Programmazione ad Oggetti. Introduzione. Programmazione. Modello di esecuzione del processore. di cosa?

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1 Programmazione ad Oggetti Introduzione di cosa? Programmazione Focus sui sistemi di calcolo basati su processori general purpose Processori caratterizzati da un Instruction Set (Insieme dei codici operativi) IS ={ADD, CMP, TEST, } Modello di esecuzione del processore Il processore è un interprete del proprio linguaggio (linguaggio macchina) Fasi di esecuzione: Prelievo dell istruzione dalla memoria Prelievo dei dati sorgente (da memoria o da registro) Esecuzione dell istruzione e memorizzazione dei risultati (in memoria o in registri di macchina) Inizializzazione Instruction Fetch & Decoding Operand assembly Execute 1

2 Paradigmi di Programmazione Paradigmi di programmazione Programmazione imperativa (lista di istruzioni da eseguire, es. Fortran, C, C++, Java.) Programmazione non strutturata Programmazione strutturata Programmazione dichiarativa (condizioni logiche, es. Prolog, Lisp ) Programmazione procedurale Programmazione ad oggetti Programmazione non Strutturata Problema if(90<a<100)and(25<b<100)or(80<a<89)and(50<b<1 00)or(70<A<79)and(75<B<100) then ACCETTA Utilizza goto A>90 A>80 B>25 A>70 B>50 B>75 Non accetta accetta 2

3 Programmazione Strutturata A>90 A>80 B>25 A>70 B>50 B>75 N N A N A N A if(a>90) then if(b>25) then Accetta else Nonaccetta fi else if(az80) then if(b>50) then fi else fi else fi Programmazione strutturata - pseudocodice if(a>70) then fi Accetta Nonaccetta if(b>75) then else fi Accetta Nonaccetta 8 Programmazione strutturata Codice realizzato mediante combinazione di tre strutture di controllo Tutti gli algoritmi possono essere realizzati mediante le tre strutture 3

4 Struttura di selezione Un meccanismo di selezione permette la realizzazione di percorsi alternativi nella sequenza di azioni elementari La sequenza di azioni e determinata dal verificarsi o meno di una condizione C che dipende dai dati iniziali Si/Vero C No/Falso Azioni eseguite nel caso in cui la condizione C e vera Azioni eseguite nel caso in cui la condizione C e falsa Struttura ciclica Un meccanismo ciclico permette di ripetere una o piu azioni fino a quando e verificata una condizione C Due strutture cicliche: Si/Vero C No/Falso Azioni ripetute Azioni ripetute Azioni seguenti Si/Vero C No/Falso Prima verifica la condizione e poi esegue le azioni da ripetere => le operazioni del ciclo potrebbero non essere mai eseguite Prima esegue le azioni da ripetere e poi verifica la condizione => le operazioni del ciclo sono eseguite almeno una volta Azioni seguenti Struttura ciclica per liste di elementi Considerando una generica lista di N elementi, possiamo definire un indice i col quale percorrere l intera lista Struttura con pre incremento dell indice Posizionamento iniziale i=0 dell indice Incremento dell indice Si/Vero Azioni ripetute i=i+1 i<n No/Falso Con questa struttura prima si eseguono le azioni da ripetere e poi si verifica la condizione d uscita, inoltre l indice viene incrementato prima della verifica della condizione Condizione d uscita Azioni seguenti 4

5 Struttura ciclica per liste di elementi (2) Struttura con post incremento dell indice Posizionamento iniziale dell indice i=0 Azioni ripetute Si/Vero No/Falso i<n-1 Con questa struttura ancora una volta si eseguono prima le azioni da ripetere ma l incrementato dell indice avviene dopo la verifica della condizione di uscita i=i+1 Incremento Corso dell indice di Programmazione ad Oggetti Azioni seguenti Condizione d uscita Programmazione Dichiarativa Il modello computazionale è basato sui concetti di funzione e relazione Il programmatore non ragiona in termini di assegnazioni di valori, ma di relazioni tra entità e di valori di una funzione Esempi: Prolog Lisp Programmazione procedurale Modello procedurale Il mondo della programmazione viene visto come un sistema di processi Alcuni temi tipici del modello procedurale: Processi, sequenze di esecuzione Diagrammi di flusso Programmazione top-down Programmazione strutturata Algoritmi = strutture dati + programmazione strutturata Tradizionali linguaggi strutturati: Fortran, Pascal, C Operazioni effettuate sui dati inviate alle procedure e alle funzioni sistemi software validi ed efficienti per basse complessità MA : ad alte complessità si evidenzia un cedimento del sistema Una modifica di una struttura dati ha grandi effetti sul sistema campo di visibilità delle strutture dati Riusabilita nei linguaggi procedurali 15 5

