La préservation de propriétés établies sur le programme source jusqu'au code exécutable est un point important dans les méthodes formelles. Cette propriété de préservation est établie par la vérification formelle du proccessus de compilation. Un compilateur est formellement vérifié s'il est accompagné d'une preuve de préservation sémantique : "si la compilation réussit, le code compilé se comporte comme le code source le prédit." Le projet CompCert étudie la vérification formelle de compilateurs réalistes utilisable dans l'embarqué-critique. Il s'agit de développer et formellement vérifier de tels compilateur via l'assistant de preuve Coq. Un compilateur pour le langage C vers l'assembleur PowerPC a déjà ainsi été produit. Le code exécutable du compilateur a été obtenu en deux étapes non vérifiés : la génération automatique de code Ocaml par le mécanisme d'extration de Coq et la compilation du de ce code extrait par le système Objective Caml. En fait, cette lacune est commune à tous les développements spécifiés dans l'assistant de preuve Coq et destinés à produire un éxécutable. Cette thèse décrit l'étude, le développement et la vérification formelle, dans l'assistant de preuve Coq, d'un compilateur pour le fragment purement fonctionnel du langage ML : le langage cible du mécanisme d'extraction de Coq. Concrètement, il s'git d'une chaîne de compilation en amont pour mini-ML (lambda calcul, let, letrec et filtrage) vers le premier langage intermédiaire de la chaîne de compilation en aval du compilateur CompCert. Ce langage, Cminor, est un langage de bas niveau à la C. L'expressivité du langage source traité rend ce compilateur réaliste. Il comporte aussi des optimisations classiques propre à la compilation de langages fonctionnels : la décurryfication, comme celle implémentée dans le compilateur OCaml ; la représentation uniforme des données, explicitation des fermetures, numérotation des constructeurs et une mise en style par passage de continuation (CPS) optimisée. Le point fort de ce compilateur et que, comme les compilateurs modernes pour langage de haut niveau, il peut interagir avec un gestionnaire de mémoire automatique. Cette interaction a aussi été formellement vérifiée.

PRATIQUE DES LANGAGES FONCTIONNELS TYPES Dans l'approche conception on s'intéresse à l'évolution de la compilation de ML en l'illustrant par la description de deux compilateurs : CeML un compilateur de ML vers C et OCamil un compilateur d'O'CAML vers .net. On montre ensuite les capacités d'extensions (parallèle et objet) au niveau des constructions du langage ML. Cela autorise de le choisir comme langage cible de compilation pour d'autres langages. Les capacités d'interopérer entre ML d'autres langages sont alors explorées pour plusieurs plates-formes d'exécution en conservant la sûreté du typage statique. Dans l'approche développement d'applications on s'intéresse aux outils de développement de l'édition structurée à la mise au point et à l'intégration de ces outils dans une même interface. On discute ensuite sur la formation du programmeur en montrant le cadre confortable du typage statique et l'intérêt de comprendre le modèle fonctionnel avant d'aborder le modèle objet. Le déploiement d'application est illustré par plusieurs applications embarquant un compilateur ML en tant que composant de l'application.

Les travaux présentés dans ce mémoire s'inscrivent dans la problématique dite d'adéquation algorithme architecture. Ils concernent la conception et le développement d'outils logiciels permettant de faire du prototypage rapide d'applications parallèles de vision artificielle sur des architectures de type MIMD à mémoire distribuée. De tels outils ont pour objectif de faciliter l'évaluation rapide d'un ensemble de solutions vis à vis d'un problème donné en diminuant de manière drastique les temps de cycle conception-implantation-validation des applications. L'outil SKiPPER développé dans le cadre de ces travaux est basé sur le concept des squelettes de parallélisation. Ceux-ci représentent des constructeurs génériques de haut niveau encapsulant des formes communes de parallélisme tout en dissimulant les détails relatifs à l'exploitation de ce parallélisme sur la plate-forme cible. Au niveau langage, la spécification des squelettes est réalisée au sein du langage fonctionnel Caml sous la forme de fonctions d'ordre supérieur. Ainsi, la spécification d'une application est un programme purement fonctionnel dans lequel l'expression du parallélisme est limitée au choix et à l'instanciation des squelettes choisis dans une base pré-définie. L'environnement de développement SKiPPER est organisé autour de trois modules réalisant respectivement l'expansion du code fonctionnel en un graphe flot de données (outil Dromadaire), le placement-ordonnancement de ce graphe sur l'architecture matérielle (outil SynDEx développé à l'INRIA) et la génération de code cible final pour l'architecture cible (la machine Transvision du LASMEA dans notre cas). L'applicabilité des concepts mis en \oe uvre dans SKiPPER et des outils développés conjointement est démontrée également dans les travaux présentés dans ce mémoire. Diverses applications de complexité réaliste (étiquetage en composantes connexes, détection et suivi de signalisation horizontale autoroutière) ont été parallélisées automatiquement par l'environnement SKiPPER validant ainsi l'objectif initial de prototypage rapide d'applications parallèles de vision artificielle à fortes contraintes temporelles sur architecture dédiée.

