Introduzione al C. Unità 1. Corso di Laboratorio di Informatica Ingegneria Clinica BCLR. Domenico Daniele Bloisi

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1 Corso di Ingegneria Clinica BCLR Domenico Daniele Bloisi

2 Docente Ing. Domenico Daniele Bloisi, PhD Ricercatore Dipartimento di Ingegneria Informatica, Automatica e Gestionale Antonio Ruberti Via Ariosto 25 (adiacente Piazza Dante, Manzoni Tram 3 fermata via Labicana) bloisi@dis.uniroma1.it home page: Pagina 2

3 Ricevimento In aula, subito dopo le lezioni Su appuntamento (tramite invio di una ) presso: Dipartimento di Ingegneria Informatica, Automatica e Gestionale Antonio Ruberti, via Ariosto 25 - II piano, stanza A209 Si invitano gli studenti a controllare regolarmente la bacheca degli avvisi Pagina 3

4 Orari Lunedì Aula 4, via del Castro Laurenziano 7A Martedì Aula 15, Laboratorio Didattico via Tiburtina 205 Mercoledì Aula 4, via via del Castro Laurenziano 7A Pagina 4

5 Programma Preliminare Concetti introduttivi. Algoritmo, variabili, identificatori simbolici, parole chiave, standard input e standard output, esecuzione di programmi C su macchine reali, compilazione, ambiente gcc. Struttura sintattica di un programma C. Istruzione di assegnamento, istruzioni di ingresso/uscita, istruzioni composte, condizioni, strutture iterative (for, while, do...while). Parte dichiarativa, dichiarazione di variabili, dichiarazione di costanti, direttive del preprocessore, istruzioni printf e scanf con relative specifiche di conversione. Tipo di dato. Tipi semplici predefiniti del C, tipo int, tipo float, tipo char, valutazione delle espressioni booleane. Puntatori, aritmetica dei puntatori, operatori aritmetici, operatori logici, operatori di incremento/decremento. Funzioni. Il concetto di sottoprogramma, definizione delle funzioni, parametri formali, passaggio di parametri per valore e per riferimento, i blocchi, visibilità (scope) degli identificatori, ciclo di vita delle variabili, passaggio di parametri di tipo array. Strutture dati dinamiche. Allocazione e cancellazione della memoria: malloc, e free, allocazione dinamica di array Gestione dei File in C. Apertura di un file in C, lettura e scrittura formattata su file (fprintf,fscanf), lettura e scrittura di caratteri e righe su file, chiusura di un file, gestione degli errori e fine file. Pagina 5

6 Materiale didattico Libro di testo: P. J. Dietel e H. M. Dietel C Corso completo di programmazione 4 a edizione, Apogeo In alternativa, può essere utilizzato un qualsiasi altro testo di introduzione al linguaggio C. Le slide delle lezioni si trovano nel diario delle lezioni: Pagina 6

7 Modalità di esame L'esame si svolge presso il laboratorio didattico di via Tiburtina 205 e ha la durata di 120 minuti. La prova prevede due parti: 1. Prima parte AL CALCOLATORE, in cui lo studente dovrà svolgere 2 esercizi di programmazione in C, di tipologia simile a quelli affrontati durante le esercitazioni (punteggio massimo 16 punti); 2. Seconda parte SU CARTA, in cui lo studente dovrà rispondere a 2 domande su argomenti trattati durante il corso (punteggio massimo 14 punti). Maggiori dettagli: Pagina 7

8 Unità didattiche Il corso prevede 9 unità didattiche : introduzione al linguaggio C e funzione main Unità 2: variabili e tipi di dato Unità 3: istruzioni condizionali Unità 4: istruzioni di ciclo Unità 5: funzioni Unità 6: puntatori Unità 7: array e matrici Unità 8: stringhe e file Unità 9: direttive del preprocessore Pagina 8

9 Obiettivi del corso Imparare i concetti di algoritmo e programma Imparare a risolvere problemi in modo algoritmico Imparare a tradurre un algoritmo in programma Imparare a scrivere programmi in linguaggio C Pagina 9

10 Sommario : Introduzione Architettura dei calcolatori Linguaggi di programmazione Programmi = dati + operazioni Primo programma C Scrittura, compilazione, esecuzione di un programma Errori nei programmi Invocazione di funzioni Pagina 10

