Fondamenti di Informatica 9. Esercitazione in linguaggio C

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1 Esercitazione in linguaggio C Fondamenti di Informatica 9. Esercitazione in linguaggio C Lo sviluppo dei programmi Compilazione dei file sorgente, link e caricamento La libreria di run time L ambiente IDE C Language Corso di Laurea in Ingegneria Civile A.A Semestre Prof. Giovanni Pascoschi 2 Lo sviluppo dei programmi #1 Lo sviluppo dei programmi #2 Ridefinizione del problema Definizione del problema Progettazione di un algoritmo Preparazione dei file sorgente Compilazione dei file sorgente Link dei file oggetto Lo sviluppo dei programmi si compone di tre fasi fondamentali: Analisi Descrizione del problema e definizione di un algoritmo di risoluzione Programmazione Sviluppo del software: Preparazione di ciascun file sorgente, mediante un editor Compilazione di ogni file sorgente, per produrre i file oggetto Link dei file oggetto, per produrre un programma eseguibile Messa a punto e test del programma eseguibile Fasi dello sviluppo di un programma Caricamento in memoria ed esecuzione del programma sulla particolare istanza del problema da risolvere 3 4

2 Lo sviluppo dei programmi #3 La compilazione dei file sorgenti File sorgente File oggetto File sorgente File oggetto File sorgente Compilazione Compilazione Compilazione File oggetto File sorgente Compilazione File oggetto Al termine della fase di progettazione, deve essere individuato un insieme di routine, chiamate funzioni, ognuna delle quali risolve una piccola parte del problema di programmazione La fase successiva è la stesura del codice per ogni funzione, mediante la creazione e la scrittura di file di testo in linguaggio C, che prendono il nome di file sorgente Link Libreria di run-time Il compilatore ha il compito di tradurre il codice sorgente in codice macchina ed è esso stesso un programma (o un gruppo di programmi) che deve essere eseguito File eseguibile I codici sorgente ed oggetto possono essere suddivisi in più file, il codice eseguibile di un programma risiede in un unico file I dati in ingresso al compilatore sono costituiti dal codice sorgente, mentre in uscita viene prodotto il codice oggetto, che rappresenta una fase intermedia tra il codice sorgente ed il codice eseguibile 5 6 Il link ed il caricamento - 1 Il link ed il caricamento - 2 I file oggetto creati dal compilatore vengono trasformati in un unico file eseguibile mediante il programma di link Infatti, il linker, nel caso in cui la costruzione del programma oggetto richieda l unione di più moduli (compilati separatamente), provvede a collegarli formando un unico programma eseguibile Il linker provvede anche alla risoluzione dei riferimenti a funzioni e variabili definite altrove (ad es., in librerie standard o definite dall utente) Nonostante l operazione di link sia gestita automaticamente in alcuni sistemi operativi (per es., UNIX), il linker è un programma distinto dal compilatore: in alcuni ambienti il programma di link deve essere lanciato separatamente Infine, durante la fase di caricamento (o loading), il programma eseguibile viene caricato nella memoria principale; la maggior parte dei sistemi operativi carica automaticamente un programma quando viene digitato il nome (o cliccata l icona) di un file eseguibile 7 8

3 Ambiente di sviluppo IDE La libreria di run-time #1 L IDE (Integrated Development Environment) e l insieme dei programmi che, complessivamente, consentono la scrittura, la verifica e l esecuzione di nuovi programmi (fasi di sviluppo) Oltre a editor (per la scrittura dei file sorgente), compilatore, linker e loader, può includere un programma di rilevamento e correzione degli errori Debugger: consente di eseguire passo passo un programma, controllandone la correttezza, al fine di scoprire ed eliminare errori non rilevati in fase di compilazione (lessicali o sintattici) 9 Il set di istruzioni del C è molto limitato: le primitive più comunemente utilizzate (es. I/O, matematiche) sono contenute nelle librerie standard del C sotto forma di funzioni Ovvero, in C, molte operazioni vengono delegate alla libreria di run time, che contiene programmi di supporto Le funzioni sono divise in gruppi, quali I/O (comunicazione con le periferiche), gestione della memoria, operazioni matematiche e manipolazione di stringhe Per ogni gruppo di funzioni esiste un file sorgente, chiamato file header, contenente le informazioni necessarie per utilizzare le funzioni 10 La libreria di run-time #2 Riassumendo. I nomi dei file header terminano, per convenzione, con l estensione.h (ad es., stdio.h è il file header dello standard I/O) Per includere un file header in un programma, occorre inserire nel codice sorgente l istruzione #include <nomefile.h> Esempio: Per utilizzare printf(), che permette di visualizzare dati su terminale, è necessario inserire nel sorgente la linea di codice #include <stdio.h> Traduzione in linguaggio macchina Analisi (lessicale, grammaticale, contestuale) Trasformazione del programma sorgente in programma oggetto (forma più vicina al linguaggio macchina): Creazione della tabella dei simboli Ottimizzazioni (rimozione ripetizioni, eliminazione cicli, gestione registri, etc.) Collegamento Il codice oggetto così formato può ancora contenere simboli irrisolti e riferimenti esterni a programmi di servizio (librerie di run time) contiene indirizzi relativi Il linker collega i diversi moduli oggetto 11 12

