Cesare Rota. Programmare con C++ EDITORE ULRICO HOEPLI MILANO

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1 Cesare Rota Programmare con C++ EDITORE ULRICO HOEPLI MILANO

2 Copyright Ulrico Hoepli Editore S.p.A via Hoepli 5, Milano (Italy) tel fax Tutti i diritti sono riservati a norma di legge e a norma delle convenzioni internazionali ISBN Ristampa: Realizzazione editoriale ART Servizi Editoriali S.p.A. - Bologna Coordinamento editoriale: Monica Monari Redazione: Barbara Megali Progetto grafico: Marina Baldisserri Impaginazione: Sonia Bertusi Copertina: MN&CG S.r.l., Milano Stampa: Art Grafiche Franco Battaia S.r.l. - Zibido San Giacomo (MI) Printed in Italy

3 Indice Presentazione 5 Sezione 1 - Premesse 7 U.D. 1 - Sistemi di numerazione Sistema di numerazione decimale Notazione polinomiale Numeri decimali Sistema di numerazione binario Conversione da base 2 a base Somma e sottrazione nel sistema binario Sistema di numerazione esadecimale Conversione da binario a esadecimale e viceversa 16 Esercizi 18 U.D. 2 - Codifica delle informazioni Introduzione Rappresentazione dei caratteri Rappresentazione interna dei numeri interi Rappresentazione dei numeri reali 28 Esercizi 31 Sezione 2 - Primi elementi di programmazione 33 U.D. 3 - Introduzione a C Primo programma Analisi del codice Definizione e assegnazione Tipi di dato Tipo di dato intero Tipo char Numeri in virgola mobile Casting Tipo booleano Costanti 49 Esercizi 51 U.D. 4 - Visualizzazione e acquisizione Acquisizione delle informazioni: il metodo cin Output formattato Caratteri di escape Uso di \\ e del 63 Esercizi 64 U.D. 5 - Operatori Operatori aritmetici Operatori aritmetici composti Operatori relazionali Operatori logici 80 Esercizi 86 Sezione 3 - Organizzazione degli algoritmi 89 U.D. 6 - Algoritmi e pseudocodifica Analisi del problema Primo esempio Algoritmi Dati e istruzioni Istruzioni di assegnamento Istruzioni di ingresso e di uscita dei dati Teorema di Jacopini-Böhm Struttura di alternativa Struttura di ripetizione Considerazioni sulla pseudocodifica 107 Esercizi 109 U.D. 7 - Istruzioni di selezione Istruzione if Istruzione if..else If nidificati Istruzione switch (selezione multipla) Raggruppamento dei case 122 Esercizi 125 U.D. 8 - Istruzioni di ripetizione Istruzione while Tabulazione Istruzione do.. while Istruzione for 134 Esercizi 139 3

4 Indice U.D. 9 - Le funzioni Le funzioni La funzione più importante Definizione delle funzioni Ambito delle variabili Variabili locali e globali Valori di ritorno Passaggio dei parametri per valore Passaggio dei parametri per riferimento Ricorsione Funzioni matematiche 163 Esercizi 165 Sezione 4 - Strutture dei dati 167 U.D Enumerazioni e array Introduzione Tipi enumerativi (enumerazioni) Tipo vettore Vettori in C Caricamento di un vettore in memoria Array di dimensione variabile Matrici Passaggio di un vettore come parametro a una funzione 187 Esercizi 190 U.D Stringhe e strutture Definizione di stringa Lunghezza di una stringa Concatenazione ed estrazione Confronti tra stringhe Caratteri e stringhe C Dichiarazione di una struttura Metodi costruttori 204 Esercizi 207 Sezione 5 - Classi e oggetti 209 U.D Concetti generali Introduzione alla OOP Incapsulazione Polimorfismo Ereditarietà Introduzione alle classi Terminologia e rappresentazione grafica Dichiarazione degli oggetti 218 Esercizi 222 U.D Polimorfismo ed ereditarietà Costruttori Costruttori parametrizzati Membri static di una classe Overloading Polimorfismo Ereditarietà 240 Esercizi 249 Sezione 6 - Operare con gli archivi 251 U.D Archivi Definizione di archivio Dati Definizione di record Operazioni fondamentali sugli archivi I/O standard e su memoria di massa Tipi di archivio Tipi di accesso 260 Esercizi 261 U.D File di testo Creazione di un file di testo Lettura di un file di testo Accodamento 268 Esercizi 271 Sezione 7 - Le eccezioni 273 U.D Gestione delle eccezioni Concetto di anomalia Eccezioni 277 Esercizi 283 Appendice A - Riepilogo degli operatori 285 Appendice B - Sequenze di caratteri escape 286 Indice analitico 287 4