11 Come è fatto un calcolatore? Hardware Processore Memoria Periferiche Funzionamento Esegue istruzioni elementari Esegue istruzioni molto velocemente Deve essere programmato: il software, cioè i programmi, caratterizzano il compito che esso svolge Pagina 11

12 Componenti di un calcolatore Pagina 12

13 Schema di un calcolatore Tastiera, Mouse, Stampante, Modem Porte I/O Controller dischi Hard disk, CD/ROM, DVD CPU Scheda video Monitor Memoria Scheda audio Casse, Microfono bus Scheda rete Altro PC, Internet Pagina 13

14 Architettura di Von Neumann Pagina 14

15 Linguaggi di programmazione Linguaggio macchina Linguaggio assemblativo (Assembler) iload intrate bipush 100 if icmpgt interror Linguaggi ad alto livello if (intrate > 100)... Pagina 15

16 Gerarchia di astrazioni Programma applicativo Linguaggio di programmazione Linguaggio assembly (assemblativo) Kernel di sistema operativo Linguaggio macchina Microprogramma Logica digitale alto livello di astrazione basso Pagina 16

17 Linguaggio di Programmazione Un linguaggio di programmazione contiene un insieme di istruzioni che indicano al calcolatore cosa fare. Le istruzioni hanno una sintassi e una semantica ben determinata. Esempi: C (studiato in questo corso), Python, Java, Prolog, Lisp. La traduzione verso il basso può avvenire tramite un compilatore. Pagina 17

18 Sintassi e Semantica SINTASSI Insieme delle regole che specificano come scrivere un programma formalmente corretto. Come in italiano, è possibile scrivere un testo formalmente corretto, ma senza alcun significato. SEMANTICA Regole per attribuire un significato alle istruzioni e alla loro composizione, cioè ai programmi. Analogamente, l'italiano assegna un significato alle parole e una logica ai costrutti. Pagina 18

19 Programma I programmi caratterizzano i compiti che il calcolatore svolge. Un programma (indipendentemente dal linguaggio in cui è scritto) è costituito da due aspetti fondamentali: DATI rappresentazione delle informazioni relative al dominio di interesse. OPERAZIONI manipolazioni della rappresentazione che realizzano le funzionalità richieste. Pagina 19

20 Rappresentazione delle informazioni Le informazioni si rappresentano mediante tipi di dato. Un tipo di dato raccoglie informazioni dello stesso tipo (ad esempio, i numeri interi, i caratteri, le stringhe, ecc.). Nei linguaggi di programmazione ad alto livello esistono tipi di dato predefiniti ed è possibile definire tipi di dato per rappresentare informazioni di interesse specifiche per un applicazione (ad esempio, autovetture, persone, ecc.). Pagina 20

21 Classi di Dati Possono essere distinte due classi di dati 1. Semplici o primitivi Es. numeri interi, numeri reali, caratteri, Dipendono dal linguaggio 2. Complessi, definiti a partire dai dati primitivi Es. numeri immaginari, matrici, Possono sia dipendere dal linguaggio sia essere creati dal programmatore Pagina 21

22 Realizzazione delle operazioni In genere, si realizza un operazione quando deve essere risolto un problema. Problema (Specifica): dato un nominativo, trovare il corrispondente numero telefonico su un elenco telefonico. Per delegare ad un calcolatore la soluzione di un problema è necessario individuare un algoritmo che risolva il problema. Pagina 22

23 Algoritmo: definizione Algoritmo Procedimento risolutivo attraverso il quale si ottiene la soluzione a un problema, ovvero un insieme di passi che, eseguiti in ordine, permettono di calcolare i risultati a partire dalle informazioni date in ingresso. INPUT Informazioni in ingresso ALGORITMO Sequenza ordinata di passi OUTPUT Risultati generati Pagina 23

24 Algoritmo: proprietà Un algoritmo è caratterizzato da: non ambiguità: le istruzioni devono essere univocamente interpretabili dall esecutore eseguibilità: ogni istruzione deve poter essere eseguita (in tempo finito) con le risorse a disposizione finitezza: l esecuzione dell algoritmo deve terminare in tempo finito per ogni insieme di dati in ingresso Pagina 24

