Linguaggi di programmazione

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1 Linguaggi di programmazione

2 Programmazione L attività con cui si predispone l elaboratore ad eseguire un particolare insieme di azioni su particolari dati, allo scopo di risolvere un problema Dati Input Elaboratore Elettronico Risultati Output G. Di Modica Fondamenti di Informatica 2

3 Linguaggio di programmazione Insieme di regole per la descrizione formale di un algoritmo eseguibile da un calcolatore: Lessico (alfabeto): insieme dei termini disponibili Sintassi: forma delle frasi Semantica: significato delle frasi G. Di Modica Fondamenti di Informatica 3

4 Algoritmi, programmi e calcolatori Ogni elaboratore è una macchina in grado di eseguire azioni elementari su oggetti detti DATI L esecuzione delle azioni è richiesta all elaboratore tramite comandi elementari chiamati ISTRUZIONI espresse mediante un opportuno formalismo: il LINGUAGGIO DI PROGRAMMAZIONE La formulazione testuale di un algoritmo in un linguaggio comprensibile ad un elaboratore è detta PROGRAMMA G. Di Modica Fondamenti di Informatica 4

5 Programma Un programma è un testo scritto in accordo alla sintassi e alla semantica di un linguaggio di programmazione Un programma è la formulazione testuale, in un certo linguaggio di programmazione, di un algoritmo che risolve un dato problema È composto da un numero finito di istruzioni Ogni istruzione descrive una operazione G. Di Modica Fondamenti di Informatica 5

6 Algoritmo e programma Passi per la risoluzione di un problema: Individuazione di un procedimento risolutivo Scomposizione del procedimento in un insieme ordinato di azioni ALGORITMO Rappresentazione dei dati e dell algoritmo attraverso un formalismo comprensibile dal calcolatore PROGRAMMA Problema Algoritmo Programma Metodo risolutivo Linguaggio di programmazione G. Di Modica Fondamenti di Informatica 6

7 Compiti del programmatore Analizzare il problema riducendolo in termini astratti, eliminando ogni componente non indispensabile e formulando un modello del problema. Individuare una strategia risolutiva e ricondurla ad un algoritmo. Codificare l algoritmo in modo tale da renderlo comprensibile al calcolatore. Analizzare il risultato dell elaborazione evidenziando eventuali errori nella formulazione del problema, nella strategia risolutiva, nella codifica dell algoritmo. G. Di Modica Fondamenti di Informatica 7

8 Competenze ed abilità del programmatore Deve essere in grado di capire i problemi e schematizzarli, distinguendone le diverse componenti (dati in input, parametri del problema, dati in output). Deve essere in grado di risolvere problemi mediante un approccio algoritmico, individuando gli aspetti del problema che possano essere risolti reiterando più volte operazioni simili. Deve conoscere i metodi fondamentali di risoluzione dei problemi, gli approcci più comuni, le strade notoriamente meno convenienti. Deve conoscere a fondo le caratteristiche e le capacità del calcolatore. Deve essere in grado di comunicare con il calcolatore: ne deve conoscere il linguaggio. G. Di Modica Fondamenti di Informatica 8

9 Linguaggi di programmazione Classificati rispetto alle caratteristiche principali: potere espressivo che influenza lo stile di programmazione G. Di Modica Fondamenti di Informatica 9

10 Linguaggi Diversi tipi di linguaggi: Imperativi Funzionali Dichiarativi A oggetti Tutti basati sulla traduzione nell'unico linguaggio eseguibile dal calcolatore: il Linguaggio Macchina G. Di Modica Fondamenti di Informatica 10

11 Linguaggio Macchina Insieme di istruzioni eseguibili dalla CPU Dipende dalla CPU: cablata al suo interno, ogni istruzione genera una sequenza di segnali di controllo Linguaggio di basso livello si può accedere direttamente alle funzionalità di base del calcolatore G. Di Modica Fondamenti di Informatica 11

12 Linguaggio Macchina Complesso da utilizzare: ogni istruzione esegue un'operazione semplicissima esistono librerie con procedure generali Gli altri linguaggi vengono convertiti in sequenze di istruzioni in linguaggio macchina G. Di Modica Fondamenti di Informatica 12

13 Linguaggio Macchina Il Linguaggio Macchina è estremamente efficiente I programmi sono: più veloci più corti ma più complessi G. Di Modica Fondamenti di Informatica 13

14 Linguaggi - basso livello Il linguaggio macchina specifica solo le operazioni che l'elaboratore può eseguire sintassi molto elementare diverso per ogni processore dipende dalle caratteristiche architetturali della CPU E' più orientato alla macchina che ai problemi da trattare è infatti definito di "basso livello Le istruzioni devono essere espresse come sequenze di bit! G. Di Modica Fondamenti di Informatica 14

