Informatica A. Il linguaggio C. A.a. 2006/2007. Allievi Ingegneria Gestionale

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1 Informatica A A.a. 2006/2007 Allievi Ingegneria Gestionale Il linguaggio C

2 Tecnologia Software Il SW come Interfaccia Tra Utente e Macchina Fisica Programma dell utente (software applicativo) Gestione della macchina fisica (software di base)

3 Linguaggio C Linguaggio di programmazione ad alto livello (HLL) Sviluppato negli anni 70 (C standard ANSI) Linguaggio portabile Molto diffuso e adatto ad un ampio spettro di applicazioni Scientifiche Gestionali Industriali (acquisizione dei dati, controllo dei processi) Informatiche (sw di base (SO Unix), strumenti (CAD), pacchetti applicativi)

4 Linguaggio ad alto livello Elementi: alfabeto o vocabolario del linguaggio Sintassi: insieme di regole con cui si compongono gli elementi per costruire frasi eseguibili (istruzioni) Semantica: significato egli elementi, delle frasi e dell intero programma Regole sintattiche: devono essere univoche sulla composizione delle frasi Deve essere possibile determinare in modo automatico e con certezza se una frase è sintatticamente corretta Correttezza sintattica: condizione necessaria per la corretta esecuzione del programma

5 Linguaggio ad alto livello Solo programmi corretti possono essere tradotti correttamente dal compilatore Errori di un programma Sintattici: rilevati durante la compilazione Di esecuzione: rilevati run-time elementi del programma (celle di memoria, istruzioni, valori costanti) denotati in modo simbolico usando un identificatore, più facile da ricordare sequenza di esecuzione istruzioni espressa in modo più simile al linguaggio naturale e della matematica

6 Elementi del linguaggio C Parole chiave (o riservate): proprie del linguaggio Istruzioni oppure parole con un significato particolare (tipi) Identificatori: costituiti da sequenze di caratteri alfanumerici Nomi di variabili, costanti, tipi definiti dall utente, funzioni, procedure Definiti dall utente, oppure di sistema (contenuti in librerie) Operatori (unari o binari) Assegnamento = Aritmetici + - * / Relazionali (confronto) > < <= ==!= Logici! && Altri

7 Elementi del linguaggio C Separatori (delimitatori) di identificatori di variabili e costanti, di istruzioni ; di commento /* */ di blocco di istruzioni { } in espressioni ( ) Direttive al preprocessore C #include (parola chiave) Valori costanti (cifre o caratteri)

8 Il nostro primo programma C 1 /* Primo programma in C */ 2 #include <stdio.h> 3 4 int main() 5 { 6 printf( "Welcome to C!\n"); 7 8 } Welcome to C! Commenti: si tratta di testo racchiuso da /* and */ e viene ignorato (usato per descrivere il programma) #include <stdio.h>: Direttiva al preprocessore - dice al computer di caricare il contenuto di un certo file (in questo caso <stdio.h>: standard input/output) Catena di programmazione per il C

9 Catena di programmazione per il C 1. editing (produzione del programma, svolta dal programmatore con l ausilio di un programma editor): viene creato il programma sorgente e viene salvato su disco 2. preprocessing (svolta da un programma preprocessor): direttive al preprocessore per l inclusione di file e la sostituzione di nomi simbolici 3. traduzione (svolta dal compilatore): traduzione del programma sorgente in linguaggio macchina e produzione codice oggetto 4. collegamento (svolta dal collegatore o linker): il codice oggetto viene arricchito con funzioni mancanti e viene prodotta immagine eseguibile 5. caricamento (svolta dal caricatore o loader): il programma eseguibile viene caricato in memoria 6. esecuzione: la CPU esegue il programma un istruzione alla volta

10 La macchina astratta del C BUS UC x a pippo Standard output MEM. Standard input

11 Standard I/O Un programma C ha due periferiche standard di ingresso e uscita Standard input (tastiera) Standard output (video) che possono essere viste come sequenze di celle elementari analoghe alla memoria

