Informatica I. Ingegneria Medica. Prof. Diego Salamon

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1 Informatica I Ingegneria Medica Prof. Diego Salamon

2 Introduzione ai linguaggi Un elaboratore è un insieme di risorse tra loro coordinate. Perché utilizzare un elaboratore? Dato di Fatto : Esiste un problema Voglio automatizzare il metodo risolutivo La struttura del metodo risolutivo è strettamente legata al modo con cui le informazione a disposizioni sono organizzate. Se vogliamo automatizzare la soluzione dobbiamo rappresentare le informazioni e il metodo risolutivo in un linguaggio comprensibile dallo strumento di calcolo.

3 Introduzione ai linguaggi Il nostro obiettivo è progettare metodi risolutivi (Algoritmi) e descriverli in un linguaggio comprensibile dall elaboratore (linguaggio di programmazione) Problema Algoritmo Programma

4 Introduzione agli algoritmi La rappresentazione dell algoritmo che risolve il problema può essere fatto in diversi modi o linguaggi. FlowChart (Diagramma di Flusso) Notazione UML Un Linguaggio di programmazione processo decisione terminatore documento FlowChart UML Use Cases Diagram Linguaggio di Programmazione

5 Introduzione ai linguaggi Il livello di astrazione del linguaggio deve essere tale da permettere a chi lo usa un agevole implementazione dell algoritmo senza che si debba occupare di problemi legati al livello sottostante. Ogni linguaggio deve essere preciso e non ambiguo. Due componenti fondamentali: Sintassi: regole che devono essere rispettate nella costruzione delle frasi Semantica: il significato associato alla singola frase

6 Il Linguaggio : la sintassi Def Δ : Dato un insieme definito e non vuoto V si definisce universo linguistico su V e si indica con V* l insieme delle sequenze finite di lunghezza arbitraria di elementi di V. L insieme V è in genere detto Alfabeto Gli elementi di V sono detto simboli Gli elementi di V* sono dette stringhe o frasi

7 Il Linguaggio la sintassi Def Δ : un linguaggio L su un alfabeto V è un sottoinsieme di V* Sebbene V sia finito, V* non lo è; esso è numerabile e i sottoinsieme di V* sono non numerabili Nel considerare i linguaggi di programmazione non siamo interessati a tutti i sottoinsiemi di V* ma solo quelli numerabili in maniera finita.

8 Il Linguaggio : la sintassi Def Δ : una grammatica o sintassi G è definita da: V, un alfabeto di simboli terminali N, un alfabeto di simboli non terminali S є N detto assioma o simbolo iniziale t.c. V N=Ø P, un insieme finito di regole sintattiche del tipo X a dove X є N e a є (N U V)* Gli alfabeti terminale e non terminale sono disgiunti

9 Il Linguaggio: la sintassi Def Δ : data una grammatica G e due stringhe β, γ є(n U V)* si dice che γ deriva direttamente da β in G e si scrive β γse le stringhe si possono decomporre in β= η A δ, γ= η αδcon A є N; α, η, δ є(n U V)* ed esiste la regola sintattica A αєp Def Δ :Data una grammatica G e due stringhe β, γ є(n U V)* si dice che γ deriva direttamente da β se esiste un n>=0 t.c. β 0 n β n e β 0 = β, β n = γ Def Δ : Data una grammatica G dicesi linguaggio generato da G e si indica con Lg l insieme delle frasi di V* derivabili a partire dall assioma S. Def Δ : un linguaggio di programmazione L su un alfabeto V è un sottoinsieme di V* per cui esiste una grammatica G, tale che L=Lg

10 Il Linguaggio La semantica Per definire la sintassi di un programma abbiamo visto un solo modo Per definire la semantica di un linguaggio esistono almeno due modi: Metodo operazionale Metodo denotazionale Funzionale Relazionale o assiomatico

11 Il Linguaggio : la semantica Metodo operazionale: Una semantica operazionale viene definita quando definiamo una macchina astratta (modello astratto di calcolatore, macchina virtuale)e definiamo come l esecuzione delle varie istruzioni del linguaggio viene condotta su tale macchina. La configurazione istantanea della macchina astratta viene descritta mediante uno stato ; la semantica di ciascun costrutto del linguaggio consiste nella descrizione di una transizione di stato, cioè come la macchina passa da uno stato ad uno successivo per effetto dell esecuzione del costrutto stesso. Il Significato del programma è definito dal comportamento della macchina astratta per effetto dell esecuzione del programma cioè dalla sequenza di stati che la macchina astratta assume. Ovviamente la sequenza di stati si dirà finita se l esecuzione del programma termina.

