Elementi di Informatica A. A. 2016/2017

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1 Elementi di Informatica A. A. 2016/2017 Ing. Nicola Amatucci Università degli studi di Napoli Federico II Scuola Politecnica e Delle Scienze di Base nicola.amatucci@unina.it

2 Programmazione C++ Parte 3

3 Da dove studiare? «Che C Serve», Capitolo 6 Da 6.1 a 6.7 Riferimento: Appendice B

4 Moduli (1/2) Un programma descrive un algoritmo che risolve un problema Per risolvere un problema possiamo utilizzare vari approcci Bottom-up, Top-down, Il problema viene quindi scomposto in sotto-problemi più piccoli che sono risolvibili tramite un algoritmo tipicamente più semplice o ben noto Si cerca di ridurre la complessità del sistema Si suddivide un algoritmo in moduli Componenti capaci di svolgere specifiche funzioni Autonomo e ben identificato Riusabile

5 Moduli (2/2) Ogni modulo implementa un algoritmo o una sua parte Ci interessa sapere cosa fa e come deve essere utilizzato Non ci interessa (necessariamente) sapere come è fatto dentro Molti moduli sono "chiusi", ovvero non è possibile vedere cosa fanno al loro interno (ad es. moduli a pagamento) Ogni modulo è identificato da un nome con cui può essere chiamato (o attivato) È come se diventasse una nuova istruzione del linguaggio in uso È fatto da istruzioni Ha degli ingressi e delle uscite Chi lo ha chiamato prende il nome di chiamante

6 Moduli e Funzioni Le funzioni in C/C++ sono sottoprogrammi Contenitori di frammenti di codice che implementano un algoritmo Richiamabili tramite un nome Una chiamata a funzione provoca l'esecuzione del codice in essa contenuto Alla funzione possono essere dati dei parametri di ingresso Una funzione può avere parametri di uscita Tali parametri sono ritornati al chiamante tramite l'istruzione return Se non li ha prende il nome di procedura

7 Vantaggi Sinteticità Il codice non viene duplicato I programmi diventano più brevi e di dimensioni "gestibili" Leggibilità Un algoritmo diviso in funzioni (chiamate in modo consono) diventa facilmente leggibile Scomposizione del problema La divisione in funzione permette di realizzare il programma in modo modulare, suddividendo il lavoro tra più persone Riuso È possibile usare funzioni scritte da altri, raccolte in librerie Non ci interessano i dettagli dell'algoritmo che implementano

8 Dichiarare una Funzione Per utilizzare una funzione ci servono Il suo nome Il tipo e l'ordine dei parametri in ingresso Il tipo di ritorno (se previsto) L'insieme di queste informazioni si definisce "firma" (o intestazione) della funzione tipo_restituito nome_funzione (tipo_ingresso1 nome_variabile_ingresso1, tipo_ingresso1 nome_variabile_ingresso2, )

9 Tipo Restituito Può essere un tipo di dato semplice o strutturato int, long, char[],struct Contatto, In caso la funzione non debba ritornare nulla, si dichiara che l'insieme di ritorno è "void" (ovvero vuoto) Il valore viene ritornato al chiamante tramite l'istruzione return Va specificato il valore o la variabile da ritornare In caso sia "void", basta la sola istruzione return

10 Nome Il nome di una funzione rispetta le convenzioni di cui abbiamo discusso per le variabili essere formati da lettere minuscole o maiuscole, numeri e underscore (_) cominciare con una lettera o un underscore non essere parole chiave del C++ Come per le variabili, maiuscole e minuscole sono differenti in C++ Ad es. «funzione1» è un nome diverso da «Funzione1»

11 Parametri Una funzione può avere degli input, ovvero i dati in ingresso del problema Tali input prendono il nome di parametri della funzione Distinguiamo tra parametri formali ed effettivi Formali Sono i parametri che la funzione utilizza al suo interno Sono variabili che esistono e possono essere utilizzati solo all'interno della funzione Effettivi Sono i parametri passati alla funzione dal chiamante Sono i valori su cui effettivamente opera l'algoritmo, copiato nelle variabili relative ai parametri formali

12 Parametri Formali ed Effettivi Non c'è bisogno che parametri effettivi e formali abbiano lo stesso nome Viene considerata la posizione del parametro all'interno della firma della funzione All'atto della chiamata Viene copiato il valore di ogni parametro effettivo nella rispettiva posizione di memoria relativa al parametro formale nella stessa posizione Prima dell'esecuzione, il compilatore controlla che i tipi di parametri formali ed effettivi coincidano Viene eseguito il codice della funzione Viene reso disponibile in memoria l'output della funzione (se previsto) Tipicamente lo si assegna ad una variabile o lo si usa in un'operazione

