Informatica I. Ingegneria Medica. Prof. Diego Salamon

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1 Informatica I Ingegneria Medica Prof. Diego Salamon

2 Esecuzione Il codice eseguibile di un programma può venire eseguito direttamente da un calcolatore codice eseguibile esecuzione Hello World

3 Compilazione editing codice sorgente /* Applicazione che visualizza una frase sullo schermo. */ class ScrittoreSulloSchermo { public static void main(string[] args) { System.out.println("ciao a tutti"); System.out.println("questo testo introduce"); System.out.println("i fondamenti dell informatica"); } } compilazione codice eseguibile esecuzione Hello World

4 Compilatori e Interpreti In realtà, due approcci alla traduzione ed esecuzione dei programmi compilazione compilatori interpretazione Interpreti Java usa un approccio misto alla compilazione dei programmi il codice sorgente Java viene compilato in bytecode Java il programma nella forma di bytecode Java può essere eseguito da un interprete, la macchina virtuale Java (JVM) la JVM rende il calcolatore una macchina virtuale che sa eseguire programmi in bytecode Java

5 Compilazione ed esecuzione editing codice sorgente /* Applicazione che visualizza una frase sullo schermo. */ class ScrittoreSulloSchermo { public static void main(string[] args) { System.out.println("ciao a tutti"); System.out.println("questo testo introduce"); System.out.println("i fondamenti dell informatica"); } } compilazione bytecode Java... getstatic #6 <Field java.io.printstream out>... interpretazione calcolatore dotato di macchina virtuale Java Hello World

6 Write once, run everywhere bytecode Java... getstatic #6 <Field java.io.printstream out>... calcolatori dotati di macchina virtuale Java PC Intel Windows Power Macintosh System 8 Sun Ultra Solaris esecuzione Hello World Hello World Hello World

7 Java 2 Software Development Kit Java 2 SDK comprende i seguenti strumenti di programmazione: compilatore Java javac macchina virtuale Java java API (Application Programming Interface) di Java applet viewer appletviewer debugger jdb generatore di documentazione javadoc Le tre attività da svolgere nello sviluppo di programmi Java editing editor compilazione javac esecuzione java

8 Errori di programmazione Durante la scrittura dei programmi è possibile commettere degli errori di programmazione Una classificazione degli errori di programmazione errori grammaticali errori non grammaticali Un altra classificazione errori riconosciuti dal compilatore errori non riconosciuti dal compilatore

9 Errori riconosciuti e segnalati dal compilatore Class Scrivi { public static main(string[] args) { system.out.println( prima riga"); Sistem.out.println( seconda riga"); System.out.printnl( terza riga"); } }

10 Errori non riconosciuti dal compilatore class Scrivi { public static void main(string[] args) { System.out.print( prima riga"); System.out.println( ancora primma riga"); System.out.println( seconda riga"); } }

11 Attività legate alla correzione degli errori Individuazione degli errori riconosciuti dal compilatore per gli errori riconosciuti, il compilatore segnala posizione e tipologia di errore la comprensione dei messaggi di errore non è sempre facile Correzione degli errori riconosciuti dal compilatore Ricerca e correzione degli errori non riconosciuti dal compilatore come si fa?

12 Il linguaggio Java Tipologie di Dato

13 Tipologie di Dato Il potere espressivo di un linguaggio di programmazione è caratterizzato da due aspetti I tipi di dato che nel linguaggio si possono esprimere e manipolare Le operazioni esprimibili direttamente o per composizione Nelle lezioni successive esamineremo i due aspetti facendo riferimento al linguaggio java

14 Tipologie di Dato La necessità di definire tipologia di dati nasce dalla necessità di rappresentare collezioni di oggetti Un tipo di dato T è definito come un dominio di valori D, alcune funzioni f i, alcuni predicati P i e alcune costanti su questo dominio; T =<D,f1,f2,..,P1,P2,..,C1,C2,..,> le funzioni sono anche dette operazioni. Quindi perché un linguaggio possa esprimere delle manipolazioni su oggetti di un tipo di dato deve permettere di rappresentarli. Una rappresentazione per un tipo di dato è una descrizione del tipo di dato in termini di strutture linguistiche fornite dal linguaggio

15 Tipologie di Dato Tipo di dato primitivi e Astratti Il termine primitivo viene usato per riferirsi alla definizione e all uso di un tipo di dato intrinseco in un linguaggio di programmazione. Per i tipo primitivi le tre componenti che caratterizzano il tipo (dominio, operazioni, costanti)sono implicitamente definite nell ambito del linguaggio, in termini di definizione del tipo e della semantica degli operatori applicabili ai suoi valori.

