>
#include <wchar.h>

int main()
{
    char c = 'a', *s = "Bonjour";
    wchar_t wc = 'a', *ws = L"Bonjour";

    printf("Voici un caractere simple : ");
    putchar(c);

    printf("\nEt voici un caractere large : ");
    putwchar(wc);

    printf("\n\n");

    printf("Voici une chaine de caracteres simples : %s\n", s);
    wprintf(L"Et voici une chaine de caracteres larges : %s\n", ws);

    return 0;
}

Un caractère multioctet (multibyte character) est un élément du jeu de caractères du système hôte ou, en termes plus simples, un … caractère ! (Mais non nécessairement représentable par un char). On l'appelle multioctet puisqu'il peut être codé sur un (pourquoi pas ?) ou plusieurs octets. Un caractère multioctet peut donc être représenté par un char ou un tableau de char selon le cas. De même, une chaîne de caractères multioctets peut être représentée à l'aide d'un simple tableau de char. L'interprétation d'une chaîne de caractères multioctets est donc bien évidemment très dépendante du codage utilisé et ne rentre pas dans le cadre de ce tutoriel.

D'autre part, en fait, le type char a plutôt été désigné non seulement pour représenter un « octet », mais aussi n'importe caractère supporté par le langage lui-même (l'ensemble de ces caractères formant ce qu'on appelle le jeu de caractères de base), qui doit absolument tenir sur un octet, et non n'importe quel caractère du jeu de caractères du système hôte, qui est un sur ensemble du jeu de caractères de base, cette tâche ayant été plutôt confiée aux caractères larges qui sont donc tenus, si vous avez bien suivi, de pouvoir représenter n'importe quel caractère multioctet (… à leur manière !), alors qu'on recourrait éventuellement à un tableau si l'on utilisait le type char.

Il existe plusieurs fonctions dédiées à la manipulation des caractères multioctets, déclarées dans stdlib.h. Leur comportement dépend bien évidemment de la valeur du jeu de paramètres LC_CTYPE. En particulier, la fonction mbstowcs (multibyte string to wide char string) :

size_t mbstowcs(wchar_t * pwcs, const char * s, size_t nwcs);

permet de convertir une chaîne de caractères multioctets en une chaîne équivalente de caractères larges. La fonction wcstombs réalise l'inverse. Par exemple :

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

#define COUNT(t) (sizeof(t) / sizeof(t[0]))

int main()
{
    char s[] = "Hello, world!";
    wchar_t wcs[20];

    mbstowcs(wcs, s, COUNT(wcs));
    wprintf(L"%s\n", wcs);

    return 0;
}

La fonction strchr▲

char * strchr(const char * s, int c);

La fonction strpbrk▲

char * strpbrk(const char * s, const char * cs);

La fonction strstr▲

char * strstr(const char * s, const char * substr);

La fonction strtok▲

char * strtok(const char * s, const char * separators);

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main()
{
    char lpBuffer[100], separators[] = " \t.,!?\n", *p;

    printf("Entrez une chaine de caracteres : ");
    fgets(lpBuffer, sizeof(lpBuffer), stdin);

    printf("\n");

    p = strtok(lpBuffer, separators);
    while(p != NULL)
    {
        printf("%s\n", p);
        p = strtok(NULL, separators);
    }

    return 0;
}

Ces fonctions permettent de constituer une valeur numérique (entier ou flottant) à partir d'une chaîne de caractères. Elles sont déclarées dans le fichier stdlib.h. On distingue deux grandes familles de fonctions de conversion à savoir les fonctions atoxx et celle des fonctions strtoxx.

int atoi(const char * s);
long atol(const char * s);
double atof(const char * s);

Par exemple :

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    int mille = atoi("1000");

    printf("mille = %d\n", mille);

    return 0;
}

Mais que ce passerait-il si on passait par exemple « vive le vent » au lieu de « 1000 » à la fonction ? Et bien, c'est justement là le problème avec les fonctions atoxx : elles ne sont pas capables de signaler qu'on leur a passé n'importe quoi. Dans un programme solide, il faut utiliser les fonctions strtoxx puis tester si la conversion s'est bien déroulée. Une conversion s'est bien déroulée si elle s'est arrêtée à la rencontre du caractère de fin de chaîne.

long strtol(const char * s, char * *p_stop, int base);
unsigned long strtoul(const char * s, char * *p_stop, int base);
double strtod(const char * s, char * *p_stop);

Un petit exemple :

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
    char s[] = "FF";
    char * p_stop;
    int n, base = 16;

    n = (int)strtol(s, &p_stop, base);
    
    if (*p_stop == '\0') /* OK */
        printf("%s (base %d) = %d (base 10).\n", s, base, n);
    else
        printf("Erreur : %c n'est pas un chiffre.\n", *p_stop);

    return 0;
}

Pour créer des applications robustes, on n'effectue jamais de saisie à l'aide de scanf (et moins encore à l'aide de gets). On saisit tout d'abord une chaîne (à l'aide de fgets) puis éventuellement la convertir dans le type qu'on veut avoir.