13 Esempi di firme di funzioni int potenza(int p, int esp) float somma(float a, float b) void stampa_somma(float a, float b) int leggi_intero()

14 int main(int argc, char** argv) Anche main, in cui siamo abituati a scrivere il nostro codice è una funzione È l'entry point del programma È la funzione da cui comincia l'esecuzione del programma Viene invocata dal sistema operativo direttamente Il valore ritornato prende il nome di "error code" e viene interpretato dal sistema operativo 0, tutto ok

15 Esempio Distanza tra due punti Calcolo della distanza tra due punti nel piano cartesiano (ipotenusa di un triangolo rettangolo)

16 Esempio Distanza tra due punti Vogliamo calcolare Per realizzare la funzione d(p 1,P 2 ) Dividiamo in sotto-problemi double radice_quadrata(double x) double quadrato(double x1, double x2) Avremo q1 = quadrato(x1, x2) q2 = quadrato(y1, y2) d = radice_quadrata( q1 + q2 )

17 Le librerie di funzioni Sono raccolte di funzioni che implementano risoluzione di sotto-problemi comuni algoritmi noti per la Ad es. calcolo della radice quadrata Alcune raccolte sono messe a disposizione con il compilatore Sono inclusi in file che vanno inclusi nel nostro programma con la direttiva #include Ad es. iostream Includendo la libreria "math.h" si ha la possibilità di utilizzare alcune funzioni che risolvono semplici problemi matematici Vedi "Appendice B" del libro "Che C serve?" In particolare, a noi serve la funzione con la firma double sqrt(double x)

18 Esempio Distanza tra due punti double quadrato(double x1, double x2) { double q = (x1*x1) + (x2*x2); return q; } double distanza(double x1, double x2, double y1, double y2) { double c; c = sqrt( quadrato(x1, x2), quadrato(y1,y2) ); return c; } int main() { } cout << distanza (3,3,4,4);

19 Esercizio 1 Scrivere il prototipo di una funzione che accetti in ingresso un numero intero e restituisca un valore che indichi se il numero in ingresso è un numero primo Si implementi poi tale funzione Si realizzi infine un programma chiamante che verifichi il corretto comportamento della funzione implementata Definizione di numero primo: un numero intero positivo è numero primo se è divisibile solo per 1 e per sé stesso

20 Esercizio 2 Utilizzando la funzione per la rivelazione dei numeri primi si realizzi una seconda funzione che, dato un numero intero dall utente, stampi tutti i numeri primi minori o uguali ad esso

21 Esercizio 3 Scrivere il prototipo di una funzione che accetti in ingresso tre interi e, interpretandoli come giorno, mese ed anno, restituisca un valore che indichi se la data specificata è una data valida. Si implementi poi la funzione. Si realizzi infine un programma chiamante (main) che verifichi il corretto comportamento della funzione

22 Il passaggio dei parametri I parametri effettivi in C++ sono nella maggior parte dei casi copiati all'interno delle variabili utilizzate all'interno della funzione Il parametro effettivo del chiamante non viene modificato all'interno della funzione Ad es. consideriamo la funzione void incrementa(int i) { i++; } Data la variabile "int numero = 1", se richiamiamo "incrementa(numero)", Il valore di i, inizialmente 1, diventerà invece 2 il valore numero rimarrà invariato È stato passato alla funzione solo il valore della variabile

23 Passaggio per valore Il passaggio dei parametri in C++, in assenza di esplicite direttive, avviene secondo la modalità detta per valore Questo significa che, all atto della chiamata di una funzione, il compilatore realizza unacopia dei parametri effettivi e la associa ai parametri formali La funzione lavora dunque su delle copie dei parametri effettivi localizzate in aree di memoria completamente diverse, e non sui parametri effettivi veri e propri Le copie vengono distrutte al termine della funzione: del loro valore, eventualmente alterato all interno della funzione, non resta traccia

24 Passaggio per valore Vantaggi: dal punto di vista del programma chiamante: il chiamante di una funzione può essere certo che i parametri ad essa passati non potranno essere alterati in seguito alla chiamata dal punto di vista della funzione: la funzione, se lo crede opportuno, può modificare i parametri a suo piacimento con la certezza che le modifiche non saranno visibili all esterno di essa Svantaggi: l occupazione di memoria risulta doppia rispetto al necessario il tempo per effettuare la copia dei parametri, specialmente nel caso in cui questi siano appartenenti a tipi strutturati di grosse dimensioni, può degradare le prestazioni di un programma

25 Passaggio per riferimento Non viene più passato il valore, ma il riferimento alla posizione di memoria della variabile (il suo indirizzo di memoria) Per richiedere questo tipo di passaggio, bisogna aggiungere il carattere & tra il tipo ed il nome del parametro in questione void incrementa(int &i) { i++; }