16 Tipologie di Dato Tipo di dato primitivi e Astratti Il termine astratto viene usato per riferirsi alla definizione e all uso di un tipo di dato tipicamente definito dall utente. Per i tipo astratti le tre componenti che caratterizzano il tipo (dominio, operazioni, costanti) sono definite nell ambito del programma scritto dall utente.

17 Esempio Vogliamo definire il tipo astratto insieme, cioè il tipo di dato che consente di rappresentare collezioni di elementi di tipo V: Il tipo di dato insieme su V è caratterizzato da: Un dominio: consistente di tutti gli insiemi di elementi di tipo V Le operazioni Verifica se un insieme è vuoto Inserisci un elemento Cancella elemento Verifica appartenenza La costante insieme vuoto

18 Tipi di dato in Java : Utilità Innanzitutto I Commenti nel codice Di implementazione Descrivono la logica di implementazione // Doppio slash va bene per commenti di una riga /* Commenti con un numero di righe maggiore o uguale a uno vanno delimitati in questo modo */ Di documentazione Descrivono come si usa un programma o una classe indipendentemente dalla sua implementazione /** Commenti delimitati così vengono inclusi nella documentazione generabile automaticamente a partire dal codice sorgente con il tool JavaDoc */

19 Tipi di dato in java Esempio di commento

20 Java: le costanti Costanti intere: L 0xcafebabeL L Costanti reali: e+3 1.0E f Costanti boolean: true false Costanti carattere: a % \t \n \\ Costanti di tipo stringa: prova prova\n

21 Java: Il type system Java è fortemente tipizzato. Ogni variabile ha associato un tipo. Distinguiamo tra: Tipi primitivi Tipi riferimento o astratti

22 Java: I tipi primitivi Tipi numerici: byte - intero di 8 bit con segno [-128,+127] short - intero di 16 bit con segno [-2 15, ] int - intero di 32 bit con segno [-2 31, ] long - intero di 64 bit con segno [-2 63, ] float - floating-point di 32 bit IEEE754 double - floating-point di 64 bit IEEE754 Altri tipi: boolean - tipo enumerativo (true, false) char - carattere di 16 bit (Unicode) [0, ] L accesso ai dati semplici è diretto

23 Java: Dichiarazione di variabili Ogni variabile deve essere dichiarata prima di essere usata. Sintassi minimale: <tipo> < identificatore> [=<valore>][,<identificatore>[=<valore>] ] <tipo> : tipo primitivo, nome di una classe o di un interfaccia <identificatore> : nome della variabile <valore>: valore di inizializzazione Esempio: int d=3, e, f=5; char x = x ;

24 Esempio: dichiarazione di variabili

25 Java : I tipi riferimento Tipi Array Tipi definiti dall utente o predefiniti Classi Interfacce L accesso ai dati di tipo riferimento avviene tramite puntatori o riferimenti non accessibili dall utente

26 Java: Tipo Array Due tipi di tecniche per rappresentare collezioni di elementi: Tecniche basate su strutture indicizzate Tecniche basate su strutture collegate Un Array è una struttura indicizzata costituita da una collezione di celle numerate che possono contenere elementi di un tipo prestabilito

27 Java: Tipo Array Diremo che un array ha dimensione h se contiene h celle e gli indici delle celle possono essere compresi tra 0 e h-1. Intervallo Indice [0, h-1] Proprietà: gli indici delle celle dell array sono numeri consecutivi. In generale possiamo pensare ad un array come a un gruppo di variabili del medesimo tipo cui ci si riferisce con un nome comune e un indice numerico.