Dans les langages fonctionnels, l'efficacité dépend crucialement du choix de la stratégie d'évaluation et d'un modèle d'implantation adapté. Nous développons d'abord un λ-calcul avec substitutions explicites qui évite les problèmes habituels liés à la substitution et à l'α-conversion, dans lequel on peut définir les stratégies usuelles, mais aussi des stratégies avec un meilleur partage de calcul. Ensuite, nous développons un modèle d'implantation efficace pour ce calcul. Pour cela, nous proposons une représentation innnovante des variables libres, d'abord dans le cadre très général de la récriture d'ordre supérieur, puis avec plus de détails dans notre cas particulier. Nous obtenons ainsi un λ-calcul avec substitutions explicites sans noms ni indices, dans lequel les te! rmes sont annotés avec de l'information qui indique comment les substitutions doivent être propagées, et qui constitue un modèle d'implantation efficace pour nos stratégies. Des machines abstraites sont alors définies, implantées et comparées expérimentalement aux meilleurs évaluateurs connus. Finalement, nous étudions les relations entre machines abstraites traditionnelles et réseaux d'interaction, deux modèles d'implantation courants mais très différents. Plus précisément, nous montrons comment certaines stratégies peuvent être implantées dans les réseaux d'interaction d'une façon très naturelle, rapprochant ainsi deux modèles utilisés pour l'implantation de stratégies efficaces.

La plate-forme .NET est un environnement d'exécution moderne et répandu, reposant sur une machine virtuelle qui interprète du code-octet typé. Elle prétend être parfaitement adaptée à l'exécution de composants écrits dans une grande variété de langages de programmation et faciliter leur interopération.<br /> En tant que langage fonctionnel statiquement typé avec polymorphisme paramétrique, Objective Caml présente des caractéristiques qui défient l'environnement d'exécution .NET et son système de types. Nous expérimentons ces difficultés dans un cadre pratique, par la conception et l'implantation de OCamIL, un compilateur complet pour Objective Caml qui produit du code-octet .NET vérifiable. Ses objectifs principaux sont la compatibilité et la possibilité d'interopérer.<br /> Ce travail met à l'épreuve les capacités de la plate-forme .NET autant que l'adéquation de l'implantation officielle de Objective Caml dans un tel projet (celle-ci est conçue pour un environnement d'exécution dénué de types ce qui explique qu'elle élimine les informations de types assez tôt dans la chaîne de compilation). Nous examinons la représentation des valeurs Caml et comparons deux stratégies : la reconstruction et la propagation de l'information de typage manquante. D'autres choix de conception décrits ici illustrent le compromis entre efficacité d'une part et lisibilité/interopérabilité de l'autre.<br /> Nous réalisons l'interopérabilité à l'aide d'un langage de description d'interface IDL qui construit un pont entre les deux systèmes de classes distincts utilisés par Objective Caml et l'environnement typé de .NET. Les bénéfices de l'interopération sont illustrés par des exemples non-triviaux.<br /> Au chapitre des performances, OCamIL occupe une place respectable au sein des compilateurs de langages fonctionnels sur .NET. Nous comparons également les exécutables .NET avec les programmes Objective Caml originaux.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Cette thèse porte sur l'étude théorique et pratique d'un système de typage appliqué à la preuve de programmes de style fonctionnels. Le système de base est le système ST créé par C.Raffalli; il comporte, outre le polymorphisme, du sous-typage et de l'omission de contenu non-algorithmique. Nous étudions tout d'abord les modèles de la théorie définie par le système de types, en construisant une axiomatique basée sur les treillis permettant de modéliser le calcul et la logique. Nous étudions sur cette base le système de types, montrons la réduction du sujet, et la possibilité de définir en interne la normalisabilité et la réductibilité des programmes. Dans la suite de la thèse, plus appliquée, nous étudions des codages de types de données riches inspirés des langages fonctionnels - y incluant notamment un système de modules du premier ordre- dans le Lambda-Calcul, et montrons qu'ils s'intègrent harmonieusement dans le système; la méthodologie développée dans cette partie permet d'étendre le langage de types et le langage de programmation en conservant un critère de consistance assurant la sûreté du code typé.

