Pascal est un langage de programmation impératif qui, conçu pour l'enseignement, se caractérise par une syntaxe claire, rigoureuse et facilitant la structuration des programmes^[1].

Le langage Pascal a été le premier langage de ce type (Impératif) largement répandu dans le monde, et ce, 2 ans avant le langage C. Le pascal (à partir de Borland Pascal 4 ou au delà) a les caractéristiques suivantes :

• Langage verbeux (anglais)
• Blocs d'instructions avec Begin et End
• Les mots clés, variables, fonctions et procédures sont insensibles à la casse. Ce qui permet de faire moins d'erreur dans le nom des différents éléments
• Typage de données avec possibilité de définition de nouveaux types
• Création de types : c'est un des points centraux du Pascal.
• Type Set (ensemble) permettant des opérations sur des ensembles comme en mathématique (Union, Intersection)

• Orthogonalité : décomposer un programme complexe en unités simples, permettant ainsi à chaque composant d'être indépendant des autres. Modifier un composant ne doit pas en modifier un autre indépendant. Un langage de programmation est orthogonal s'il permet l'utilisation de fonction ne retournant qu'une seule variable simple ou complexe), de librairies ou Unité (dans le cas de Pascal) et qu'il ne dédie qu'un seul moyen pour accomplir une tâche précise : ce qui n'est pas le cas du langage C (exemple, la puissance d'un nombre, la façon d'incrémenter une variable ..), mais est le cas en Pascal.
• Surcharge des opérateurs : les opérateurs +, and, or, not par exemple, sont surchargés en Pascal alors qu'en C, ce n'est pas le cas.
• Polymorphisme : les types record peuvent être utilisés avec différentes variables et différentes cardinalités de variables, appelées Variantes.

• Compilation très rapide (langage à la compilation la plus rapide existante) : HiSpeed Pascal est donné comme compilant 20.000 lignes à la minute sur un simple Atari ST (processeur Motorola 68000 à 8 MHz) et Pure Pascal, 1000 lignes à la seconde sur un Atari Falcon (Processeur 68030 à 16 MHz)
• Fonctions récursives : permet à une fonction de s'appeler avec des paramètres différents (le compilateur utilisant des Piles de données).

En dehors de la syntaxe et de sa rigueur, le langage Pascal possède des points communs avec le C (voir les pointeurs), le Java (le PCode de 1977 avec UCSD Pascal), le C++ (Orienté Objet). Le langage Pascal de base était conçu à usage purement éducatif et était assez limité. Par exemple, les chaînes de caractères, absentes du langage d'origine, ont rapidement été intégrées^[2],[3].

Sa puissance a été établie, et sa diffusion rapidement facilitée par la rédaction de compilateurs Pascal écrits en Pascal.

Les développements qu'il a connus par la suite en ont fait un langage complet et efficace. Plus récemment, la généricité a été ajoutée dans Delphi 2009^[4] et dans Free Pascal depuis la version 2.2^[5],[6].

Les implémentations actuelles de Pascal, utilisées hors du monde éducatif, sont des extensions telles que Turbo Pascal (mode texte), Pascal Objet (programmation objet), et Delphi (fenêtré). Il existe des versions libres comme Free Pascal. On peut programmer en Pascal sous DOS, Windows, Mac OS, Atari ST et FireBee ("High Speed Pascal", compatible Turbo Pascal 5, et "Pure Pascal" compatible Turbo Pascal 7), ou encore sous Linux/Unix ou Palm OS.

Le système d'exploitation Domain/OS (en) des ordinateurs Apollo^[7], ainsi qu'une partie du système du Macintosh ont été écrits en Pascal. La première version d'Adobe Photoshop également^[8]. Le compilateur GCC a été développé par Richard Stallman à partir d'un compilateur du LLNL, qui était écrit en langage Pastel, une extension du langage Pascal^[9].

La syntaxe du langage a été adaptée à d'autres langages comme Ada, Modula-2 (puis Modula-3) ou Oberon.

Présentation et histoire

Le langage de programmation Pascal (dont le nom vient du mathématicien français Blaise Pascal^[10]) a été inventé par Niklaus Wirth dans les années 1970 avec l'aide d'un de ses étudiants, Urs Amman. Il a été conçu pour servir à l'enseignement de la programmation de manière rigoureuse mais simple, en réaction à la complexité d'Algol 68. Le premier compilateur a été conçu sur un CDC 6400^[1],[11].