28 Java: Tipo Array Array di dati semplici o composti: char a[]; int a[]; (semplici) String tema[]; int matrix[][]; (composti) Indicizzati con int (indice primo elemento = 0), Dichiarazione, creazione e inizializzazione possono essere fatte in fasi distinte o contemporaneamente. Es: char ca[]; ca = new char[4]; ca[0]= N ;ca[1]= S ; // dichiarazione // creazione // inizializzazione char ca[]=new char[4] // dichiarazione e creazione ca[0]= N ;ca[1]= S // inizializzazione char ca[]={ N, S, E, O }// dich.,creaz. e inizializzaz.

29 Array: esempio

30 Array Esempio 2

31 Visibilità delle variabili Le variabili, così come le costanti, non sono eterne, ma possiedono un proprio ciclo vitale. Nascono nel momento in cui vengono dichiarate, divengono pronte all'uso immediatamente dopo l'inizializzazione e muoiono non appena escono dal loro ambito di validità (detto altrimenti ambito di visibilità). Gli ambiti di validità, a livello basilare, sono strettamente collegati all'impiego dei blocchi di istruzioni

32 Visibilità delle variabili L ambito di visibilità(scope) di una variabile è la zona di programma in cui ci si può riferire alla variabile mediante il suo nome. L ambito di visibilità di una variabile locale si estende dalla sua dichiarazione fino alla fine del blocco che la contiene Se gli ambiti di visibilità sono sovrapposti il compilatore segnala un errore Potete però avere variabili locali con nomi identici se i loro ambiti non si sovrappongono

33 Visibilità delle variabili public class visibilita { public static void main(string[] args) } } { int a = 5; int b = 3; int c = a + b; System.out.println(c); Le tre variabili a, b e c appartengono al blocco denominato main, poiché sono state dichiarate al suo interno. Fin quando il flusso di esecuzione percorre le istruzioni racchiuse in questa frazione del programma, i riferimenti a, b e c possono essere liberamente impiegati.

34 Visibilità delle variabili public class visibilita { public static void main(string[] args) { int a = 5; } } int b = 3; { int c = a + b; System.out.println(c); } Ora abbiamo inserito un nuovo blocco annidato nel precedente. All esecuzione del codice non avremo differenza di risultato rispetto al programma precedente

35 Visibilità delle variabili public class visibilita { public static void main(string[] args) { } } int a = 5; int b = 3; { int c = a + b; } System.out.println(c); Una volta completata l'elaborazione del blocco annidato, il riferimento c esce dal proprio ambito di validità. In poche parole, la variabile c muore al termine dell'esecuzione del blocco che la contiene. Per questo motivo, non può più essere citata nelle successive porzioni di codice, giacché sconosciuta in tale sede.

36 Visibilità delle variabili 1 2 public class visibilita { public static void main(string[] args) { { int a = 5; int b = 3; int c = a + b; System.out.println(c); } { int a = 2; int b = 3; } } } int c = a + b; System.out.println(c); Due ambiti non sovrapposti: posso definire e inizializzare variabili con lo stesso nome in modo coerente senza generare errori di compilazione.

37 Operazioni sui dati Nei linguaggi di programmazione le trasformazioni da effettuare sui dati vengono espresse mediante una serie di operazioni Queste operazioni possono essere primitive del linguaggio cioè predefinite in esso oppure essere delle astrazioni funzionali ed essere create o composte dal programmatore a partire dalle primitive secondo la sintassi del linguaggio L ordine di esecuzione di tali operazioni è definito dal programmatore mediante le primitive di controllo

38 Operazione di assegnazione L operazione di assegnazione è l operazione fondamentale su cui si basano i linguaggi imperativi (impartisco ordini e comandi al pc) <variabile> = <espressione> Il simbolo = può essere fuorviante perché non si tratta di un predicato di uguaglianza. Durante l esecuzione di un programma sia il programma che i dati da esso manipolati devono essere inseriti in memoria. La memoria può essere immaginata come organizzata linearmente in locazioni contigue ciascuna locazione ha un contenuto ed è accessibile attraverso un indirizzo

39 Operazione di assegnazione Locazioni Qualora in un programma sia stata dichiarata una variabile A e di tipo T l effetto della dichiarazione è quella di creare un associazione permenente tra l identificatore A e il tipo Ted un indirizzo I relativo ad una locazione di memoria. A T I