5 Presentazione Il presente volume espone, in modo chiaro ed efficace, le caratteristiche del linguaggio C++ e ha il duplice scopo di descriverne la sintassi e di evidenziarne le potenzialità. In particolare il libro: si rivolge allo studente come un manuale di facile consultazione per la programmazione; presenta le basi teoriche per lo sviluppo delle applicazioni informatiche. Il primo obiettivo si realizza tramite numerosi esempi presenti nel testo, che forniscono chiare indicazioni sulle caratteristiche sintattiche del linguaggio. Per quanto riguarda le basi teoriche sono stati messi in rilievo i fondamenti dei cinque argomenti di base per la programmazione: la rappresentazione dei dati, le strutture di controllo utilizzabili nella costruzione di un algoritmo, le strutture dei dati, la programmazione orientata agli oggetti e la gestione dei file. Il libro è suddiviso in sette sezioni. 1 La sezione Premesse sviluppa gli argomenti della codifica binaria delle informazioni. 2 In Primi elementi di programmazione vengono descritti i concetti di variabile, costante e tipi di dato, le operazioni di input/output da console e gli operatori aritmetici. 3 Nella sezione Organizzazione degli algoritmi viene introdotta la nozione di algoritmo e sono descritte le principali strutture di controllo sia in pseudocodifica sia in C++. 4 Nella sezione Strutture dei dati vengono definite le principali strutture statiche dei dati. 5 L intera sezione Classi e oggetti è dedicata alle nozioni fondamentali della OOP e vengono presentati i concetti principali della programmazione orientata agli oggetti quali l incapsulamento, il polimorfismo e l ereditarietà. 6 La sezione Operare con gli archivi spiega le nozioni di base per la definizione degli archivi di dati. 7 La sezione Le eccezioni descrive gli accorgimenti essenziali per la realizzazione di applicazioni robuste. Ogni sezione è suddivisa in Unità didattiche le quali contengono un numero limitato di paragrafi, la cui trattazione è, di norma, contenuta in circa due pagine. Ne risulta un testo 5

6 Presentazione di facile lettura, che aiuta lo studente a concentrarsi, di volta in volta, su un singolo elemento del discorso. Tutti i concetti presentati sono accompagnati da un esempio, che mette in pratica quanto esposto. Ogni esempio contiene un listato di codice, una figura che illustra una prova di esecuzione del codice proposto e l analisi dettagliata del codice stesso; quest ultima parte dell esempio presenta una descrizione dettagliata degli aspetti più significativi del linguaggio C++ presenti nell esempio. Per ogni sezione sono indicati gli obiettivi generali che si vogliono raggiungere, mentre nella prima pagina di ogni Unità didattica è specificato per lo studente Che cosa imparerai a fare e Che cosa dovrai studiare. In concreto, gli obiettivi generali presentati all inizio di ogni modulo descrivono le capacità che lo studente deve acquisire. Le voci Che cosa imparerai a fare e Che cosa dovrai studiare indicano rispettivamente le competenze e le conoscenze che devono essere apprese dall alunno. Considerando l ampiezza della trattazione, il libro include tutti i contenuti dei programmi didattici tradizionalmente affrontati nelle classi terze degli istituti tecnici. In particolare può essere adottato nella classe terza degli Istituti Tecnici Industriali con indirizzo ABACUS o informatica industriale, in quella degli Istituti Tecnici Commerciali con indirizzo MERCURIO o programmatori, nonché in quella dei Licei scientifici tecnologici. L Autore 6

