Strumenti per la programmazione

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1 Laboratorio di Informatica Alfonso Miola Strumenti per la programmazione Dispensa D-03 Settembre

2 Contenuti Strumenti per la programmazione editing ed editor compilazione e compilatori compilazione di programmi Java Java TM 2 SDK che cosa fare in pratica Errori di programmazione Ambienti di sviluppo integrati 2

3 Introduzione Un programma Java consiste nella definizione di un insieme di classi /* Applicazione che visualizza una frase sullo schermo. */ class ScrittoreSulloSchermo { public static void main(string[] args) { System.out.println("Questo corso"); System.out.println("introduce i concetti di"); System.out.println("base dell'informatica"); } } Questo capitolo descrive le attività che devono essere svolte in pratica nella programmazione, nonché alcuni strumenti che vengono utilizzati per lo svolgimento di tali attività 3

4 Strumenti per la programmazione L applicazione ScrittoreSulloSchermo consiste nella definizione della seguente classe applicazione /* Applicazione che visualizza una frase sullo schermo. */ class ScrittoreSulloSchermo { public static void main(string[] args) { System.out.println("Questo corso"); System.out.println("introduce i concetti di"); System.out.println("base dell'informatica"); } } Per poter eseguire questa applicazione non è sufficiente l aver scritto questa frase su un foglio è necessario infatti svolgere le seguenti attività editing rendere il programma accessibile al calcolatore compilazione trasformare il programma in un formato eseguibile dal calcolatore esecuzione far eseguire il programma al calcolatore 4

5 Editing ed editor Per rendere accessibile al calcolatore una classe o un programma (o, più precisamente, la frase che lo definisce) è necessario creare uno o più file di testo la definizione di ciascuna classe deve essere memorizzata in un diverso file di testo l attività di memorizzazione di un testo in un file di testo è chiamata editing una applicazione che permette di eseguire l editing di un file di testo è chiamata editor Tuttavia, l aver memorizzato una o più classi che definiscono un programma sotto forma di file di testo non è ancora sufficiente per rendere il programma eseguibile dal calcolatore 5

6 Compilazione e compilatori Un calcolatore non è in grado di eseguire direttamente programmi scritti in Java un calcolatore è in grado di eseguire direttamente solo programmi scritti nel proprio linguaggio macchina Il linguaggio macchina è un linguaggio di programmazione molto più elementare e primitivo di Java specifico di un calcolatore Per rendere un programma scritto in Java eseguibile da un calcolatore è necessario trasformare il programma in un programma equivalente scritto nel linguaggio macchina del calcolatore questa trasformazione si chiama compilazione la compilazione dei programmi viene eseguita da una applicazione chiamata compilatore 6

7 Linguaggio macchina Linguaggio macchina il linguaggio macchina di un calcolatore è l unico linguaggio di programmazione comprensibile direttamente dal calcolatore un programma in un linguaggio macchina è una sequenza di cifre binarie ad esempio, una possibile istruzione potrebbe essere è difficile da comprendere per un essere umano calcolatori di tipo diverso hanno linguaggi macchina differenti 7

8 Linguaggio assemblativo Linguaggio assemblativo un linguaggio assemblativo è un linguaggio mnemonico per un linguaggio macchina ad esempio, ADD AX, BX potrebbe essere il codice mnemonico per l istruzione ogni linguaggio assemblativo è specifico per un linguaggio macchina quindi calcolatori di tipo diverso hanno linguaggi assemblativi differenti è un linguaggio di programmazione di basso livello c è una corrispondenza uno a uno tra le istruzioni di un linguaggio assemblativo e le istruzioni del corrispondente linguaggio macchina 8