Ce langage est l'un de ceux qui ont servi à enseigner la programmation structurée. Le goto ou saut n'importe où dans le programme (dit « branchement ») est fortement déconseillé dans ce langage, le programme est un assemblage de procédures et de fonctions, dans lesquelles on peut utiliser des blocs conditionnels (if, case) et répétitifs (while, for, repeat) ayant chacun une entrée et une sortie afin de faciliter les contrôles, ce qui aboutit à des mises au point rapides et sûres.

Dans les années 1980, de nombreux ordinateurs personnels 8 bits (Apple II, Amstrad CPC, Thomson MO TO, MSX, Atari XL, BBC Micro) et 16 bits (Apple Lisa notamment) ont eu leur langage Pascal. Sur Atari ST/TT, il est sorti au moins trois compilateurs Pascal dont le dernier, Pure Pascal (Aout 1992) d'Application System Heidelberg était doté de tout ce qui composait Turbo Pascal 7 et Pascal Objet.

Le langage est de plus fortement et statiquement typé, c'est-à-dire que toutes les variables doivent avoir un type défini au moment de la compilation. Pascal permet de changer facilemement le type d'une variable (à l'instar des "cast" en C) en utilisant des fonctions appliquées auxdites variable (si toto est une variable de type Real et qu'on veut le convertir en LongInt, il suffit d'écrire Longint(toto) ).

Pascal possède de base 5 types entiers, 4 types réels, le type Char, String, énuméré, sous-plage, array (tableau dont le type d'index peut être défini!), record (l'équivalent de "record" en C), Objet (à partir de Turbo Pascal 5 et Pure Pascal d'Application System Heidelberg), pointer (permettant l'utilisation de variables dynamique, notamment tableaux) et 2 types propres au Pascal : le type Ensemble et Pchar (à partir de Turbo Pascal 7 et Pure Pascal 1.1)). L'ajout du type pointer a permis au Pascal de combler sa seule lacune comparée au C (et de pouvoir créer des "objet" avec pointeur sur variable et sur fonctions). Le type Objet (à partir de TP 5.5 et dans Pure Pascal) lui a permis d'être également un langage orienté objet. Le type Ensemble, qui lui est propre, lui permet de manipuler des "indices" comme présent ou absent (c'est une notion unique dans les langages de programmation!) et d'appliquer des opérations d'ensemble aux variables ensemble.

Il a largement pénétré le monde de l'éducation et de la recherche (universités), puis dans une moindre mesure celui de l'industrie et de l'édition logicielle.

Le compilateur P4 a été diffusé en source dans les universités, à un prix très réduit. Il générait du P-Code (Le Pascal UCSD créé en 1977 à l'Université de San Diego a été l'un des tout premiers langages à proposer du pseudo-code, 15 ans avant le JAVA!), un code pour une machine virtuelle. Les programmes Pascal étaient donc facilement portables sur une machine. Il suffisait d'écrire pour elle un interpréteur de P-Code. Il y eut donc rapidement des portages sur DEC PDP-11, premier support de C, et sur 6502, 8080 et Z80, les principaux microprocesseurs de l'époque.

Le compilateur UCSD Pascal, de l'université de Californie à San Diego, eut beaucoup de succès, notamment sur des machines comme l'Apple II qui furent très diffusées^[12]. Le pascal UCSD a également été porté sur les Thomson TO8 et Thomson TO9

Mais le coup de « turbo » sera donné par la société Borland, créée en 1983 qui commercialisa le compilateur Turbo Pascal pour un prix très modique (49 $ de l'époque alors que le compilateur Pascal Microsoft était à plus de 500 $ et ne possédait pas d'éditeur intégré ni de compilation in core). QuickPascal de Microsoft sera commercialisé bien trop tard pour inverser la tendance.

Des compilateurs ont été produits pour divers ordinateurs, notamment des fabricants Sun^[13], HP^[14], SGI^[15], CDC^[16], IBM^[17], Unisys^[18], Texas Instruments^[19].

Le Pascal a fait l'objet des normes ISO 7185 (1983)^[20] et ISO 10206 (1990)^[21].

Les fichiers sources

En général, on reconnaît un programme en Pascal par l’extension du fichier qui le contient : .pas, .p ou .pp, les deux dernières étant plus fréquentes sur les systèmes de type UNIX. L'utilisation d'environnements fenêtrés (Delphi et Lazarus) a entrainé l'apparition de nouvelles extensions.