Ce mémoire a pour thèse que les fonctions devraient être transparentes lors de la phase de métaprogrammation. En effet, la métaprogrammation se veut une possibilité pour le programmeur d’étendre le compilateur. Or, dans un style de programmation fonctionnelle, la logique du programme se retrouve dans les définitions des diverses fonctions le composant. Puisque les fonctions sont généralement opaques, l’impossibilité d’accéder à cette logique limite les applications possibles de la phase de métaprogrammation. Nous allons illustrer les avantages que procurent les fonctions transparentes pour la métaprogrammation. Nous donnerons notamment l’exemple du calcul symbolique et un exemple de nouvelles optimisations désormais possibles. Nous illustrerons également que la transparence des fonctions permet de faire le pont entre les datatypes du programme et les fonctions. Nous allons également étudier ce qu'implique la présence de fonctions transparentes au sein d'un langage. Nous nous concentrerons sur les aspects reliés à l'implantation de ces dernières, aux performances et à la facilité d'utilisation. Nous illustrerons nos propos avec le langage Abitbol, un langage créé sur mesure pour la métaprogrammation. / Our main thesis is that functions should be transparent during the metaprogramming stage. Metaprogramming is intended as a possibility for the programmer to extend the compiler. But in a functional programming style, the program logic is found in the definition of its functions. Since functions are generally opaque, it is impossible for the programmer to access this information and this limits the metaprogramming possibilities. We will illustrate the benefits of transparent functions for metaprogramming. We will give the example of symbolic computation and also show new forms of optimizations now available at the metaprogramming stage. We will also illustrate that transparency allows us to bridge the gap between the datatypes of a program and its functions. We will also examine how transparent functions affects other aspects of the language. We will focus on how to implement them, their performance impact and their ease of use. We illustrate our thesis with Abitbol, a language designed for metaprogramming.

Les logiciels critiques nécessitent l'obtention d'une évaluation de conformité aux normesen vigueur avant leur mise en service. Cette évaluation est obtenue après un long travaild'analyse effectué par les évaluateurs de logiciels critiques. Ces derniers peuvent être aidéspar des outils utilisés de manière interactive pour construire des modèles, en faisant appel àdes analyses de flots d'information. Des outils comme SPARK-Ada existent pour des sous-ensembles du langage Ada utilisés pour le développement de logiciels critiques. Cependant,des langages émergents comme ceux de la famille ML ne disposent pas de tels outils adaptés.La construction d'outils similaires pour les langages ML demande une attention particulièresur certaines spécificités comme les fonctions d'ordre supérieur ou le filtrage par motifs. Cetravail présente une analyse de flot d'information pour de tels langages, spécialement conçuepour répondre aux besoins des évaluateurs. Cette analyse statique prend la forme d'uneinterprétation abstraite de la sémantique opérationnelle préalablement enrichie par desinformations de dépendances. Elle est prouvée correcte vis-à-vis d'une définition formellede la notion de dépendance, à l'aide de l'assistant à la preuve Coq. Ce travail constitue unebase théorique solide utilisable pour construire un outil efficace pour l'analyse de toléranceaux pannes.

Les logiciels critiques nécessitent l’obtention d’une évaluation de conformité aux normesen vigueur avant leur mise en service. Cette évaluation est obtenue après un long travaild’analyse effectué par les évaluateurs de logiciels critiques. Ces derniers peuvent être aidéspar des outils utilisés de manière interactive pour construire des modèles, en faisant appel àdes analyses de flots d’information. Des outils comme SPARK-Ada existent pour des sous-ensembles du langage Ada utilisés pour le développement de logiciels critiques. Cependant,des langages émergents comme ceux de la famille ML ne disposent pas de tels outils adaptés.La construction d’outils similaires pour les langages ML demande une attention particulièresur certaines spécificités comme les fonctions d’ordre supérieur ou le filtrage par motifs. Cetravail présente une analyse de flot d’information pour de tels langages, spécialement conçuepour répondre aux besoins des évaluateurs. Cette analyse statique prend la forme d’uneinterprétation abstraite de la sémantique opérationnelle préalablement enrichie par desinformations de dépendances. Elle est prouvée correcte vis-à-vis d’une définition formellede la notion de dépendance, à l’aide de l’assistant à la preuve Coq. Ce travail constitue unebase théorique solide utilisable pour construire un outil efficace pour l’analyse de toléranceaux pannes. / Critical software needs to obtain an assessment before commissioning in order to ensure compliance tostandards. This assessment is given after a long task of software analysis performed by assessors. Theymay be helped by tools, used interactively, to build models using information-flow analysis. Tools likeSPARK-Ada exist for Ada subsets used for critical software. But some emergent languages such as thoseof the ML family lack such adapted tools. Providing similar tools for ML languages requires specialattention on specific features such as higher-order functions and pattern-matching. This work presentsan information-flow analysis for such a language specifically designed according to the needs of assessors.This analysis is built as an abstract interpretation of the operational semantics enriched with dependencyinformation. It is proved correct according to a formal definition of the notion of dependency using theCoq proof assistant. This work gives a strong theoretical basis for building an efficient tool for faulttolerance analysis.