9 Linguaggi di programmazione di alto livello Linguaggi di programmazione di alto livello un linguaggio di programmazione (di alto livello) è formato da un insieme di istruzioni vicine alla logica di risoluzione dei problemi ad esempio, una istruzione potrebbe essere a = b+c; i linguaggi di programmazione di alto livello sono più facili da usare del linguaggio macchina esempi di linguaggi di programmazione di alto livello sono COBOL, FORTRAN, LISP, Prolog, Visual Basic, C, C++, Java,... a ogni istruzione di un linguaggio di programmazione di alto livello corrispondono solitamente molte istruzioni del linguaggio macchina 9

10 Livello dei linguaggi di programmazione Si consideri ad esempio la seguente istruzione Java delta = b*b - 4*a*c; si supponga di dover scrivere la stessa assegnazione in un ipotetico linguaggio minijava in cui le espressioni possono contenere al massimo un operatore aritmetico l assegnazione non sarebbe quindi corretta potrebbe però essere scritta come segue bb = b * b; ac = a * c; quattroac = 4 * ac; delta = bb - quattroac; 10 Il linguaggio minijava è di livello più basso del linguaggio Java tuttavia, sarebbe possibile scrivere in minijava gli stessi programmi che si possono scrivere in Java un programma minijava richiederebbe più istruzioni e sarebbe meno leggibile dell equivalente programma Java

11 Linguaggi di alto livello e compilatori Un calcolatore è in grado di eseguire solo programmi espressi nel proprio linguaggio macchina è invece desiderabile scrivere i programmi nei linguaggi di programmazione di alto livello un programma scritto in un linguaggio di programmazione di alto livello può essere eseguito da un calcolatore se prima viene trasformato in un programma equivalente espresso in linguaggio macchina Un compilatore è una applicazione che traduce programmi scritti in un certo linguaggio di programmazione in programmi equivalenti espressi in un certo linguaggio macchina un programma scritto in un linguaggio di programmazione di alto livello e compilato può essere eseguito da un calcolatore 11

12 Compilazione e interpretazione Esistono due approcci alla traduzione ed esecuzione dei programmi compilazione un programma scritto in un linguaggio di programmazione di alto livello viene trasformato in un programma in linguaggio macchina e poi eseguito interpretazione ciascuna istruzione del programma scritto in un linguaggio di programmazione di alto livello viene trasformata in istruzioni del linguaggio macchina ed eseguita i traduttori del primo tipo sono chiamati effettivamente compilatori, quelli del secondo tipo sono chiamati interpreti Una analogia con la traduzione tra linguaggi diversi la compilazione è analoga alla traduzione di un libro l interpretazione è analoga alla traduzione simultanea 12

13 Forme diverse di uno stesso programma Uno stesso programma può assumere nel calcolatore forme diverse il programmatore scrive il programma in un linguaggio di programmazione di alto livello, memorizzandolo sotto forma di uno o più file di testo il contenuto di questi file è chiamato il codice sorgente del programma o semplicemente codice il compilatore traduce il codice sorgente del programma in un programma espresso nel linguaggio macchina il risultato della compilazione è chiamato codice eseguibile del programma o semplicemente eseguibile al calcolatore può essere richiesto (tramite il sistema operativo) di eseguire il codice eseguibile di un programma è possibile eseguire più volte lo stesso programma, senza doverlo compilare ogni volta 13

14 Editing, compilazione, esecuzione editing codice sorgente /* Applicazione che visualizza una frase sullo schermo. */ class ScrittoreSulloSchermo { public static void main(string[] args) { System.out.println("Questo corso"); System.out.println("introduce i concetti di"); System.out.println("base dell'informatica"); } } compilazione codice eseguibile esecuzione Questo corso introduce i concetti di base dell informatica 14

15 Dipendenza dall ambiente hardware-software La compilazione e l esecuzione sono dipendenti dall ambiente hardware e software Un compilatore sa tradurre da uno specifico linguaggio di programmazione ad esempio, dal linguaggio C++ a uno specifico linguaggio macchina relativo a un processore specifico ad esempio, Intel x86 relativo a uno specifico sistema operativo ad esempio, Microsoft Windows 95/98/ME/NT/2000 Solitamente esiste un compilatore diverso per ciascun linguaggio di programmazione e ciascun ambiente hardware-software l eseguibile prodotto da un certo compilatore può essere eseguito solo dai calcolatori corredati di uno specifico ambiente hardware-software 15