12 Il Linguaggio : la semantica Metodo operazionale Esempio di semantica di un istruzione condizionale: IF (condizione) azione1 ELSE azione2 La semantica dell istruzione condizionale a partire da uno stato s consiste nella transizione M: la transizione determinata da azione1 a partire dallo stato s oppure la transizione determinata da azione2 a partire dallo stato s, a seconda che il valore di condizione, valutato in s, sia vero o falso rispettivamente

13 Il Linguaggio : la semantica Metodo operazionale Con questo approccio alla semantica dei linguaggi di programmazione, il significato di un programma P su un input dato, consiste nella sequenza(finita o infinita)di transizioni determinata sulla macchina astratta M dalla esecuzione delle varie istruzioni che compongono P a partire dallo stato iniziale s

14 Il Linguaggio : la semantica Metodo Denotazionale In questo caso adottare il metodo denotazionale per la definizione di una semantica dei linguaggi di programmazione significa fornire un metodo rigoroso per associare ad ogni programma del linguaggio l oggetto matematico ad esso denotato. Come detto esistono due metodi per la definizione della semantica denotazionale Metodo funzionale Metodo relazionale

15 Il Linguaggio : la semantica Metodo Denotazionale Funzionale Ad ogni programma viene associata la funzione da esso calcolata In tale definizione la semantica risulta essere un insieme di equazioni funzionali. La semantica del linguaggio è la funzione risultato dell applicazione di tali equazioni al programma stesso,

16 Il Linguaggio : la semantica Metodo Denotazionale Relazionale Ad ogni programma viene associata la relazione da esso calcolata In questo caso esiste una relazione tra i dati di ingresso e quelli di uscita; tale relazione viene espressa tramite due predicati: se il primo precondizione è vero sui dati di ingresso e se il programma termina su questi dati allora il secondo predicato (postcondizione) è vero sui dati di uscita. Con questo metodo definire la semantica denotazionale consiste nel definire come le precondizione e le postcondizioni siano correlate per ciascuna istruzione del linguaggio e dove la precondizione descrive la memoria prima dell esecuzione della precondizione e la postcondizione descrive la memoria dopo l esecuzione.

17 Il linguaggio Java

18 Il Linguaggio Java Cosa non è Java: NON è un linguaggio per animare il Web NON è una versione ridotta del C++ NON è Javascript Cosa è Java Un linguaggio di programmazione Object Oriented Orientato alla programmazione di applicazioni network-centric

19 Genealogia

20 Linguaggio Java: Storia 1991: viene sviluppato dal Green Group (SUN) Nome originale: OAK Obiettivo originale: sviluppo sw per elettronica di consumo 1995: SUN annuncia formalmente Java Il target cambia dagli elettrodomestici al Web 1997: più di 600 applicazioni commerciali basate su Jav 1999: SUN annuncia 3 edizioni di Java J2SE: Java 2 Standard Edition (nucleo base) J2EE: Java 2 Enterprise Edition (applicazioni enterprise) J2ME: Java 2 Micro Edition (smart card, palmari, cellulari )

21 Linguaggio Java: Storia 2000-oggi: Si afferma come tecnologia leader per lo sviluppo di applicazioni Enterprise I più grandi vendor producono piattaforme per applicazioni enterprise compatibili J2EE Società ed Enti Pubblici adottano Java per lo sviluppo di sistemi informativi di grandi dimensioni 2000-Oggi: Si afferma come tecnologia leader per il pervasive computing I più grandi vendor di cellulari e palmari adottano la tecnologia J2ME Il futuro Elaborazione: Grid computing (OGSI,OGSA) Comunicazione: Interoperabilità, Connettività

22 Java: Principali campi di applicazione J2EE J2ME J2SE Web-based applications: Content Management, Document Management, Customer Relationship Management (CRM), Sales Force Management (SFM), Service Request Management (SRM) Enterprise applications: sistemi gestionali, Enterp Resource Planning (ERP), Supply Chain Management (SCM) EAI: Enterprise Application Integration (Web Serv XML) Pervasive computing: cellulari, dispositivi portatili navigatori satellitari, wireless, smart card GUI: Graphical User Interface

23 Java: Principali campi di applicazione Applicazioni Real-Time: sistemi di controllo, applicazioni scientifiche (meteorologia, analisi dati da satelliti ) Applicazioni Cpu-Bound: image processing, DSP (digital signal processing), ray tracing, multimedia players, encoders, decoders Sistemi Operativi Sistemi Critici: controllo del traffico aereo, sistemi di controllo di centrali, biotecnologie

24 Sviluppare in Java J2EE EJB Servlet J2ME Mobile Media Java Card XML Wireless J2SE CLDC SDK J2SE JRE JRE: Java Runtime Environment per eseguire applicazioni Java SDK: Software Development Kit per sviluppare applicazioni Java contiene il JRE

25 Java: SDK e JRE

26 Java: Caratteristiche Semplice Sicuro Portabile Object Oriented Robusto Indipendente dall architettura Interpretato Con prestazioni elevate Distribuito Economico Multithreaded