6 Programmazione Procedurale Decomposizione funzionale del problema in sotto-problemi Programmazione ad Oggetti metodologia generale pensare e rappresentare problemi usando concetti del mondo reale Focus sulle entità piuttosto che sui processi Gli oggetti integrano una struttura ed un comportamento in una unica entità Programmazione ad Oggetti (2) Sistemi costituiti da una serie di oggetti che interagiscono vicendevolmente, scambiandosi messaggi ma mantenendo ognuno il proprio stato ed i propri dati 6

7 Linguaggi e Gap Semantico Linguaggi di Programmazione Linguaggio macchina Insieme dei codici operativi supportati dal processore Istruzioni come stringhe di bit Es. D Somma il contenuto di un registro e di una locazione di memoria Linguaggio Assembly Stesso livello semantico del linguaggio macchina Necessita di traduzione in linguaggio macchina Pseudo codice Es. ADD.W SUM,D0 Somma il contenuto di un registro e di una locazione di memoria Linguaggi di Programmazione (2) Linguaggio di alto livello (semantico) Supportano istruzioni e costrutti complessi Più vicini al linguaggio naturale Necessitano di traduzione in linguaggio macchina Esempi: Fortran Cobol C C++ Java 7

8 Peculiarità del linguaggio macchina E specifico di un dato processore I programmi scritti in linguaggio macchina per un dato processore non possono essere utilizzati per processori diversi E direttamente eseguibile dal processore E di basso livello Le istruzioni del linguaggio macchina sono molto elementari (i.e. povere semanticamente) E di difficile utilizzo Le istruzioni in linguaggio macchina sono di difficile lettura perche rappresentate da stringhe di bit X 2 = X 1 + X 2 X X 2 codice operativo operandi Peculiarità del linguaggio assembly Utilizza nomi simbolici per i codici operativi e gli operandi Codici operativi: ADD, MULT, CMP... C e una corrispondenza uno ad uno con le istruzioni in linguaggio macchina Formato dell istruzione ADD X 1, X 2 codice operativo operandi Peculiarità del linguaggio assembly (2) E specifico di un dato processore Non e altro che una rappresentazione simbolica delle istruzioni in linguaggio macchina Non e direttamente eseguibile dal processore E necessario un processo di traduzione E di basso livello Le istruzioni del linguaggio assembler sono dello stesso livello semantico di quelle del linguaggio macchina E di più semplice utilizzo rispetto al linguaggio macchina Si utilizzano nomi simbolici per i codici operativi e gli operandi 8

9 Strumenti per la programmazione Assembler Editor E lo strumento (programma) che consente la scrittura dei programmi Assembler E lo strumento (programma) che opera la traduzione dei programmi scritti in linguaggio simbolico (codice sorgente) in linguaggio macchina (codice eseguibile) Loader E lo strumento (programma) che carica il codice eseguibile in memoria per l esecuzione Linguaggi di alto livello Linguaggi ricchi semanticamente Sono linguaggi più vicini al nostro linguaggio naturale Necessitano di una traduzione in linguaggio macchina I programmi implementati tramite linguaggi ad alto livello non sono direttamente eseguibili dal processore Sono indipendenti dalle piattaforme hardware I linguaggi di alto livello stabiliscono delle regole generali indipendenti dalle piattaforme hardware Esistono implementazioni (traduttori) specifiche per le varie piattaforme Traduttori: Compilatori e Interpreti Compilatori Il processo di traduzione viene operato una tantum La compilazione genera codice eseguibile memorizzato su dispositivi di memoria di massa e riutilizzato ogni qualvolta si vuole eseguire il programma Interpreti Il processo di traduzione viene operato ogni qualvolta si vuole eseguire il programma La traduzione avviene durante l esecuzione: ogni istruzione del programma viene letta, tradotta e quindi eseguita I programmi interpretati sono piu lenti di quelli compilati perche, per questi ultimi, le istruzioni una volta lette sono direttamente eseguibili 9

10 Il linguaggio C E un linguaggio simbolico di alto livello Utilizza nomi simbolici per le istruzioni e i dati Non e direttamente interpretabile dal processore I programmi C devono essere tradotti (compilati) prima di poter essere eseguiti La traduzione di un istruzioni C genera, normalmente, una sequenza di istruzioni in linguaggio macchina Portabilità Non è direttamente dipendente dal processore I programmi C possono essere riusati da processori diversi purchè compilati per quella specifica architettura Esistono traduttori specifici per ogni classe di processori Il linguaggio C++ E un estensione del linguaggio C Offre meccanismi per le classi e gli oggetti Include un pre-processore Ciclo di Sviluppo di un programma in C++ Programma sorgente (nome.cpp) Programma sorgente (nome.cpp) Editor Preprocessore Compilatore disco disco disco Programma sorgente (nome.obj) Librerie (object files) Collegatore disco disco Caricatore MEMORIA (RAM) 10