Le code source est organisé suivant différentes possibilités :

• Un programme principal commence par le mot-clé program, facultatif dans certaines implémentations. Il est compilé et lié avec les unités qu'il utilise en un fichier exécutable. Cette phase de compilation est le cas le plus fréquent dans les compilateurs récents. Au contraire, le Pascal UCSD, par exemple, produisait du bytecode.
• Une bibliothèque dynamique commence par le mot-clé library. Elle est compilée en un fichier portant l'extension .dll sous Windows, .so sous UNIX. Les bibliothèques dynamiques sont apparues dans le langage Pascal en même temps que Delphi.
• Un fichier unité commence par le mot-clé unit. Il est inclus dans des programmes ou des bibliothèques, et peut être compilé en un code objet standard (extension .o ou .obj) ou dans un format particulier, tel que .dcu pour Delphi et .ppu pour Lazarus.

Avant l'apparition des bibliothèques, Turbo Pascal permettait d'utiliser des Overlay (en), technique habituelle sous DOS pour les programmes de grande taille^[22]. Il s'agissait de fichiers séparés du fichier exécutable principal et qui pouvaient être chargés ponctuellement.

Il est possible d'inclure du code dans un programme autrement qu'en écrivant une unité et ce en faisant simplement un include, c'est-à-dire en indiquant au compilateur d'inclure le texte d'un fichier dans un programme avec la directive $I :

program test;
uses Crt, Dos; { utilisation habituelle des unités }
{$I outil.inc} { utilisation directe de code externe }
begin
    { utiliser les fonctions du fichier outil.inc }
end.

Toutefois, cette méthode n'est pas recommandée au regard des inconvénients qu'elle présente - notamment si un identificateur est déclaré plusieurs fois dans des fichiers différents - et du manque de contrôle du compilateur sur ce type de fichier.

Le Turbo Pascal

Le logiciel Turbo Pascal a été écrit par Anders Hejlsberg^[23],[24] : il s'est appelé auparavant Compass Pascal, puis Poly Pascal. Très compact (12 kilooctets) et très rapide car travaillant essentiellement en mémoire vive, il compilait en une passe et produisait du code machine x86 sous DOS et non pas du bytecode. Il était livré avec un environnement complet (un éditeur de texte et une aide en ligne, innovation à l'époque, particulièrement compacte grâce à un système de substitution).

Chaque nouvelle version de Turbo Pascal a apporté son lot d'innovations, comblant en partie des lacunes du langage original. C'est ainsi qu'en 1987 la version 4 apparaît avec un véritable environnement de développement intégré, en 1989 la version 5.5 introduit les objets^[25], en 1990 la version 6 permet la programmation de fenêtres dans la console DOS, par le biais de la Turbo Vision, apportant les prémisses de la programmation événementielle. Enfin, en 1992 sort la version 7 pour DOS, qui sera la dernière, ainsi qu'une version pour Windows, rapidement supplantée par Delphi.

Un exemple de code : Hello World

program HelloWorld(output);
begin
  writeln('Hello World');
  readln;
end.

Le paramètre Output qui suit le nom du programme est aujourd'hui facultatif (il n'était obligatoire qu'avec les premières versions des implémentations Pascal). De nos jours, il est absent la plupart du temps.

Contrairement au C, le Pascal n'est pas sensible à la casse, c'est-à-dire que les mots réservés (comme begin) ou les identificateurs (comme write ou la variable a) peuvent être indifféremment écrits en majuscules ou en minuscules.

Toujours contrairement au C, les déclarations se font dans une partie clairement séparée du code. Les déclarations locales sont faites en début de procédure ou de fonction, les déclarations globales, elles, étant faites n'importe où avant le programme principal. Ceci ajoute de la clarté au langage au prix d'un certain manque de souplesse. On ne peut pas déclarer de variable au beau milieu d'une fonction. Notons qu'en Pascal, les déclarations doivent précéder toute utilisation ; il est notamment interdit d'utiliser une procédure ou une fonction qui n'a pas encore été déclarée. Il est possible de contourner ce problème à l'aide du mot-clé forward.

Enfin, la distinction entre procédures et fonctions permet d'éviter certaines erreurs de programmation - par défaut, car une directive de compilation de Delphi permet d'activer une syntaxe « étendue » qui offre le même laxisme que le C.

Delphi et la programmation fenêtrée

En 1995, pour contrecarrer Microsoft et la programmation visuelle du Visual Basic, Borland sort Delphi. Contrairement à VB qui produit du p-code, Delphi produit du code machine, plus rapide. On voit également apparaître la bibliothèque VCL servant d'interface aux bibliothèques système (en) de Windows, facilitant grandement le développement.