7 Sezione 4 Strutture dei dati Obiettivi generali Definire insiemi di dati numerabili Saper utilizzare schemi logici per organizzare insiemi complessi di dati Costruire tabelle di dati omogenei Manipolare stringhe di caratteri & U.D.10 Enumerazioni e array U.D.11 Stringhe e strutture Raggruppare dati di tipo diverso Questa sezione contiene

8 Unità didattica 10 Enumerazioni e array CHE COSA IMPARERAI A FARE $ Definire dati di tipo enumerativo $ Definire un array a una dimensione in C++ $ Caricare un vettore in memoria $ Definire un vettore a dimensione variabile $ Definire una matrice $ Popolare una matrice $ Visualizzare gli elementi di una matrice CHE COSA DOVRAI STUDIARE $ Definizione di tipo enumerativo $ Concetto di vettore $ Definizione di vettore $ Sintassi per la gestione di un vettore $ Sintassi per la gestione delle matrici

9 10 Unità didattica Enumerazioni e array 10.1 Introduzione Finora abbiamo visto i tipi di dato più comuni e i più facili da utilizzare in C++, cioè i tipi predefiniti: int, double, bool ecc. In C++, però, si possono anche utilizzare tipi definiti dal programmatore. Tali nuovi tipi, per poter essere utilizzati, vanno inseriti nella dichiarazione delle variabili secondo la sintassi consueta: tipo variabile; Tutti i dati che compaiono in un programma possiedono uno e un solo tipo, e possono essere di tipo semplice oppure aggregati in modo complesso. I tipi di dato semplici sono classificati secondo lo schema gerarchico riportato di seguito. semplici reali ordinali float double enumerativi predefiniti int char bool I tipi semplici possono essere float o double, oppure di tipo ordinale; i tipi ordinali possono essere definiti dal programmatore attraverso i tipi enumerativi, oppure possono appartenere ai tipi ordinali predefiniti int, bool, char. Il tipo ordinale si chiama così perché descrive un insieme finito e ordinato di valori, che possono essere associati a numeri interi positivi. I tipi ordinali predefiniti e i tipi float e double sono già stati presentati e utilizzati in precedenza Tipi enumerativi (enumerazioni) A volte una variabile può assumere solo una serie di valori definiti all interno di un insieme discreto di possibilità. Le enumerazioni sono molto comuni nella vita di tutti i giorni: per esempio, può essere un enumerazione la lista dei controlli da eseguire sull auto prima di affrontare un viaggio: freni, fari, gomme, olio, tergicristalli, carburante. 169

10 Sezione 4 - Strutture dei dati Per definire in C++ un enumerazione si usa la seguente sintassi: enum nome_enumerazione {elenco_enumerazioni}; dove enum è la parola chiave che introduce l enumerazione. Riprendendo la lista di esempio proposta in precedenza, si può scrivere: enum controlli {freni, fari, gomme, olio, tergicristalli, carburante}; Il nome dell enumerazione può essere utilizzato per dichiarare variabili di tale tipo, in maniera analoga alle dichiarazioni di tipo viste in precedenza. Per esempio, potremo scrivere: controlli check; La variabile check può assumere uno qualsiasi dei valori della lista dei controlli definita in precedenza. Per esempio, si può scrivere: check = gomme; oppure if (check == fari) cout << controlla fari ; Si deve ricordare che a ognuno dei valori di una variabile enumerativa corrisponde il numero d ordine che esso occupa all interno della definizione dell enumerazione. Esempio Enumera... Codice Scrivere un programma che utilizza una variabile di tipo controlli. Enumera.cpp 1 #include <iostream> 2 using namespace std; 3 4 //INIZIO 5 int main () 6 { 7 //definisci l'enumerazione 8 enum controlli {freni, fari, gomme, olio, tergicristalli, carburante}; 9 10 //definisci la variabile di tipo enumerativo 11 controlli check; //assegna un valore alla variabile 14 check = gomme; //esegui un confronto 17 if (check == gomme) cout << "controlla fari"; //scrivi il numero d'ordine del valore della variabile enumerativa 20 cout << "\nnumero d'ordine di gomme = " << check;