16 Compilazione di programmi Java Java utilizza un approccio misto alla compilazione dei programmi il codice sorgente Java viene compilato in bytecode Java il bytecode Java è il linguaggio macchina di un calcolatore virtuale, non reale il programma nella forma di bytecode Java può essere eseguito da un interprete, la macchina virtuale Java (JVM) la JVM è una applicazione che sa eseguire il bytecode Java la JVM rende il calcolatore una macchina virtuale che sa eseguire programmi in bytecode Java Per ciascun ambiente hardware-software esiste un diverso compilatore Java esiste una diversa macchina virtuale Java Il bytecode Java prodotto in uno specifico ambiente hardwaresoftware può essere eseguito in qualsiasi altro ambiente hardware-software, purché dotato di una macchina virtuale Java 16

17 Editing, compilazione ed esecuzione di programmi Java editing codice sorgente /* Applicazione che visualizza una frase sullo schermo. */ class ScrittoreSulloSchermo { public static void main(string[] args) { System.out.println("Questo corso"); System.out.println("introduce i concetti di"); System.out.println("base dell'informatica"); } } compilazione bytecode Java... getstatic #6 <Field java.io.printstream out>... interpretazione Questo corso introduce i concetti di base dell informatica calcolatore dotato di macchina virtuale Java 17

18 Write once, run everywhere Il bytecode Java prodotto da un calcolatore può essere eseguito da ogni altro calcolatore (anche di tipo diverso), purché dotato di una macchina virtuale Java bytecode Java... getstatic #6 <Field java.io.printstream out>... calcolatori dotati di macchina virtuale Java PC Intel Windows Power Macintosh System 8 Sun Ultra Solaris esecuzione Questo corso introduce i concetti di base dell informatica Questo corso introduce i concetti di base dell informatica Questo corso introduce i concetti di base dell informatica 18

19 Compilazione ed esecuzione di programmi Java L approccio di Java alla compilazione dei programmi presenta dei vantaggi sono disponibili macchine virtuali Java per le principali tipologie di calcolatori il bytecode Java prodotto da un calcolatore può essere eseguito su qualsiasi calcolatore purché questo sia dotato di una macchina virtuale Java permette di eseguire programmi Java scaricandone il bytecode da una pagina web write once, run everywhere Il principale svantaggio è che l interpretazione di un programma è meno efficiente dell esecuzione del suo codice eseguibile questo problema è parzialmente risolto dall introduzione di un compilatore Just In Time (JIT) nella JVM il compilatore JIT compila il bytecode Java in linguaggio macchina prima di eseguirlo 19

20 Java TM 2 SDK Java TM 2 Software Development Kit (Java 2 SDK) è un ambiente di sviluppo per la programmazione in Java realizzato dalla Sun Microsystems per diverse piattaforme fornisce un certo numero di funzionalità sotto forma di comandi da eseguire in una shell dei comandi disponibile presso il sito Java 2 SDK comprende, tra l altro, i seguenti strumenti di programmazione compilatore Java javac macchina virtuale Java java applet viewer appletviewer debugger jdb generatore di documentazione javadoc API (Application Programming Interface) di Java 20

21 API di Java Le API di Java sono un numeroso insieme di classi, interfacce e oggetti Java predefiniti le API sono una libreria di elementi standard di programmazione per la gestione di aspetti applicativi di carattere generale ad esempio, stringhe, input-output, grafica,... le API permettono al programmatore di concentrarsi sullo sviluppo di classi e oggetti relativi alle applicazioni di interesse Le API di Java sono corredate da una documentazione ipertestuale (in formato HTML) accessibile da un browser web nella documentazione sono descritti in dettaglio package classi e interfacce metodi e variabili di ciascuna classe e interfaccia 21