Au début des années 2000, Borland produit Kylix, l'équivalent de Delphi pour le monde Linux, qui n'aura pas un grand succès. Au début des années 2010, Embarcadero, qui a repris les activités d'outils de développement de Borland, produit Delphi XE, dont les versions récentes sont compatibles avec Windows, OS X et iOS.

Lazarus, est un logiciel libre de développement intégré RAD légèrement différent, permettant de compiler sur différents systèmes d'exploitation tel que Windows, GNU/Linux, OS X, Unix, OS/2, ReactOS, Haiku et plateformes telles que x86, x86-64, ARM, SPARC, PowerPC, IA-64.

Exemple de source Free Pascal sous Lazarus

Voici un exemple de fichier Pascal associé à une fenêtre (Form1: TForm1) contenant un label (un texte). Ce fichier est généré automatiquement et sert de structure de base pour programmer. C'est-à-dire qu'on peut le modifier, le compléter etc. Les petits points sont des repères lors de l'édition. Ils sont invisibles à l'exécution. Le source et les fenêtres Delphi sont très semblables.

unit Unit1;
 
    {$mode objfpc}{$H+}
 
interface
 
uses
    Classes, SysUtils, LResources, Forms, Controls, Graphics, Dialogs, StdCtrls;
 
type
    { TForm1 }
 
    TForm1 = class (TForm)
         Label1: TLabel; { le label "Hello world!" posé sur la fenêtre }
    private
         { private declarations }
    public
         { public declarations }
    end;
 
var
    Form1: TForm1; 
 
implementation
 
initialization
    {$I unit1.lrs}
 
end.

Petite explication : la directive {$I unit1.lrs} permet de lier la classe TForm1, décrivant une fenêtre, au fichier de ressource unit1.lrs qui contient le design de la fenêtre. Avec Lazarus, le fichier lrs est un fichier intermédiaire créé automatiquement par le compilateur à partir des informations du fichier lfm et des directives de compilation (notamment la possibilité de choisir la bibliothèque de widget). Avec Delphi, la directive équivalente aurait été {$R unit1.dfm} et il n'y a pas de fichier intermédiaire. Par ailleurs, elle aurait été placée dans la partie interface.

Compilateurs

Parmi les compilateurs encore utilisés aujourd'hui (2013), on peut citer :

• Free Pascal en particulier accompagné du compilateur et de l'environnement de développement libre RAD Lazarus, vise à la meilleure compatibilité possible avec Delphi. Il existe sur plusieurs plateformes, facilitant le portage d'un programme d'un environnement à un autre.
• Delphi, compilateur et environnement de développement « RAD » commercial. Les versions récentes de Delphi fonctionnent sur Windows et MacOS X. Au début des années 2000, Borland a tenté une version pour Linux, Kylix, qui n'a pas eu le succès escompté. Kylix utilisait la CLX, framework ressemblant à la VCL, mais utilisable sur les deux systèmes d'exploitation. Dans Delphi XE2, Embarcadero a introduit le même principe de compatibilité entre systèmes, avec FireMonkey (en)
• GNU Pascal, dont le but est la compatibilité avec la norme ISO : il implémente complètement l'ISO 7185, et en grande partie l'ISO 10206. Son développement n'est plus actif depuis 2006.

Aspects techniques

function factorielle(n: integer): integer;
begin
  if n <= 1 then
    factorielle := 1
  else
    factorielle := n*factorielle(n - 1);
end;

program Pj_gen;
uses SysUtils;
type 
  { On définit un objet qui permet d'additionner deux éléments et multiplier un élément par un entier strictement positif }
  { TAnneauGenerique }
  generic TAnneauGenerique<T> = class
    function Somme(a, b: T): T;
    function Multiple(n: integer; a: T): T;
  end;
  { On crée deux versions spécialisées, s'appliquant aux nombres réels et aux chaines de caractères }
  TAnneauReel = specialize TAnneauGenerique<Real>;
  TAnneauChaine = specialize TAnneauGenerique<String>;
{ TAnneauGenerique }
function TAnneauGenerique.Somme(a, b: T): T;
begin
  result := a + b;
end;
function TAnneauGenerique.Multiple(n: integer; a: T): T;
var i: integer;
begin
     { On ne gère que le cas où n >= 1 }
     result := a;
     for i := 2 to n do result := result + a;
end;      
var
  r: TAnneauReel;
  c: TAnneauChaine;     
begin
  r := TAnneauReel.Create;
  writeln('Avec des reels :');
  writeln('4.1 + 5.2 = ', FloatToStr( r.Somme(4.1, 5.2) ));
  writeln('3 x 5.1 = ', FloatToStr( r.Multiple(3, 5.1) )); 
  r.free;
  writeln;
  c := TAnneauChaine.Create;
  writeln('Avec des chaines :');
  writeln('bon + jour = ', c.Somme('bon', 'jour'));
  writeln('10 x a = ', c.Multiple(10, 'a'));
  c.free;
  writeln;
  writeln('Press <Enter> to quit');
  readln;
end.