L'intérêt des fonctions memxxx (memcpy, memcmp, etc.) est de permettre d'utiliser n'importe quel pointeur sur un objet dans une fonction assez voisine des fonctions orientées chaînes telles que strcpy, strcmp, etc. Elles sont également déclarées dans le fichier string.h.

void * memcpy(void * p_dest, const void * p_src, size_t n_bytes_to_be_copied);
void * memmove(void * p_dest, const void * p_src, size_t n_bytes_to_be_moved);
void * memcmp(void * p_dest, const void * p_src, size_t n_bytes_to_be_compared);
void * memchr(const void * p_buffer, int c, size_t n_buffer_length);
void * memset(void * p_buffer, int c, size_t n_bytes_to_be_set);

La différence entre memcpy et memmove vient du fait que cette dernière peut être utilisée même si les deux buffers (src et dest) se chevauchent. Elle est généralement utilisée pour « glisser » (ou « déplacer ») des données d'où son nom. Par exemple, le programme suivant copie chaque octet du tableau t2 vers le tableau t1 (t1 doit donc être au moins aussi grand que t2).

#include <stdio.h>
#include <string.h>
int main()
{
    int t1[10], t2[] = {0, 10, 20, 30, 40};
    int i;

    memcpy(t1, t2, sizeof(t2));

    for(i = 0; i < 5; i++)
        printf("t1[%d] = %d\n", i, t1[i]);

    return 0;
}

VI-H-1. Généralités▲

VI-H-2. Connaître la date et l'heure courantes▲

time_t time(time_t * p_time);

struct tm {
    int tm_sec;
    int tm_min;
    int tm_hour; /* 0 - 23 */
    int tm_mday; /* 1 - 31 */
    int tm_mon; /* 0 - 11 (0 = janvier)*/
    int tm_year; /* annees ecoulees depuis 1900 */
    int tm_wday; /* 0 - 6 (0 = dimanche) */
    int tm_yday; /* 0 - 365 (0 = 1er janvier) */
    int tm_isdst; /* DST (Daylight-Saving Time) flag */
};

struct tm * localtime(time_t * p_time);
struct tm * gmtime(time_t * p_time);

#include <stdio.h>
#include <time.h>

int main()
{
    time_t t;
    struct tm * ti;
    const char * days[] = {"dimanche", "lundi", "mardi", "mercredi", "jeudi", "vendredi", "samedi"};
    const char * months[] = {"janvier", "fevrier", "mars", "avril", "mai", "juin", "juillet", "aout", "septembre", "octobre", "novembre", "decembre"};

    t = time(NULL);
    ti = localtime(&t);
    printf("On est le %s %d %s %d\n", days[ti->tm_wday], ti->tm_mday, months[ti->tm_mon], ti->tm_year + 1900);
    printf("Et il est %02d:%02d:%02d\n", ti->tm_hour, ti->tm_min, ti->tm_sec);

    return 0;
}

char * asctime(const struct tm * pTime);
char * ctime(const time_t * p_time);

#include <stdio.h>
#include <time.h>

int main()
{
    time_t t = time(NULL);

    printf("Date is : %s\n", ctime(&t));

    return 0;
}

VI-H-3. Les conversions date <-> timestamp▲

#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <string.h>

int main()
{
    struct tm ti;

    printf("Entrez une date au format jj/mm/aaaa : ");
    memset(&ti, 0, sizeof(ti));
    if (scanf("%d/%d/%d", &ti.tm_mday, &ti.tm_mon, &ti.tm_year) != 3)
        printf("Mauvais format.\n");
    else
    {
        time_t t;
        const char * days_tab[] = {"dimanche", "lundi", "mardi", "mercredi", "jeudi", "vendredi", "samedi"};

        ti.tm_mon -= 1;
        ti.tm_year -= 1900;

        t = mktime(&ti);
        memcpy(&ti, localtime(&t), sizeof(struct tm));

        printf("C'est un %s.\n", days_tab[ti.tm_wday]);
    }

    return 0;
}

VI-H-4. Connaître le temps processeur d'un programme▲

clock_t clock(void);

#include <stdio.h>
#include <time.h>

void wait(int ms);

int main()
{
    printf("Suspension du programme pendant 5s.\n");
    wait(5000);
    printf("Termine.\n");

    return 0;
}

void wait(int ms)
{
    clock_t start = clock();
    while ((clock() - start) * 1000 < ms * CLOCKS_PER_SEC) ;
}

La bibliothèque standard du langage C est fournie avec des fonctions permettant de générer des nombres de façon pseudo aléatoire. Le générateur de ces nombres doit tout d'abord être initialisé avec une graine qui doit elle-même être plus ou moins aléatoire. Si la graine est constante, la même série de nombres va être générée chaque fois que le programme sera exécuté, car le générateur sera alors toujours initialisé avec la même valeur. En ce qui nous concerne, pas la peine d'aller chercher sur Mars, le temps est une valeur qui change « tout le temps » ! Elle peut donc convenir dans la plupart des cas pour initialiser le générateur.

Les fonctions liées aux nombres aléatoires, déclarées dans stdlib.h sont :

void srand(unsigned int seed);
int rand(void);

La fonction srand permet d'initialiser le générateur. La fonction rand retourne à chaque appel un nombre pseudo aléatoire compris entre 0 et RAND_MAX (qui doit être au moins égal à 32767 quel que soit l'implémentation). Par exemple :

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

int main()
{
    int i;

    srand((unsigned)time(NULL));

    printf("Voici dix nombres tires au hasard compris entre 0 et 99.\n");

    for(i = 0; i < 10; i++)
        printf("%d\t", rand() % 100);

    return 0;
}