25 Algoritmo: esempio Problema (Specifica): dato un nominativo, trovare il corrispondente numero telefonico su un elenco telefonico. Algoritmo: scandire sequenzialmente i nominativi presenti nell elenco fino a trovare quello cercato, quindi restituire il numero di telefono associato al nominativo. È un buon algoritmo per risolvere il problema? Pagina 25

26 Codifica Una volta individuato l algoritmo, questo va codificato nel linguaggio di programmazione prescelto. Pagina 26

27 Compilazione Un compilatore è un programma traduttore, impiegato per produrre codice oggetto (in linguaggio macchina) a partire da codice sorgente scritto in un dato linguaggio di programmazione di livello più alto. Questo processo si chiama compilazione. int main () Pagina 27

28 Paradigmi di Programmazione (1/2) Esistono differenti paradigmi di programmazione che si distinguono per l enfasi che pongono sui due aspetti fondamentali: dati (oggetti) e operazioni. I paradigmi di programmazione principali sono: 1. IMPERATIVO: enfasi sulle operazioni intese come azioni, comandi, istruzioni che cambiano lo stato dell elaborazione. Gli oggetti sono funzionali alla elaborazione. 2. FUNZIONALE: enfasi sulle operazioni intese come funzioni che calcolano risultati. Gli oggetti sono funzionali alla elaborazione. 3. ORIENTATO AGLI OGGETTI: enfasi sugli oggetti che complessivamente rappresentano il dominio di interesse. Le operazioni sono funzionali alla rappresentazione. Pagina 28

29 Paradigmi di Programmazione (2/2) In genere, in un programma sono utilizzati più paradigmi di programmazione. Quindi i linguaggi di programmazione forniscono supporto (in misura diversa) per i vari paradigmi. Pagina 29

30 Il linguaggio C Il C è un linguaggio di programmazione ad alto livello, che supporta i paradigmi imperativo e funzionale. Assembler C Lisp Lisp puro Linguaggio imperativo puro Linguaggio funzionale puro Pagina 30

31 Mini storia del C Il C nasce dall'idea di avere un linguaggio ad alto livello che permettesse di scrivere in modo efficiente un sistema operativo Ken Thompson nel 1969 si ispirò a due linguaggi esistenti CPL e BCPL e creò il linguaggio "B", ancora troppo poco efficiente per scrivere un sistema operativo Un suo collaboratore, Dennis Ritchie, nel 1972, migliorò il "B" tramite vari passaggi, arrivando ad una nuova versione: "C", con il quale fu quasi interamente riscritto il sistema operativo UNIX per il PDP-11, con tempi inaspettatamente brevi Il successo ottenuto spinse Thompson, Ritchie e Kernighan ad utilizzare il C per scrivere il sistema operativo di altre Macchine. Da quel momento C ed UNIX rimangono legati indissolubilmente Il C subisce un lungo processo di standardizzazione che si concretizza nello standard: ISO/IEC Pagina 31

32 Perché il C? Molto vicino alla struttura di un calcolatore Può maneggiare attività di basso livello (Esplicita manipolazione di byte ed indirizzi) Ha strutture di alto livello Punto di partenza per linguaggi object oriented, quali C++ e Java Permette di generare programmi molto efficienti Pagina 32

33 Iniziamo a programmare Cosa occorre: Carta e Penna (per preparare l'algoritmo) Un Editor di Testo Un compilatore Ambiente di Sviluppo Integrato IDE (per codificare l'algoritmo) Pagina 33

34 Configurazione supportata durante il corso Editor di testo: Notepad++ ( Editor guidato dalla sintassi (colorazione, indentazione, etc...) Oltre al C supporta molti altri linguaggi (ad es. Java) Compilatore: gcc Disponibile su diverse piattaforme (Windows, Linux, Mac) Istruzioni per l installazione Pagina 34

35 Il primo programma C #include <stdio.h> int main() { printf("il mio primo programma C."); return 0; } Pagina 35

36 Istruzioni del programma Il programma è costituito da una serie di istruzioni o direttive per il compilatore. Le istruzioni hanno il seguente significato: #include <stdio.h> direttiva per includere la definizione di funzioni e variabili predefinite nel linguaggio e relativi e alla gestione dell input/output (I/O). int main() {... } definizione della funzione main che racchiude il programma principale. Ogni programma C deve contenere una e una sola funzione main(). Pagina 36