27 Java:semplice Bassa curva di apprendimento Concepito per incrementare la produttività Sintassi simile a C e C++ Elimina i costrutti più "pericolosi" di C e C++ aritmetica dei puntatori preprocessore (#define) (de)allocazione esplicita della memoria

28 Object Oriented e Multithreaded Nasce come linguaggio Object Oriented puro Ogni cosa è un oggetto tranne i tipi semplici (es. interi), considerati come non-oggetti a prestazioni elevate Pragmatico: il modello a oggetti è semplice ed estendibile Multithreaded Fornisce un modello per la programmazione concorrente Rimane Orientato agli oggetti

29 Java: Robusto Rilevamento errori e typechecking a tempo di compilazione e di esecuzione Mascheramento dei puntatori all'utente Controllo automatico degli indici degli array Gestione delle eccezioni da parte dell'utente Gestione della memoria GC (Garbage Collector): libera automaticamente la memoria inutilizzata Allocazione automatica

30 Java : Distribuito e Portabile Fornisce funzioni per: L accesso alla rete (TCP/IP) Invocazione di metodi remoti (RMI) Web Services Il compilatore produce codice di tipo byte-code interpretato da una virtual-machine e indipendente dall architettura HW Lo stesso codice gira su piattaforme Unix, Microsoft e Macintosh ed altro

31 Java: Interpretato Interfacce Classi astratte Classi Codice Sorgente Compilazione file.java La JVM nasconde le caratteristiche peculiari dell hardware e del sistema operativo ByteCode file.class Esecuzione JAVA VIRTUAL MACHINE Windows Unix/Linux MacOS Lo stesso codice oggetto può essere eseguito su tutte le piattaforme per le quali venga fornita la JVM

32 Il processo di compilazione Dal codice sorgente al programma in esecuzione

33 Java : sicuro Il sistema run-time Java emula una macchina virtuale che interpreta il bytecode Possibilità di impedire l esecuzione di istruzioni pericolose Introduzione delle Applet per rendere sicuri programmi scaricati da Internet

34 Java : economico Software e documentazione on-line: java.sun.com Snippets Applet, Servlet

35 Tool di Sviluppo e il primo programma

36 La struttura di un programma Java Un programma Java è costituito da una o più classi Ogni classe risiede in un file che ha lo stesso nome della classe ed estensione.java Deve esistere almeno una classe che ha il nome del programma ed un metodo speciale chiamato main. Questo è il primo metodo che viene eseguito quando si esegue il programma.

37 La struttura di un programma Java Programma Classe1 Classe2 Classe3 Programma Classe principale con metodo main

38 Il programma HelloWorld File: HelloWorld.java public class HelloWorld{ public static void main (String args[]){ System.out.println( Hello ); } }

39 JAVA - Tool di sviluppo SDK + editor (notepad,..) IDE: Integrated Development Environment BlueJ: didattico, freeware, Eclipse: nato da un progetto OpenSource di IBM, freeware netbean: fornito con JDK, freeware IBM Rational XDE: IBM, commerciale JBuilder: Borland, commerciale Modellatori/Generatori di Codice (Rational XDE, Advantage Joe,..)

40 Installazione SDK Scaricare l ultima versione del SDK da: Eseguire il programma di installazione:

41 Configurazione SDK Inserire nel PATH: <jsdk directory>/bin

42 Sviluppo con SDK Utilizzo di notepad

43 Compilazione con SDK Compilazione La compilazione crea il file.class Compilazione del file.java

44 Esecuzione con SDK Esecuzione

45 Sintesi Per compilare ed eseguire il programma HelloWorld.java : C:\Sorgenti\HelloWorld\javac HelloWorld.java C:\Sorgenti\HelloWorld \java HelloWorld Hello C:\Sorgenti\HelloWorld

46 Configurazione BlueJ Selezionare la Java Virtual Machine Start -> Programmi -> BlueJ -> SelectVM

47 Creazione di un progetto con BlueJ Creazione del Progetto: New Project

48 Creazione di una classe con BlueJ Creazione di una classe: New Class

49 Creazione di una classe con BlueJ Creazione di una classe: New Class

50 Compilazione con BlueJ Compilazione di una classe: Compile

51 Esecuzione con BlueJ Esecuzione di HelloWorld: void main(args)

52 Installazione Eclipse Scaricare e unzippare l ultima versione di Eclipse da: Eseguire eclipse.exe Impostare il workspace

53 Creazione di un progetto con Eclipse Creare un nuovo progetto di tipo Java Project Inserire il nome del progetto (HelloWorld) e proseguire nel wizard (next, next,...)

54 Creazione di una classe con Eclipse File -> New -> Class

55 Creazione di una classe con Eclipse Specificare il nome della classe e impostare il check box per la creazione del metodo main