11 Unità didattica 10 - Enumerazioni e array 22 //fine programma 23 cout << "\n\nfine "; 24 system ("pause"); 25 return 0; 26 } Prova di esecuzione Analisi del codice Alla riga 8 viene definito il tipo enumerativo controlli. Alla riga 11 viene introdotta la variabile check di tipo controlli e alla riga 14 le viene assegnato un valore (scelto tra quelli definiti nell enumerazione controlli). Alla riga 17 viene eseguito un confronto. Anche se la variabile check contiene gomme, l istruzione alla riga 20 non fa comparire in output la parola gomme, ma il suo numero di posizione (partendo da zero) all interno della definizione dell enumerazione.... Fino a questo momento abbiamo visto come sia possibile definire e utilizzare in C++ tipi di dati che abbiamo definito semplici. Se ci soffermiamo, però, a considerare qualche esempio un po più complesso di quelli presentati fino a ora ci rendiamo rapidamente conto che non è affatto raro incontrare la necessità di gestire elenchi di dati. Pensiamo per esempio a un elenco di invitati a una festa, alla lista degli studenti di una classe o agli iscritti a una gara. In questi tre esempi siamo di fronte a un dato (cognome e nome) sempre dello stesso tipo che si ripete più volte. Nei prossimi paragrafi presenteremo le strutture messe a disposizione da C++ per gestire non più dati singoli, bensì strutture di dati che raggruppano in un unica variabile dati diversi Tipo vettore Cominciamo a esaminare le strutture che contengono dati tutti dello stesso tipo: in generale, tali strutture prendono il nome di array e si distinguono in vettori come array a una dimensione e matrici come array a due dimensioni. La prima struttura che esaminiamo è la struttura di vettore che permette di raggruppare diversi dati dello stesso tipo e di associare un indice a ogni dato. Un vettore è un insieme ordinato di oggetti omogenei, ovvero appartenenti a un unico tipo. È possibile accedere ai vari oggetti del vettore utilizzando il loro indice numerico. Il numero di elementi contenuto nel vettore è indicato come dimensione. 171

12 Sezione 4 - Strutture dei dati Prendiamo, per esempio, l elenco degli studenti di una classe, così come appare sul registro. 1 Abbiati Mario 2 Bonaldi Piera 3 Casati Luigi 4 Esposito Salvatore Vivaldi Giuseppe A ogni studente è associato un numero di posizione e ogni numero individua uno studente. In questo esempio, ogni elemento del vettore è di tipo stringa (per contenere il cognome e nome dello studente) e ogni elemento è individuato da un numero, detto indice. La dimensione del vettore è 24. Oppure consideriamo un quadrilatero irregolare in cui ogni lato ha una misura diversa Possiamo scrivere: LATO MISURA Ogni elemento dell esempio precedente è un dato di tipo numerico (la misura del lato) e per ogni misura è presente un indice che è il numero del lato; la dimensione è Vettori in C++ L istruzione per definire un vettore ha il seguente formato: dove: tipo nomevettore [dimensione]; tipo specifica il tipo di dato comune a tutte le componenti; nomevettore è il nome collettivo delle componenti del vettore; dimensione è il numero degli elementi contenuti nel vettore. Riprendendo gli esempi del paragrafo precedente, per definire il vettore che contiene i nomi dei 24 studenti di una classe possiamo scrivere: int dim = 24; string Studenti [dim]; 172