40 Operazione di assegnazione Mentre l associazione tra identificatore tipo e indirizzo resta fisso il contenuto della locazione può cambiare durante il programma. Il cambiamento può avvenire in vari modi ad esempio attraverso l istruzione di assegnazione. A = e L assegnazione è data dall esecuzione delle seguenti operazioni: Valuta l espressione e Deposita tale valore, cancellando il precedente, nella locazione di memoria il cui indirizzo è associato ad A ammesso che tale valore appartenga al dominio del tipo T altrimenti produci un errore. A T Valore di e

41 Operazione di assegnazione A = B+C Il ruolo delle variabili a destra e sinistra è molto diverso. Preleva il contenuto della locazione di memoria il cui indirizzo è associato a B Preleva il contenuto della locazione di memoria il cui indirizzo è associato a C Somma tali valori Memorizza il valore ottenuto nella locazione di memoria il cui indirizzo è associato ad A previo controllo della compatibilità sul tipo A Ta Val A A T ValA+ValB B Tb Val B B T Val B C Tc Val C C T Val C

42 Operazione di assegnazione La semantica rende perfettamente coerente un istruzione del tipo : A = A+1 Le due occorrenze di A hanno un ruolo completamente diverso; A a sinistra indica un indirizzo di memoria in cui memorizzare, A a destra indica un indirizzo di memoria incui prelevare un valore

43 Java : operatori Il linguaggio permette di rappresentare i dati. Il linguaggio deve permettere anche delle operazioni su questi. Operatori per tipi numerici Operatori unari Operatori di segno +x -x Incremento e decremento (prefissi e/o postfissi) Operatore y=++x y=--x y=x++ y=x-- Descrizione y=x+1;x=x+1; y=x-1;x=x-1; y=x;x=x+1; y=x;x=x-1;

44 Java: Operatori per tipi numerici Operatori binari Per tutti i tipi numerici Operatore Descrizione Operatore Descrizione x + y Somma y / y Divisione x y Sottrazione x % y Resto x * y Moltiplicazione Per tutti i tipi interi Operatore x << y x >> y Descrizione Shift di bit a sinistra Shift di bit a destra Operatore x & y x y x ^ y Descrizione AND bit a bit OR bit a bit XOR bit a bit x >>> y Shift di bit a destra senza segno

45 Operatori per tipi numerici e char Operatori binari Operatori di confronto Operatore x == y x <= y x >= y x!= y x < y x > y Descrizione true se x = y true se x <= y true se x >= y true se x y true se x < y true se x > y

46 Operatori per il tipo boolean Operatore unario Operatore!x Operatore binario Operatori con semantica condizionale Operatore x && y x y Descrizione true se x=false Descrizione x AND y x OR y Operatori di confronto Operatore x == y x!= y Descrizione true se x=y true se x!=y

47 Altri operatori Operatore di autoassegnamento x?= y equivale a x = x? y dove? è un qualunque operatore binario es: x+=5 equivale a x=x+5; x*=2 equivale a x=x*2; Operatore condizionale Sintassi: <condizione>? <valore1> : <valore2> es: x=(y==3)? 1:0; se y=3 allora x=1; altrimenti x=0;

48 Altri operatori L assegnamento come operatore x=y=3 (y=3)==3 L operatore + di concatenazione di stringhe Si applica a tutti i tipi es: pippo + 2 = pippo 2 pippo = pippo 2.54

49 Esempio: operatori

50 Coercion: conversioni automatiche di tipo La conversione è effettuata automaticamente per promuovere il tipo di un operando al tipo più generale coinvolto nell operazione. (è un tipo di polimorfismo ad-hoc ) Es: float a=3.14f; float res=0; int b=1; res=a+b; // conversione di b: (int) (float) Promozioni: byte short, int, long, float, double short int, long, float, double int long, float, double long float or double float double char int, long, float, double

51 Casting: conversioni forzate di tipo E possibile forzare una conversione di tipo attraverso l operatore di casting: (<tipo>) <espressione> Tra i tipi semplici sono consentite le seguenti conversioni (con perdita d informazione) short byte, char char byte, short int byte, short, char long byte, short, char, int float byte, short, char, int, long double byte, short, char, int, long, float byte char