4 Riassumendo. Visual C Express Edition Caricamento in memoria Il loader serve per caricare in memoria un programma rilocabile Nel caricamento vengono fissati tutti gli indirizzi relativi variabili, salti, etc. Vengono caricati anche i programmi di supporto, se necessari scaricare il Visual C Express Edition requisiti : S.O. Windows Server 2003; Windows 7/Vista; Windows XP circa 2 GByte liberi su disco indirizzo: 21db-43aa be78461ee0&DisplayLang=it in particolare scaricare il file vcsetup.exe includere anche la libreria MSDN non installare Sql Server seguire le istruzioni per l installazione registrare il prodotto (se entro 30g non si effettua registrazionepossibile disattivazione) IDE Ambiente di sviluppo Start-up Visual C Express Edition IDE - Integrated Development Environment e un Ambiente di Sviluppo Integrato che consente di creare in modo semplice progetti composti da molti file e di compilarli con un solo click semplifica l iter dello sviluppo eliminando la necessità di compiere operazioni ripetitive normalmente contiene un debugger grafico che consente di eseguire l applicazione passo-passo per vedere come si comporta (correzione degli errori) 15 16

5 Introduzione Visual C++ Soluzioni, Progetti, File sorgenti C++ In Visual C++ i programmi sviluppati hanno la seguente organizzazione File sorgenti (C++ source file) E un programma (estensione.c) in C che implementa un certo tipo di algoritmo per risolvere un determinato problema Progetti (Projects) Nel caso di sviluppo di programmi di medie dimensioni è necessario distribuire il codice su più di un file. In questi casi tutti i file che logicamente costituiscono un programma devono essere raggruppati insieme. Un progetto (project) è una cartella dove vengono conservati tutti i pezzi appartenenti a uno stesso programma. Soluzioni (Workspaces) Nello sviluppo di un grande progetto software potrebbe essere utile sviluppare un insieme di grossi programmi (ad es. un software per l elaborazione delle immagini avrà un programma per l acquisizione di immagini da scanner, uno per il ritocco delle immagini, uno per la costruzione di animazioni ecc.). La soluzione (workspace=spazio di lavoro) è il modo in cui il Visual C++ permette di raccogliere insieme piu progetti Creazione di un nuovo progetto Visual C++ Creazione di un soluzione (workspace) e un progetto che contengano il nostro programma sorgente Cliccare File, poi Nuovo, quindi Progetto Scegliere Progetto Console Win32 Scrivere il nome del progetto che si vuol creare Andare avanti e selezionare Progetto Vuoto e poi Fine N.B. Annotarsi il percorso di salvataggio del progetto, o in alternativa sceglierne uno nuovo, ad esempio C:\Progetti VC Creazione Progetti Visual C++ Introduzione Visual C++ Cliccare su File + Nuovo + Progetto Cliccare su File + Nuovo + Progetto Selezionare Progetto Console Win32 Selezionare Progetto Console Win32 Indicare il nome del progetto Indicare il nome del progetto 19 20

6 Introduzione Visual C++ Creazione/associazione file sorgente Inserimento di file sorgente nel progetto Questo passo è necessario prima della successiva Fase di compilazione e linking: Muovere il puntatore su File di origine Cliccare col pulsante destro del mouse Scegliere Aggiungi e Nuovo Elemento per creare un nuovo file sorgente Questo passo permette la creazione di un nuovo file che conterrà il codice sorgente del nostro programma Selezionare File di C (.c) Inserire il nome del file (preferibilmente lo stesso nome del progetto) con estensione.c e scegliere Aggiungi Selezionare Progetto Vuoto Selezionare Progetto Vuoto Creazione/associazione file sorgente Creazione/associazione file sorgente Selezionare Aggiungi Nuovo Elemento Selezionare Aggiungi Nuovo Elemento Selezionare File C++(.cpp) e indicare il nome del file con estensione.cpp Selezionare File C++(.cpp) e indicare il nome del file con estensione.cpp 23 24