13 Unità didattica 10 - Enumerazioni e array Per definire le misure dei lati di un quadrilatero: int dim=4; int misure [dim]; È buona norma definire la dimensione del vettore come variabile (nel nostro caso: dim): in questo modo eventuali variazioni della dimensione richiedono un solo intervento nel codice. Si ricordi che l intervallo dei valori possibili per l indice di un vettore parte da 0 e arriva fino a dimensione 1. In base a questa regola, nell esempio dell elenco degli studenti il primo studente (Abbiati Mario) è individuato dall indice 0 e l ultimo (Vivaldi Giuseppe) dall indice 23. Quando si lavora con una variabile di tipo vettore, occorre sempre, all interno del programma, indicare sia il nome della variabile sia l indice che individua la componente del vettore che vogliamo trattare; per esempio, per assegnare al primo elemento del vettore la misura del primo lato, si scrive: misure[0] = 15 Si noti che l indice va indicato racchiuso tra parentesi quadre dopo il nome della variabile. Per assegnare a ciascun lato la misura corrispondente, si scrive: misure[1] = 8 misure[2] = 7 misure[3] = 16 Dal punto di vista concettuale, possiamo pensare che in memoria è presente una struttura di questo tipo: Alcuni esempi di istruzioni sugli elementi di un vettore Sempre riferendosi alle misure dei lati di un quadrilatero, per scrivere la misura del terzo lato si utilizza la seguente istruzione: cout << misura terzo lato = << misure[2]; Per sommare le misure del primo e del quarto lato, si utilizza la seguente istruzione: somma = misure[0]+ misure[3] VETTORE misure indice Spesso nasce l esigenza di accedere a tutti gli elementi di un vettore o, come si usa dire, di visitare tutti gli elementi del vettore per poter eseguire una elaborazione su ciascuno di essi. In questo caso, torna molto utile ricorrere alla struttura della ripetizione con contatore: attraverso di essa si utilizza un indice che assume tutti i valori che vanno da 0 a dimensione 1 del vettore e che serve per riferirsi a ciascun elemento. Esempio Perimetro... Dopo avere definito e inizializzato un vettore che contenga le misure dei lati di un quadrilatero, visualizzare la misura del perimetro. 173

14 Sezione 4 - Strutture dei dati Descrizione della soluzione Le istruzioni per definire l array e per assegnargli i valori iniziali sono già state viste in questo paragrafo. Per sommare tutti i lati del quadrato si definisca un ciclo for con l indice che va da 0 a 3 e che permette di accedere a tutti e quattro i lati del quadrilatero, vale a dire a tutti e quattro gli elementi del vettore delle misure. Pseudocodifica //struttura dati vettore delle misure dei lati //input //tutti i dati sono definiti all interno del programma //output perimetro //variabili di lavoro i //indice per ciclo for INIZIO //inizializza il vettore delle misure misure[0] 15 misure[1] 8 misure[2] 7 misure[3] 16 //inizializza perimetro perimetro 0 //visita il vettore PER i DA 0 A dim 1 perimetro = perimetro + misure[i] //somma le misure ad 1 ad 1 FINE PER FINE scrivi (Perimetro) Codice Perimetro.cpp 1 #include <iostream> 2 using namespace std; 3 4 //INIZIO 5 int main () 6 { 7 //struttura del vettore 8 const int dim=4; 9 int misure[dim]; int i; //contatore per ciclo for 12 int perim; //dato di output //inizializza il vettore misure 174

15 Unità didattica 10 - Enumerazioni e array 15 misure[0] = 15; 16 misure[1] = 8; 17 misure[2] = 7; 18 misure[3] = 16; //inizializza perimetro 21 perim = 0; //visita il vettore 24 for(i=0; i<dim; i++) 25 { 26 perim = perim + misure[i]; //somma le misure ad 1 ad 1 27 } //scrivi perimetro 30 cout<<"perimetro = "<<perim; //fine programma 33 cout << "\n\nfine "; 34 system ("pause"); 35 return 0; 36 } Prova di esecuzione Analisi del codice Alla riga 8 viene indicata la dimensione del vettore, che in questo caso è costante, e alla riga 9 viene definita la struttura del vettore di nome misure e di dimensione dim. Alle righe da 15 a 18 viene inizializzato il vettore misure assegnando un valore a ogni componente. Alla riga 24 comincia la visita del vettore grazie al ciclo for (con l indice che, a partire da 0, assume tutti i valori minori di dim). Alla riga 26 la visita consiste nel sommare in perim ogni elemento del vettore misure. Le istruzioni di inizializzazione usate nell esempio precedente possono essere sostituite da una scrittura più compatta. Nel codice Perimetro.cpp le righe da 15 a 18 servono per assegnare i valori iniziali alle componenti del vettore misure. Le riportiamo di seguito. misure[0] = 15; misure[1] = 8; misure[2] = 7; misure[3] = 16; L operazione precedente può essere realizzata assegnando direttamente i valori delle componenti in fase di definizione del vettore. Quindi le sette righe di codice 7 const int dim=4; 8 int misure[dim]; 175