22 Che cosa fare in pratica Le tre attività da svolgere nello sviluppo di programmi Java sono dunque editing mediante l uso di un editor compilazione mediante l uso di un compilatore Java esecuzione mediante l uso di una macchina virtuale Java Viene ora descritto lo svolgimento in pratica di queste tre attività viene prima mostrato l uso di alcuni strumenti semplici (primitivi) vengono poi descritti strumenti più efficaci per lo svolgimento delle stesse attività in un unico ambiente integrato In quanto segue, si assume che il software di sviluppo necessario sia installato e configurato correttamente nel calcolatore in uso 22

23 Che cosa fare in pratica editing Un editor che può essere utilizzato è Blocco note di Windows Il codice sorgente di ciascuna classe deve essere memorizzato in un diverso file di testo il file di testo per una classe deve avere come nome il nome della classe seguito dall estensione.java ad esempio, il codice di una classe di nome UnaClasse deve essere memorizzato in un file di testo di nome UnaClasse.java nel caso dell applicazione ScrittoreSulloSchermo è necessario creare un file di nome ScrittoreSulloSchermo.java 23

24 Che cosa fare in pratica compilazione Il codice sorgente Java deve essere compilato in bytecode Java usando il comando javac di Java 2 SDK ad esempio, per compilare la classe ScrittoreSulloSchermo memorizzata nel file ScrittoreSulloSchermo.java si deve eseguire il comando javac ScrittoreSulloSchermo.java l esecuzione di questo comando produce il bytecode di ScrittoreSulloSchermo il byecode di ScrittoreSulloSchermo viene memorizzato da javac in un file di nome ScrittoreSulloSchermo.class 24

25 Che cosa fare in pratica esecuzione Per eseguire una applicazione si deve usare il comando java di Java 2 SDK per eseguire il comando java si deve specificare il nome della classe applicazione che si vuole eseguire una applicazione Java viene eseguita come segue viene inizializzata una macchina virtuale Java (JVM) la JVM costruisce l oggetto classe corrispondente alla classe applicazione la JVM invia il messaggio main(...) a questo oggetto classe Per eseguire l applicazione ScrittoreSulloSchermo è necessario eseguire il comando java ScrittoreSulloSchermo si osservi come il nome del metodo main non compare esplicitamente nel comando 25

26 Uso di Java 2 SDK La seguente figura mostra la compilazione ed esecuzione dell applicazione ScrittoreSulloSchermo nella finestra del prompt dei comandi di Windows si osservi che System.out corrisponde alla finestra in cui viene eseguita l applicazione 26

27 Errori di programmazione Il compilatore è in grado di tradurre un programma sorgente in formato eseguibile solo se il programma sorgente è corretto dal punto di vista del linguaggio di programmazione nel caso in cui il programma sorgente contenga degli errori di programmazione, il compilatore si limita a segnalare uno o più degli errori riscontrati, senza generare alcun codice eseguibile Inoltre, ci sono errori di programmazione che non sono riconosciuti dal compilatore in questo caso il compilatore genera il codice eseguibile per il programma tuttavia, l esecuzione del programma causa degli errori oppure i risultati prodotti dall esecuzione del programma sono diversi da quelli attesi 27

28 Errori riconosciuti dal compilatore La seguente classe contiene degli errori di programmazione, che vengono riconosciuti e segnalati dal compilatore /* Applicazione che visualizza una frase sullo schermo. */ Class ScrittoreSulloSchermo { public static main(string[] args) { system.out.println("questo corso"); Sistem.out.println("introduce i concetti di"); System.out.stampa("base dell'informatica"); } } è necessario modificare il codice per correggere gli errori segnalati dal compilatore 28