15 Linguaggio Macchina Le istruzioni sono codificate in formato binario e sono composte da: CODICE OPERATIVO: indica l istruzione da eseguire OPERANDI: indicano gli operandi (indirizzi o valore) Per semplicità ipotizziamo di avere istruzioni con un solo operando. Lunghezza delle istruzioni : I = m + n m: num bit del codice operativo n: num bit dell operando Codice operativo Operando (Lungh. m) (Lungh. n) Istruzione G. Di Modica Fondamenti di Informatica 15

16 Esempio di istruzione Istruzione a 16 bit 4 bit per il codice operativo 12 bit per l operando G. Di Modica Fondamenti di Informatica 16

17 Linguaggi - basso livello La scrittura è complessa: istruzioni formate da stringhe di 1 e 0 Una prima evoluzione è stata l'introduzione di linguaggi simbolici: linguaggi assemblativi (assembly) ancora orientati alla macchina e non ai problemi più immediati da utilizzare definiscono variabili, simboli,... G. Di Modica Fondamenti di Informatica 17

18 Linguaggio macchina vs Assembly Processore Z80 Operazione di decremento del contenuto del registro B In linguaggio macchina -> In assembly -> DEC B In Assembly si usa una simbologia che permette all uomo di individuare (e ricordare) facilmente tutte le operazioni elementari che il calcolatore è in grado di eseguire G. Di Modica Fondamenti di Informatica 18

19 Linguaggi La programmazione a basso livello è più ardua e meno intuitiva, ma consente di sviluppare programmi efficienti. Ad alto livello la programmazione è più naturale e rapida, ma è possibile che non consenta di produrre software efficiente. Efficienza del programma Programmazione a basso livello Programmazione ad alto livello Facilità e velocità di programmazione G. Di Modica Fondamenti di Informatica 19

20 Tipologie di linguaggi Possiamo aggregare i numerosi linguaggi di programmazione esistenti (ad alto livello) sulla base del modello astratto di programmazione che sottintendono e che è necessario adottare per utilizzarli. Linguaggi di programmazione Imperativi Dichiarativi Procedurali C, Pascal, Fortran Ad oggetti C++, Java Paralleli Funzionali Lisp Logici Prolog G. Di Modica Fondamenti di Informatica 20

21 Linguaggi Imperativi Permettono di descrivere operazioni più complesse di quelle che l'elaboratore può eseguire direttamente Livello di astrazione più alto Risalgono agli anni '50 Detti di alto livello di tipo imperativo Es: Basic, Fortran, Pascal, C G. Di Modica Fondamenti di Informatica 21

22 Linguaggi Imperativi Caratteristiche: di utilizzo più semplice indipendenti dall'elaboratore Fortemente legati al modello di Von Neumann: i programmi sono ancora una sequenza di istruzioni; l'evoluzione del calcolo è costituita da una variazione dello stato della memoria G. Di Modica Fondamenti di Informatica 22

23 Linguaggi Imperativi Eseguono 3 tipi di operazioni: trasferimento dati operazioni aritmetiche alterazione del flusso del programma G. Di Modica Fondamenti di Informatica 23

24 Linguaggi Funzionali Non sono legati al modello di Von Neumann ma al concetto di programmazione funzionale Il primo linguaggio funzionale: Lisp (List Processing), fine anni '50 caratteristiche di manipolazione agevole di informazioni di tipo simbolico G. Di Modica Fondamenti di Informatica 24

25 Linguaggi Funzionali Differenze con i linguaggi imperativi: il calcolo è basato sul calcolo di valori e non sull'assegnamento di valori a variabili basato su valori e non su effetti il risultato è il risultato di una funzione, non l'effetto causato dalla esecuzione di una sequenza di operazioni Si fa tanto uso della ricorsione G. Di Modica Fondamenti di Informatica 25

26 Linguaggi Logici Basati sulla logica obiettivo: formalizzare il ragionamento caratterizzati da meccanismi deduttivi Programmare significa: descrivere il problema con formule del linguaggio interrogare il sistema, che effettua deduzioni sulla base delle definizioni G. Di Modica Fondamenti di Informatica 26

27 Linguaggi Logici Programmazione: semplice (occorre solo definire la propria conoscenza del problema) avviene tramite una formulazione dichiarativa Esempio: Prolog G. Di Modica Fondamenti di Informatica 27