12 Memoria Divisa in celle elementari VARIABILI Ogni cella può contenere un dato I dati possono essere Numeri Caratteri Stringhe (successioni finite di caratteri, immagazzinati in celle consecutive) Semplificazioni/idealizzazioni (astrazioni) nessun limite a numero delle celle e valore numerico contenuto Rappresentazione in memoria di una variabile A indirizzo di A Valore di A

13 Variabili Sono contenitori di informazioni (cioè di valori), caratterizzati da: nome simbolico: rappresenta in modo univoco una locazione di memoria successione di lettere e cifre e segno _, con al primo posto una lettera Esempi di identificatori C a, x, alfa, pippo, a1, xy23, Giuseppe, DopoDomani, velocita_massima NB maiuscole distinte dalle minuscole Var1, var1 e VAR1 tre diversi identificatori tipo: rappresenta il tipo di codifica usato per rappresentare i valori Indica l insieme dei valori, le operazioni lecite, come agiscono tali operazioni

14 Variabili Dichiarazione di variabile: indica che e come una variabile verrà utilizzata dal programma Definisce l identificatore simbolico (nome) Definisce il tipo, adatto ai valori da rappresentare Alloca la quantità di memoria adeguata a contenere il tipo Associa in modo univoco l indirizzo di memoria al nome Consente di rilevare, durante la compilazione, errori sull uso improprio della variabile nel programma Sintassi C per la dichiarazione di variabili tipo id_var <, id_var, >;

15 Attenzione Per evitare ambiguità vietato usare stesso identificatore per indicare diversi elementi diversi identificatori per lo stesso elemento Esistono identificatori riservati associati a priori a qualche elemento del linguaggio non usabili dal programmatore con significati differenti da quello predefinito Esempio: parole chiave (le scriveremo in neretto) scanf operazione di ingresso printf operazione di uscita

16 Struttura di un programma Programma C C Parte dichiarativa globale programma principale funzione main() Stile di scrittura del programma leggibilità Scelta degli identificatori Indentazione: struttura grafica che rispecchia la struttura logica commenti

17 Struttura di un programma C Parte dichiarativa globale Funzioni importate da altri moduli (file), cioè definite e codificate in altri file Oggetti visibili (utilizzabili) da tutto il programma, cioè da main e da altre funzioni Tipi di dati, variabili, costanti simboliche, prototipi di funzioni

18 Struttura di un programma C Programma Principale int main () { Parte dichiarativa locale Parte esecutiva } Parola Riservata (identificatore di funzione). Appare un unica volta nel programma e definisce l inizio dell esecuzione. Formalmente è una funzione Definisce l insieme di oggetti (visibili al main) usati dal programma principale per l esecuzione. Insieme delle istruzioni che costituiscono il programma principale

19 Struttura di un programma Parte dichiarativa locale 1. Dichiarazioni di costanti 2. Definizione di nuovi tipi definiti dall utente 3. Dichiarazione di variabili Regole sintattiche per le dichiarazioni locali e globali Ogni identificatore usato deve essere prima definito Ogni variabile usata deve essere prima dichiarata Parte esecutiva: istruzioni Assegnamento Istruzioni di ingresso e uscita Istruzioni composte (blocchi di istruzioni) Costrutti condizionali, ciclici Chiamate di sottoprogrammi (funzioni)

20 Tipi Tutte le variabili devono essere dichiarate, specificandone il tipo Un tipo identifica la classe dei valori ammissibili, le operazioni lecite, e la modalità con cui agiscono le operazioni E utile dichiarare il tipo perché si possono rilevare errori di uso della variabile in fase di compilazione (ma qui il C è alquanto debole...) Tipi built-in (predefiniti): tipi disponibili nel linguaggio Tipi definiti dall utente: nuovi tipi Basati sui tipi built-in Definiti tramite costruttori di tipo, che sono parole chiave del linguaggio Caratterizzati da: Classe di valori ammissibili Operazioni lecite Operazioni associate al costruttore