16 Sezione 4 - Strutture dei dati //inizializza il vettore misure 15 misure[0] = 15; 15 misure[1] = 8; 16 misure[2] = 7; 17 misure[3] = 16; possono essere sostituite dalla seguente scrittura più veloce : int [] misure = new int [] {15, 8, 7, 16}; Si noti che non è neppure necessario specificare la dimensione del vettore Caricamento di un vettore in memoria Nel paragrafo precedente è stato illustrato un esempio di trattamento di un vettore, ipotizzando che i suoi valori fossero caricati all interno del codice del programma. Nell esempio che segue, viene illustrato come si può fare in modo che sia l utente a caricare direttamente in un vettore i valori che desidera. Inizialmente, consideriamo il caso in cui la dimensione del vettore è nota a priori. Esempio arraycarica... Consentire l inserimento da tastiera dei valori di un vettore di interi con dimensione fissa = 5. Descrizione della soluzione Dopo avere definito un vettore di 5 interi, si eseguono due visite sugli elementi del vettore: la prima contiene il blocco di istruzioni che permette di caricare i dati inseriti da tastiera in ciascun elemento del vettore; la seconda viene utilizzata per visualizzare i dati caricati. Pseudocodifica //costanti dimensione = 5 //struttura dati vettore di 5 interi //input serie di 5 numeri //output vettore di 5 interi INIZIO PER ogni elemento del vettore richiedi dato carica dato FINE PER PER ogni elemento del vettore scrivi (elemento) FINE PER FINE 176

17 Unità didattica 10 - Enumerazioni e array Codice arraycarica.cpp 1 #include <iostream> 2 using namespace std; 3 4 //INIZIO 5 int main () 6 { 7 //definisci il vettore di 5 elementi 8 const int dim = 5; 9 10 //definisci la struttura dati 11 int vett [dim]; //ciclo for x caricare vettore 14 for (int i=0; i<dim; i++) 15 { 16 //richiedi un dato 17 cout<<"inserisci un dato "; 18 cin>>vett[i]; 19 } cout<<"\ncontenuto del vettore: "; //visita il vettore 24 for (int i=0; i<dim; i++) 25 { 26 cout<<" "<<vett[i]; //scrivi elemento di posto i 27 } 28 cout<<"\nvettore visualizzato"; //fine programma 31 cout << "\n\nfine "; 32 system ("pause"); 33 return 0; 34 } Prova di esecuzione Analisi del codice Alla riga 14 viene introdotto il ciclo for per il caricamento dei dati nel vettore. L indice i è definito in modo locale rispetto all istruzione for. 177

18 Sezione 4 - Strutture dei dati Alla riga 18 il dato inserito da tastiera viene assegnato all elemento vett con indice i, dove i, grazie al ciclo for, assume, di volta in volta, i valori che vanno da 0 a 4. Alla riga 24 la scrittura degli elementi del vettore viene realizzata con un secondo ciclo for. Alla riga 26 ogni elemento del vettore viene scritto sulla stessa riga dei precedenti. Solo alla fine del ciclo for, alla riga 28, si va a capo per scrivere una nuova riga di messaggio Array di dimensione variabile Allo scopo di fornire all utente strumenti flessibili, vediamo di perfezionare ulteriormente gli esempi fin qui visti, in modo da realizzare un programma che permetta all utente di caricare un vettore la cui dimensione è definita dall utente stesso. Nell esempio del paragrafo precedente è stata data la possibilità di caricare i dati di un array da tastiera, ma la dimensione del vettore era definita come costante uguale a 5. Nulla vieta, però, di acquisire da tastiera la dimensione del vettore e di definire il vettore stesso solo dopo avere avuto a disposizione la dimensione scelta dall utente. Esempio arrayvaria... Permettere l inserimento da tastiera dei valori di un vettore di interi. Anche la dimensione del vettore è acquisita da tastiera e deve essere inferiore a 20. Descrizione della soluzione L algoritmo e il programma che viene presentato si discostano dal precedente soltanto perché la dimensione non è definita come costante, ma è letta da tastiera. Pseudocodifica //costanti dimensione massima = 20 //struttura dati vettore di interi //input dimensione serie di n interi (n = dimensione) //output vettore di interi INIZIO leggi (dimensione) PER ogni elemento del vettore chiedi dato carica dato FINE PER PER ogni elemento del vettore scrivi (elemento) FINE PER FINE Codice 1 #include <iostream> 2 using namespace std; arrayvaria.cpp 178