26 Passaggio per riferimento Vantaggi: il passaggio è più efficiente dal momento che, a prescindere dalle dimensioni del dato, quello che deve essere passato è sempre e solo un indirizzo di memoria Svantaggi: si perde il meccanismo di protezione garantito dal passaggio dei parametri per valore

27 Valore o riferimento? Parametri di ingresso parametri di ingresso, se ai fini della corretta esecuzione della funzione è sufficiente, per la funzione stessa, esclusivamente leggere il loro valore; Passati per valore Ad es. bool numero_pari(int n) Parametri di ingresso/uscita parametri di ingresso-uscita, se il loro valore all ingresso della funzione è significativo ai fini della elaborazione che essa realizza ma vengono anche alterati per convogliare informazioni verso il chiamante; Passati per riferiemento Ad es. void incrementa(int &n) Parametri di uscita parametri di uscita, se essi rappresentano esclusivamente un supporto per convogliare informazioni verso l esterno della funzione; Passati per riferimento Ad es. void giorno_oggi(int &giorno)

28 Il passaggio di parametri const Problema È necessario passare un dato di grosse dimensioni conservando l efficienza e proteggendolo comunque da modifiche indesiderate Soluzione Durante lo scambio dei parametri, se si fa anticipare al tipo del parametro la keyword const, si impedisce del tutto alla funzione di modificare il parametro all interno di essa Nel caso di passaggio per riferimento, la clausola const risolve il problema di modifiche indesiderate ai parametri, consentendo contemporaneamente di sfruttare l efficienza intrinseca di questa modalità

29 Passaggio di Array Dato un array "int vettore[10]", se stampiamo la variabile "vettore", notiamo un valore insolito Viene stampata la posizione del primo elemento in memoria Quando passiamo un array ad una funzione, viene copiato questo indirizzo per valore Ma questo valore non è altro che un riferimento ad un array! La funzione lavorerà sull'area di memoria dell'array originale L'array originale non sarà protetto dalle modifiche Anteporre "const" ad un parametro di tipo array permette di evitare modifiche void stampa_vettore(const int vettore[10])

30 Passaggio di Array Un array monodimensionale può essere passato specificando o meno la sua dimensione void stampa_vettore(const int vettore[10]) void stampa_vettore(const int vettore[]) In entrambi i casi, conviene passare esplicitamente anche il numero di elementi che effettivamente lo compongono, oppure usare un carattere terminatore (ad es. nelle stringhe) void stampa_vettore(const int vettore[], const int numero_elementi)

31 Passaggio di una Matrice Le matrici sono Array Valgono le considerazioni fatte per gli array Mentre per un array monodimensionale possiamo omettere la dimensione, per una matrice deve essere specificata la seconda dimensione (ovvero le colonne) void stampa(int m[][10]) Questo dipende dal fatto che il C++ deve necessariamente conoscere quante "celle di memoria" occupa una riga

32 Riepilogo Nel prototipo Modalità di passaggio Quando si usa Note int n Passaggio per valore Parametro in ingresso Le modifiche non sono propagate all'esterno const int n Passaggio const per valore Parametro in ingresso Le modifiche non sono propagate all'esterno int &n Passaggio per riferimento Parametro di uscita o di ingresso/uscita const struct Contatto c Passaggio per riferimento Parametro di ingresso di grosse dimensioni int v[] Passaggio per riferimento di un vettore const int v[] Passaggio const per riferimento di un vettore Vettore di uscita o ingresso/uscita Vettore di ingresso Le modifiche sono propagate all'esterno Non può essere modificato Viene copiato il puntatore al vettore e non il vettore. Le modifiche si propagano. Il vettore non può essere modificato

33 Esercizi Scrivere il prototipo di una funzione che realizzi il prodotto scalare di due vettori Scrivere il prototipo di una funzione che calcoli la media dei componenti di un vettore Scrivere il prototipo di una funzione che calcoli il minimo di un vettore Scrivere il prototipo di una funzione che realizzi il concatenamento di due vettori Implementare le funzioni summenzionate ed i rispettivi main per il testing

34 Esercizi Implementare le seguenti funzioni ed i rispettivi programmi di testing: void calcolamodulo(float PReale, float PImmag, float& Modulo); float calcolamodulo(float PReale, float Pimmag); float calcolamodulo( const NumeroComplesso& n); Dove NumeroComplesso è un tipo strutturato composto dai campi P_reale e P_immaginaria int quantianniha(const Persona& p); e void stampanome(const Persona& p); Dove Persona è un tipo strutturato composto dai campi Nome ed Età