7 Finestre Visual C++ Finestre Visual C++ Finestre dell ambiente VisualC++ L ambiente Visual C++ è suddiviso in tre finestre fondamentali: Editing window InfoViewing window Debugging window Editing Window Qui vengono scritti i programmi sorgenti in C. Funziona come un normale editor testuale e pertanto sono possibili le diverse operazioni di taglia, copia, incolla, cerca una parola o una frase ecc. Una caratteristica utile dell editor e il codice dei colori utilizzato per evidenziare le diverse parole chiavi di un comando C. Questo e importante perche permette di verificare che il comando non contenga errori di sintassi. InfoViewing window In questa finestra vengono visualizzati tutti i progetti aperti nel workspace corrente con i relativi file sorgenti Debugging window In questa finestra vengono visualizzati i risultati e gli eventuali errori di compilazione e di linking del programma. Cliccando su un errore segnalato l ambiente mostrerà la linea di codice che ha causato l errore. Di seguito verranno illustrati in breve i passi da compiere per creare un nuovo programma sorgente in C, compilarlo ed eseguirlo Finestre Visual C++ Edititing Window Edititing Window Qui vengono scritti I programmi sorgenti in C/C++. Funzio Qui vengono scritti I programmi sorgenti in C/C++. Funzio na come un normale editor testuale e pertanto sono na come un normale editor testuale e pertanto sono possibili le diverse operazioni di taglia, copia, incolla, possibili le diverse operazioni di taglia, copia, incolla, cerca una parola o una frase ecc. cerca una parola o una frase ecc. Una caratteristica utile dell editor editor è il codice dei colori Una caratteristica utile dell editor è il codice dei colori utilizzato per evidenziare le diverse parti di un comando utilizzato per evidenziare le diverse parti di un comando C/C++. Questo è importante perchè permette di verificare C/C++. Questo è importante perchè permette di verificare che il comando non contenga errori di sintassi. che il comando non contenga errori di sintassi. Salvataggio del progetto/files sorgenti Salvare un progetto e/o i files sorgenti all interno dello spazio di lavoro del progetto Dopo aver editato il programma è necessario salvare il progetto con l apposito comando Save InfoViewing window InfoViewing window In questa finestra vengono visualizzati tutti I progetti In questa finestra vengono visualizzati tutti I progetti aperti nella soluzione corrente con I relativi file sorgenti. aperti nella soluzione corrente con I relativi file sorgenti. Debugging window Debugging window In questa finestra vengono visualizzati I risultati e gli In questa finestra vengono visualizzati I risultati e gli eventuali errori di compilazione e di linking del eventuali errori di compilazione e di linking del programma. Cliccando su un errore segnalato programma. Cliccando su un errore segnalato l ambiente mostrerà la linea di codice che ha causato l ambiente mostrerà la linea di codice che ha causato l errore. l errore

8 Compilazione-linking Esecuzione/debug del progetto Visual C++ Compilazione & linking del programma sorgente per renderlo eseguibile sulla macchina Il programma sorgente scritto in C è tradotto in un programma che fa le stesse cose ma scritto nel linguaggio macchina dell elaboratore che si sta utilizzando. Quest ultimo è chiamato programma eseguibile perchè può essere eseguito direttamente sulla macchina. Cliccando su Compila e quindi Compila <nome file>, il compilatore inizierà la traduzione in linguaggio macchina del programma sorgente. Linking ed esecuzione del programma Cliccando su Debug e quindi su Avvia senza debug, viene avviato il processo di linking, con la contestuale esecuzione del programma Esecuzione del programma Per eseguire il progetto con compilazione contestuale e senza debug: selezionare Debug Avvia senza eseguire debug Debug del programma Per eseguire il progetto con compilazione contestuale e con debug: selezionare Debug Avvia debug Esecuzione del programma eseguibile Fondamentalmente, l ambiente Visual C++ chiede al sistema operativo di caricare ed eseguire le istruzioni del programma eseguibile Esecuzione del progetto C (senza debug) Esempio di output del programma Visual C++ Selezionare DebugAvvia senza eseguire debug Selezionare DebugAvvia senza eseguire debug La finestra visualizza l output l del programma La finestra visualizza l output del programma 31 32

9 Debug del programma Visual C++ Debug programma Visual C++ Inserimento di breakpoints Prima di debuggare il progetto è opportuno inserire dei breakpoints (interruzioni) del programma selezionare Debug Inserimento/Rimozione punti di interruzione Visualizzazione del valore delle variabili Per visualizzare il valore delle variabili durante l esecuzione del programma è possibile guardare nella finestra in basso a sinistra Espressioni di controllo (variabili di watch) Selezionare Imposta/Rimuovi punti di interruzione (breakpoints) Selezionare Imposta/Rimuovi punti di interruzione (breakpoints) Breakpoints in Visual C++ Debugging in Visual C++ Selezionare DebugAvvio debug Selezionare DebugAvvio debug Esempio di breakpoint Esempio di breakpoint 35 36

10 Esempio di programma in breakpoint Dimostrazione pratica Visual C++ Vengono illustrati i vari passi per creare progetti con Visual C++ (editing, compilazione, running, debugging) Programma bloccato in breakpoint Programma bloccato in breakpoint Esercitazioni di laboratorio Visual C++ Fine della lezione Svolgimento degli esercizi assegnati con Visual C++ Domande? 39 40