29 Errori non riconosciuti dal compilatore La seguente classe contiene degli errori di programmazione, che non sono riconosciuti dal compilatore è possibile scoprire tali errori solo eseguendo (o provando a eseguire) il programma /* Applicazione che visualizza una frase sullo schermo. */ class ScrittoreSulloSchermo { public static void Main(String[] args) { System.out.println("Questo orso"); System.out.print("introduce i confetti di"); System.out.println("base dell'informatica"); } } è necessario modificare il codice per correggere gli errori individuati 29

30 Correzione degli errori In presenza di errori riconosciuti dal compilatore, nella sequenza editing-compilazione-esecuzione viene introdotto un ciclo di fasi di editing-compilazione orientato alla ricerca e correzione degli errori per gli errori riconosciuti, il compilatore segnala la posizione dell errore file, riga e colonna un messaggio che descrive la tipologia dell errore la comprensione dei messaggi di errore non è sempre facile ad esempio, il compilatore può segnalare un errore diverso (in posizione o tipologia) da quello percepito dal programmatore In presenza di errori non riconosciuti dal compilatore, la sequenza editing-compilazione-esecuzione diviene un ciclo di fasi di editing-compilazione-esecuzione orientato alla ricerca e correzione degli errori 30

31 Ambienti integrati di sviluppo Un ambiente integrato di sviluppo (o IDE, che è l acronimo di Integrated Development Environment) è una applicazione che permette di editare, compilare ed eseguire programmi nell ambito di un unico ambiente Alcune funzionalità tipiche di un IDE Java sono le seguenti editor (integrato) guidato dalla sintassi sintassi evidenziata mediante colori aiuto in linea e sensibile al contesto editor visuale di interfacce grafiche (GUI) accesso al compilatore e alla macchina virtuale Java mediante menu e/o bottoni altri strumenti browser della documentazione debugger integrato gestore di progetti e classi 31

32 Ambienti integrati di sviluppo per Java 32 Ci sono due tipologie di IDE per Java IDE dotati di una propria versione di Java SDK Borland JBuilder Foundation, Metrowerks CodeWarrior Microsoft Visual J++ Symantec Visual Café IDE che non sono dotati di una propria versione di Java SDK ma che ne richiedono una installazione separata Kawa (Allaire, Tek-Tools) Forte for Java, Community Edition (Sun) TextPad (Helios Software Solutions) diversamente dai precedenti, TextPad è un editor di testi arricchito con alcune funzionalità degli IDE

33 Forte for Java della Sun 33

34 Compilazione ed esecuzione in un IDE In un IDE la compilazione di un programma Java avviene solitamente selezionando una voce da un menu (ad esempio, la voce Compile dal menu Build sia in Forte che in Kawa) oppure cliccando sull icona corrispondente l esecuzione avviene solitamente selezionando una voce da un menu (ad esempio, la voce Execute dal menu Build in Forte, ma la voce Run dal menu Build in Kawa) oppure cliccando sull icona corrispondente se necessario, l IDE apre una finestra che corrisponde all oggetto System.out In generale, quindi, è possibile svolgere tutte le attività della programmazione nell ambito di un unica applicazione (l IDE, appunto) 34

35 35 IDE e progetti In molti IDE, un programma (che è un insieme di classi) viene rappresentato mediante un concetto ausiliario, quello di progetto un progetto è un insieme di file (con almeno un file per ciascuna definizione di classe) Utilizzando i progetti, l attività di programmazione consiste nella creazione di un nuovo progetto aggiunta al progetto di un nuovo file per ogni classe necessaria alla definizione del programma selezione di un file principale (main class) del progetto corrisponde alla classe applicazione, a partire dalla quale deve essere avviata l esecuzione del programma compilazione ed esecuzione (del progetto) In alcuni IDE in cui è possibile definire progetti, è possibile compilare ed eseguire singole classi applicazione anche senza ricorrere all uso dei progetti ad esempio, questo è possibile in Kawa (ma non in Forte)