21 Tipi Semplici: elementari, non strutturati Possono essere built-in o user-defined (sulla base dei tipi built-in) Una variabile di tipo semplice ha un valore atomico, l informazione associata al tipo è indivisibile Strutturati (aggregati): composti da elementi La variabile è costituita da un insieme di elementi Definizione di un tipo strutturato: basata sul costruttore di tipo strutturato, che definisce come sono composti gli elementi Sono necessari operatori per accedere ai singoli elementi della variabile Ad ogni elemento è associato un valore (l informazione associata alla variabile è composta dai valori dei singoli elementi) Ad ogni elemento è associato un tipo (tipo dell elemento), che può essere semplice o a sua volta strutturato

22 Tipi semplici built-in I nomi di tali tipi sono parole chiave del linguaggio C char: (8 bit 1 byte): Valori da 0 a 255, che rappresentano la codifica ASCII del carattere corrispondente int (16 bit-2 byte): rappresentano gli interi relativi. Valori in complemento a 2 da a float (32 bit-4 byte): rappresentano i razionali in virgola mobile. Valori espressi tramite mantissa e esponente (standard IEEE). Valori da a double (8 byte): float in doppia precisione Si dicono tipi aritmetici Consigli: Inizializzare sempre esplicitamente. Evitare le inizializzazioni implicite che C potrebbe eseguire, al fine di migliorare la leggibilità Si conosce quanta memoria riservare ad una variabile in base al tipo

23 Tipi enumerativi Tipi semplici user-defined, che implicano l enumerazione esplicita dei valori che la variabile potrà assumere Sintassi C enum {v1, v2, v3,, vn} nome_var; v1, v2, vn sono tutti e soli i valori che la variabile potrà assumere enum nome_tipo {v1, v2, v3,,vn}; enum nome_tipo nome_var; enum nome_tipo definisce un tipo enumerativo. nome_var è una variabile di tipo enum nome_tipo che può quindi assumere solo i valori v1, v2, vn

24 Tipi enumerativi In genere i valori sono espressi tramite nomi simbolici L ordine di enumerazione definisce le relazioni tra i valori (v1<v2<v3< <vn) 0 enum {lu,ma,me,gio,ve,sa,do} giorno; enum {lu=1,ma,me,gio,ve,sa,do} giorno; enum {verde,giallo,rosso} semaforo;

25 Costanti e dichiarazione di costanti Costanti esplicite: esprimono direttamente dei valori 24 costante di tipo int costante di tipo float A costante di tipo char Costanti simboliche Sono nomi simbolici che il programmatore adotta per indicare dei valori prefissati (maggiore leggibilità) Hanno un tipo espresso implicitamente nel valore Dichiarazione di una costante Definisce il nome Associa un valore (e tipo implicito) In C la dichiarazione (definizione) di costante viene fatta tramite direttiva al preprocessore C #define nmaxp 10 #define vmax #define FALSE 0 #define TRUE 1

26 Istruzioni di Assegnamento Indicano l operazione che assegna un valore ad una variabile Sintassi C: <nome_variabile> = <espressione>; <nome_variabile> èil nome della variabile a cui si vuole assegnare un valore Il nuovo valore sostituisce quello precedentemente contenuto dalla variabile <espressione> può essere valore costante variabile combinazione di espressioni mediante operatori (e.g. aritmetici +,, *, /, %) e parentesi

27 Esempi x = 23; w = 'a'; y = z; alfa = x+y; r3 = (alfa*43 xgg)*(delta 32*ijj); x = x+1; Abbreviazioni: x= x + 2; a = a + 1; x += 2; ++a;

28 Esecuzione assegnamento 1. valutazione dell espressione (valore delle variabili è memorizzato nelle celle corrispondenti) 2. memorizzazione del risultato nella variabile a sinistra del simbolo = Variabili usate come operandi in espressioni Il nome della variabile indica che se ne deve usare il valore contenuto