Avec des reels :
4.1 + 5.2 = 9,3
3 x 5.1 = 15,3
Avec des chaines :
bon + jour = bonjour
10 x a = aaaaaaaaaa
Press <Enter> to quit

Critique du langage

En 1981, Brian Kernighan et Phillip J. Plauger (en) publient le livre Software Tools in Pascal, réédition de leur ouvrage précédent, Software Tools, publié en 1976, et qui employait le langage Rational Fortran (en). Le but était de fournir, en langage Pascal, des programmes complets et utiles^[26], bien documentés, et montrant comment écrire de « bons » programmes. À noter que Niklaus Wirth avait publié en 1979 une collection de programmes visant un objectif similaire^[27]. Les Software Tools étaient écrits dans le langage défini par l'ouvrage de Kathleen Jensen et Niklaus Wirth, Pascal User Manual and Report de 1978, et par la proposition de standard ISO. La même année, Brian Kernighan publia l'article Why Pascal is not my Favourite Language^[28], dans lequel il dénonçait les défauts qu'il voyait dans le langage, et qui selon lui empêchaient de l'utiliser pour de la « programmation sérieuse ». L'article partait de son expérience avec l'ouvrage précédent, et de la comparaison qu'il avait pu faire avec le C, dont il assurait par ailleurs la promotion - le livre The C Programming Language, coécrit avec Dennis Ritchie, était sorti en 1978 ^[29].

Parmi les aspects contestés dans cet article, l'un d'eux rendait la programmation en Pascal particulièrement compliquée : le typage des tableaux, et par voie de conséquence, le typage des chaînes de caractères également. En effet, les dimensions des tableaux font partie du type, en Pascal, ce qui empêche de passer à une fonction des tableaux de taille variable (ou des chaînes de taille variable). Contourner le problème oblige soit à écrire de multiples versions des fonctions qui prennent des tableaux en paramètres, soit à utiliser un type tableau de la taille maximum estimée. Cette dernière « astuce » était fréquemment utilisée dans ce langage ; c'est ainsi que les programmes des Numerical Recipes in Pascal y font systématiquement appel. Cet inconvénient, toujours présent dans la version définitive du langage ISO 7185 de 1983, était bien connu dans le milieu de l'analyse numérique. Ainsi, lors de la Conference on the Programming Environment for Development of Numerical Software^[30], organisée en 1978 par le Jet Propulsion Laboratory et l'ACM SIGNUM^[31], une des présentations^[32] montrait l'utilisation possible du Pascal en analyse numérique, et pointait ce problème de passage de tableau, en proposant une syntaxe alternative destinée à être intégrée à une version ultérieure du standard. De fait, elle sera ajoutée en 1990 à l'ISO 10206 Extended Pascal. Ce dernier permet, via les schémas, de créer des types structurés de taille dynamique. De même en Extended Pascal, tous les types chaînes de caractères sont compatibles entre eux^[33]. Mais peu de compilateurs ont suivi le standard ISO 10206 à la lettre, en particulier ni Turbo Pascal ni les compilateurs dérivés de celui-ci (Delphi et Free Pascal).

Descendance et Parenté

Au-delà des variations commerciales, un certain nombre d'utilisateurs Pascal soucieux de fiabilité sont passés soit au langage Portal, soit au langage Modula 2 et ses descendants, soit aux langages apparentés comme Ada 83, ou enfin aux langages objets comme Simula, Modula 3, Oberon ou Ada 95.

En particulier, Modula comme C suffit à écrire un système d'exploitation, mais avec une plus grande sécurité du fait d'une séparation claire entre le niveau physique - le plus délicat dans les opérations de portage - et le niveau symbolique, le plus facile à contrôler, et le plus employé.

Pascal dans l'enseignement

Annexes