28 Traduzione dei programmi Affinchè un programma scritto in un qualsiasi linguaggio di programmazione sia comprensibile (e quindi eseguibile) da un calcolatore, occorre tradurlo dal linguaggio originario al linguaggio della macchina Questa operazione viene normalmente svolta da speciali programmi detti traduttori G. Di Modica Fondamenti di Informatica 29

29 Traduzione di un programma Il traduttore converte: Il testo di un programma scritto in un particolare linguaggio di programmazione (sorgente) nella corrispondente rappresentazione in linguaggio macchina (programma eseguibile) sorgente X=X+1; If X>0 traduzione eseguibile G. Di Modica Fondamenti di Informatica 30

30 Compilatori e Interpreti Esistono due categorie di traduttori: i compilatori: traducono l intero programma (senza eseguirlo) e producono in uscita il programma convertito in linguaggio macchina gli interpreti: traducono ed eseguono immediatamente ogni singola istruzione del programma sorgente G. Di Modica Fondamenti di Informatica 31

31 Interprete L interprete: itera più volte questo processo Legge un istruzione del programma sorgente Traduce l istruzione in linguaggio macchina Esegue l istruzione Passa all interpretazione dell istruzione successiva Al termine di questa operazione, del programma in linguaggio macchina non rimane alcuna traccia (la traduzione non viene memorizzata) Se il programma torna più volte su una stessa istruzione, questa verrà tradotta (ed eseguita) ogni volta. È necessario disporre dell interprete per poter eseguire il programma. G. Di Modica Fondamenti di Informatica 32

32 Compilatore Compilatore: esegue una sola volta il processo Legge tutte le istruzioni del programma sorgente e le traduce in linguaggio macchina. Memorizza su disco il programma eseguibile tradotto in linguaggio macchina. Al termine della compilazione avremo un programma eseguibile in linguaggio macchina. La traduzione di ogni istruzione del programma avviene una sola volta, anche se una stessa istruzione viene ripetuta più volte all interno del programma. Non ho bisogno di avere il compilatore ed il sorgente per eseguire il programma: mi basta il programma eseguibile G. Di Modica Fondamenti di Informatica 33

33 Compilatori e Interpreti Tipicamente, l esecuzione di un programma compilato è più veloce dell esecuzione di un programma interpretato G. Di Modica Fondamenti di Informatica 35

34 Esecuzione dei programmi Nel caso dei compilatori, l'esecuzione di un programma scritto con un linguaggio ad alto livello è preceduta dai seguenti passi: 1. traduzione in linguaggio macchina 2. collegamento con programmi di supporto (calcoli, comunicazione con periferiche, ) 3. caricamento in memoria G. Di Modica Fondamenti di Informatica 36

35 Traduzione in linguaggio macchina: compilatore Viene suddivisa in 2 passi: analisi (lessicale, grammaticale, contestuale) trasformazione del programma sorgente in programma oggetto (forma più vicina al linguaggio macchina): creazione tabella simboli ottimizzazioni (rimozione ripetizioni, eliminazione cicli, sfruttamento registri, ) G. Di Modica Fondamenti di Informatica 37

36 Collegamento con programmi di supporto linker Il codice oggetto così formato: può ancora contenere dei simboli irrisolti riferimenti esterni a programmi di servizio (accesso alle periferiche, calcoli matematici,...) contiene indirizzi relativi Il linker serve per collegare diversi moduli oggetto, e formare un unico programma eseguibile G. Di Modica Fondamenti di Informatica 38

37 Il linker: un esempio Supponiamo che un programma (modulo 1) abbia bisogno, per funzionare, di due specifiche librerie (modulo 2 e modulo 3) Ogni modulo ha, una volta compilato, ha un indirizzo logico iniziale pari a zero Occorre collegare tra loro i diversi moduli per produrre un unico programma Il linker realizza tali collegamenti Mod Mod Mod. 3 Linker Mod Mod. 2 Mod. 3 G. Di Modica Fondamenti di Informatica 39

38 Costruzione manuale In passato, la costruzione dell eseguibile si faceva a mano, attivando compilatore e linker dalla linea di comando del sistema operativo (DOS, Unix,...) C:\PROVA> gcc -c f1.c (genera f1.obj) C:\PROVA> ld -o prog.exe f1.obj lc (genera prog.exe) Eseguibile da produrre File oggetto Libreria di sistema C G. Di Modica Fondamenti di Informatica 41

39 Ambienti Integrati Oggi, gli ambienti di lavoro integrati (IDE Integrated Development Environments) automatizzano la procedura: compilano i file sorgente (se e quando necessario) invocano il linker per costruire l eseguibile ma per farlo devono sapere: quali file sorgente costituiscono l applicazione il nome dell eseguibile da produrre. G. Di Modica Fondamenti di Informatica 42

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