11 Ciclo di Sviluppo di un programma in C++ Codice C++ Compilatore C++ Pentium Win OS Compilatore C++ PowerPC MacOS Codice Binario Pentium Win OS Codice Binario PowerPC MacOS Compilatore C++ SPARC Solaris OS Codice Binario SPARC Solaris OS I programmi C++ (compilati) funzionano su tutti i sistemi di una determinata architettura Esempi: un listato assembly MC * Programma per sommare i primi 17 interi * ORG $8000 START CLR.W SUM MOVE.W ICNT,D0 ALOOP MOVE.W D0,CNT ADD.W SUM,D0 MOVE.W D0,SUM MOVE.W CNT,D0 ADD.W #-1,D0 BNE ALOOP JMP SYSA SYSA EQU $8100 CNT DS.W 1 SUM DS.W 1 IVAL EQU 17 ICNT DC.W IVAL END START l equivalente in linguaggio macchina * Programma per sommare i primi 17 interi * ORG $ START CLR.W SUM MOVE.W ICNT,D C 33C ALOOP MOVE.W D0,CNT D ADD.W SUM,D C MOVE.W D0,SUM E MOVE.W CNT,D FFFF 10 ADD.W #-1,D E2 11 BNE ALOOP A 4EF JMP SYSA = SYSA EQU $ CNT DS.W SUM DS.W = IVAL EQU ICNT DC.W IVAL END START 11

12 e in linguaggio C int sum = 0; int i = 0 for(i=0; i<17; i++) sum = sum + i; Livelli semantici Macchina Assembly * Programma per sommare i primi 17 interi * ORG $ START CLR.W SUM MOVE.W ICNT,D C 33C ALOOP MOVE.W D0,CNT D ADD.W SUM,D C MOVE.W D0,SUM E MOVE.W CNT,D FFFF 10 ADD.W #-1,D E2 11 BNE ALOOP A 4EF JMP SYSA = SYSA EQU $ CNT DS.W SUM DS.W = IVAL EQU ICNT DC.W IVAL END START C int sum = 0; int i = 0 for(i=0; i<17; i++) sum = sum + i; Livelli semantici (2) Livello Semantico Alto Linguaggi C, C++, Java Basso Linguaggio Macchina 1 Linguaggio Assembler 1 Linguaggio Macchina 2 Linguaggio Assembler 2 Linguaggio Macchina N Linguaggio Assembler N Processore 1 Processore 2 Processore N 12

13 Informazione Informatica E la scienza che si occupa della rappresentazione ed elaborazione automatica dell informazione Elaborazione attraverso programmi Informazione: Valore, Tipo, Attributo Un informazione e una terna valore, tipo, attributo Il concetto di informazione e legato al concetto di scelta all interno di un insieme Valore E l elemento scelto all interno dell insieme Esempi: 127, 15 o, 12/10/2001 Un valore puo avere diverse rappresentazioni, ad esempio 12/10/2001 oppure 12 Ottobre 2001 rappresentano lo stesso valore 13

14 Informazione: Valore, Tipo, Attributo (2) Tipo E l insieme all interno del quale viene operata la scelta Esempi: numeri naturali, date, stringe di caratteri Caratterizza l informazione Possono essere definiti per enumerazione T={t 1,t 2,... t N } o tramite una proprieta T={t/P} Cardinalita : numero di elementi dell insieme I calcolatori elettronici sono capaci di trattare solo tipi a cardinalita finita! Informazione: Valore, Tipo, Attributo (3) Attributo Assegna un significato all informazione E anche L identificatore dell informazione Esempi: soluzione dell equazione, studente, temperature Informazione: esempi La temperatura e di 15 o La soluzione dell equazione e 25,7 La data di nascita di Giovanni e 25/12/78 Carlo Pisacane fu ucciso a Sapri Valore 15 25,7 25/12/78 Sapri Tipo Temperatura Numero reale Data Localita Attributo Temperatura odierna Soluzione dell equazione Data di nascita di Giovanni Luogo di morte di Carlo Pisacane 14

15 Rappresentazione delle Informazioni nei Programmi Costanti e variabili Alcuni esempi di dichiarazioni di variabili C++ e Java int altezza = 0; boolean trovato = false; float cambio = 1.51; Tipo Attributo Valore Informazioni Atomiche e Strutturate Atomiche Sono istanze dei tipi primitivi supportati da un linguaggio Esempi di tipi primitivi int, boolean, float, etc Esempi di informazioni atomiche int altezza = 0; boolean trovato = false; float cambio = 1.51 Strutturate Sono un aggregazione logica di informazioni atomiche (variabili e costanti primitive) Esempi: rettangolo{float base, float altezza}; automobile{int cilindrata, String targa, String modello, String Marca, int chilometri, } 15