37 Istruzioni del programma printf("il mio primo programma C."); istruzione di stampa su video della frase Il mio primo programma C. L'istruzione printf è una funzione C che visualizza a schermo ciò che viene passato ad essa come argomento. return 0; istruzione che termina l esecuzione della funzione main e restituisce il risultato 0. Nota: il C è case-sensitive, cioè distingue tra caratteri minuscoli e caratteri maiuscoli. es. printf è diverso da Printf Pagina 37

38 Scrivere, compilare ed eseguire un programma C 1. SCRITTURA Si scrive il programma usando un editor di testo Il programma viene salvato sul computer in un file 2. COMPILAZIONE Il file contenete il programma viene consegnato al compilatore Se il compilatore non rileva errori sintattici, genera un file eseguibile contenete la traduzione del programma Altrimenti, il compilatore segnala gli errori e termina 3. ESECUZIONE Il file eseguibile viene mandato in esecuzione (anche più volte, senza doverlo ricompilare) Pagina 38

39 Scrittura del programma La preparazione del testo di un programma comporta la scrittura di un file di testo contenente il programma.per un programma C il nome del file deve essere: <nome>.c dove: <nome> denota il nome del file contenente il testo del programma, ad esempio primo.c c è l estensione che indica che il file contiene un programma C. La scrittura di un programma può essere effettuata con qualsiasi programma che consenta la scrittura di un testo (editor). Es. Edit, Notepad, Vim, Notepad++, Emacs,... Attenzione: Il formato di salvataggio deve essere quello di testo non formattato (ad esempio, un file.doc non va bene!) Pagina 39

40 Scrittura in Notepad++ È consigliabile rendere visibile l'estensione dei file nel sistema operativo, per evitare di creare file del tipo primo.c.txt Pagina 40

41 Compilazione del Programma L interazione con il compilatore gcc avviene dando il comando in modo diretto, cioè non tramite l interfaccia grafica Pagina 41

42 Esecuzione del programma Pagina 42

43 Compilazione ed Esecuzione Se il processo di compilazione è corretto, il compilatore non stampa alcuna informazione, altrimenti stampa dei messaggi di errore. Pagina 43

44 Il ciclo Edita-Compila-Verifica SI begin Scrittura programma Compilazione programma Errori di compilazione? SI Errori di esecuzione? Verifica programma NO NO end Pagina 44

45 Secondo Programma in C #include <stdio.h> int main() { printf("il mio secondo programma C\n"); printf("... e ne seguiranno molti.\n"); return 0; } La sequenza di due istruzioni comporta l esecuzione delle due istruzioni nell ordine in cui sono scritte. \n indica di andare a capo (new line). Pagina 45

46 Errori Il seguente programma contiene diversi errori. #include <stdio.h> int main () { printf("i miei primi errori in C...\n") Printf("...e non saranno gli ultm!!!\n"); return 0; } Tipi di errori: Sintassi Semantica Logica Pagina 46

47 Errori di Sintassi Errori dovuti alla violazione delle regole sintattiche del linguaggio. Esempio: printf("i miei primi errori in C...\n") manca il ; Questi errori sono individuati dal compilatore. >gcc -o errori errori.c errori.c: In function 'main': errori.c:18:4: error: expected ';' before 'Printf' > Pagina 47

48 Errori Semantici Errori dovuti alla impossibilità di assegnare un significato ad un istruzione. Esempio: Printf("...e non saranno gli ultm!!!\n"); errore di battitura nella funzione printf Questi errori a volte sono individuati dal compilatore (errori di semantica statica), altre volte sono individuati a tempo di esecuzione (errori di semantica dinamica). >gcc -o errori errori.c >errori.c: undefined reference to Printf > Pagina 48

49 Errori Logici Errori relativi alle funzionalità realizzate dal programma (differenti da quelle desiderate). Esempio: "...e non saranno gli ultm!!!", la stringa da stampare non è corretta. Questi errori possono essere individuati solo analizzando o eseguendo test di verifica del programma. >gcc -o errori errori.c >errori I miei primi errori in C......e non saranno gli ultm!!! > Pagina 49

50 Programma Corretto #include <stdio.h> int main () { printf("i miei primi errori in C...\n"); printf("...e non saranno gli ultimi!!!\n"); return 0; } Pagina 50