29 Espressioni e operatori Sintassi C <espressione> contiene identificatori (di variabili, di costanti, di funzioni), costanti esplicite, operatori, () Semantica Descrive il modo per ottenere il valore dell espressione a partire dal valore degli operandi e dall applicazione degli operatori Nelle espressioni complesse, la sequenza di esecuzione delle operazioni è definita dalla Precedenza predefinita degli operatori Forzatura mediante l uso delle parentesi Operatori Unari si applicano ad un solo operando Binari si applicano a due operandi

30 Tipi di Operatori Aritmetici + - * / % Operandi aritmetico e risultato aritmetico Di confronto > >= < <= == (uguale)!= (diverso) Operandi dello stesso tipo Il risultato è un valore logico Valori logici: in C non esiste il tipo logico, che assume solo valori false e true, ma viene utilizzato il tipo int Il valore False è associato a 0 Il valore True è associato ad ogni valore diverso da 0 Logici Operandi logici e risultato logico && (AND) (OR)! (NOT) operatore unario Esempio: (num>valmin) && (num<= valmax) Vale True solo se num è compreso tra valmin (escluso) e valmax (compreso)

31 Priorità tra gli operatori! - (unario) * / % + - > >= < <= ==!= && =

32 Operatori di Assegnamento Abbreviano le espressioni di assegnamento. Ad esempio: c = c + 3; si abbrevia come c += 3; Istruzioni della forma: variabile = variabile operatore espressione; si può riscrivere come: variabile operatore = espressione; Esempi: d -= 4 (d = d - 4) e *= 5 (e = e * 5) f /= 3 (f = f / 3) g %= 9 (g = g % 9)

33 Operatori di Incremento e Decremento Incremento (++) - invece di c+=1 Decremento (--) - invece di c-=1. Preincremento L operatore è posto PRIMA della variabile (++c o --c) La variabile viene modificata, E POI l espressione che la contiene viene valutata Postincremento L operatore è posto DOPO la variabile(c++ or c--) L espressione viene eseguita, e POI la variabile viene modificata Sia c = 5: printf( "%d", ++c); Stampa 6 printf( "%d", c++); Stampa 5 In entrambi i casi al termine c ha valore 6

34 Operatori di Incremento e Decremento Attenzione!!! Quando la variabile NON FA PARTE DI UNA ESPRESSIONE il preincremento e il postincremento hanno lo stesso effetto. Ad esempio: ++c; printf( %d,c); c++; printf( %d,c); hanno lo stesso effetto.

35 Compatibilità tra i tipi di base nelle espressioni Un espressione che contiene variabili o costanti di tipi di base diversi è potenzialmente inconsistente Il linguaggio C accetta comunque tali espressioni, definendo delle regole automatiche di conversione stabiliscono che, data un espressione inconsistente, ad esempio: int a,b; char c; float d; a + b - c * d essa venga resa consistente, convertendo i valori delle variabili di tipo inferiore a valori di tipo superiore, secondo la seguente gerarchia: char < int < float L espressione precedente diventa allora di tipo float Per i tipi definiti dall utente tramite typedef, si considera il tipo di base associato al tipo definito

36 Compatibilità tra i tipi nell assegnamento Il compilatore controlla la compatibilità tra i tipi In alcune situazioni risolve la non compatibilità tramite delle regole di conversione automatica tra i tipi Il valore generato da <espressione> dovrebbe essere dello stesso tipo della variabile da assegnare Assegnamento tra tipi aritmetici eterogenei All atto dell assegnamento, il valore di <espressione> viene convertito in un valore corrispondente appartenente al tipo della variabile da assegnare

37 Compatibilità tra i tipi nell assegnamento La conversione del tipo di <espressione> è indolore se il il tipo dell espressione è inferiore al tipo della variabile, secondo la seguente gerarchia: char < int < float Altrimenti non è esclusa perdita di informazione Es.: la conversione di un valore da float in un valore int comporta la perdita della parte frazionaria int i; float f; f = 4.3; /*OK!*/ i = 4.3; /*assegnamento incongruente con perdita di informazione*/ f = 10; /*assegnamento incongruente senza perdita di informazione*/ i = 10; /*OK!*/