19 Unità didattica 10 - Enumerazioni e array 3 4 //INIZIO 5 int main () 6 { 7 const int MAX = 20; //dimensione massima per il vettore 8 int dim; 9 int i; //definisci il vettore 12 int vett[max]; //acquisisci e controlla la dimensione 15 do 16 { 17 cout<<"\ninserisci la dimensione (max = 20) " 18 cin>>dim; 19 } 20 //controlla il rispetto dei limiti 21 while (dim < 1 dim > MAX); //salta una riga 24 cout<<"\n"; for (i=0; i<dim; i++) 27 { 28 //richiedi un dato e caricalo nel vettore 29 cout<<"inserisci un dato "; 30 cin>>vett[i]; 31 } cout<<"\ncontenuto del vettore: "; 34 //visita il vettore 35 for (i=0; i<dim; i++) 36 { 37 cout<<" "<<vett[i]; 38 } 39 cout<<"\nvettore visualizzato"; //fine programma 42 cout << "\n\nfine "; 43 system ("pause"); 44 return 0; 45 } Prova di esecuzione 179

20 Sezione 4 - Strutture dei dati Analisi del codice Alla riga 7 viene definita la costante intera MAX, che rappresenta la dimensione massima per il vettore. Tale dimensione è posta pari a 20, così come richiesto dal testo del problema. Alla riga 8 è definita la variabile dim, in cui viene memorizzata la dimensione effettiva del vettore inserita da tastiera. Alla riga 12 viene definito il vettore di dimensione MAX, di cui verranno utilizzate soltanto le prime dim posizioni. Alle righe 17 e 18 viene rispettivamente richiesto e acquisito il valore di dim; le elaborazioni successive del vettore fanno riferimento solo a questo valore, come si può vedere alle righe 26 e 35. Alla riga 21 viene eseguito un controllo sul valore dim inserito da tastiera: soltanto se rientra tra i limiti imposti dal problema (è cioè compreso tra 1 e MAX) l elaborazione può procedere. Alla riga 24 viene immessa a video una riga vuota, per separare le istruzioni di acquisizione della dimensione dalla fase di caricamento e stampa dei dati del vettore. Tale fase è identica a quella già vista nell esempio ArrayCarica Matrici Nei paragrafi precedenti abbiamo visto come lavorare con array a una dimensione, vale a dire con array che hanno un unico indice di individuazione degli elementi che li compongono. È possibile, tuttavia, definire anche array a due o più dimensioni. Solitamente, gli array a una dimensione prendono il nome di vettori, mentre gli array a due dimensioni sono detti matrici. Come già visto, un array a una dimensione è definito da un nome e da una dimensione, con una sintassi del tutto simile a quella riportata di seguito. const int dim = 4; int vettore[dim]; Se, per esempio, è dato il vettore: VETTORE Dati Indice avremo che l elemento Vettore[2] contiene il valore 11. Per definire una matrice, invece, occorre specificare due o più dimensioni. Una matrice è un insieme di dati dello stesso tipo organizzati in una griglia: ogni elemento che compone la matrice è individuato dall indice di riga e dall indice di colonna in cui l elemento è posizionato. In C++ la definizione della struttura di una matrice è analoga alla definizione di un array a una dimensione. Per esempio, se si scrive: int matrice[3][4] 180

21 Unità didattica 10 - Enumerazioni e array s intende che la struttura di nome matrice è composta da 3 righe e 4 colonne, come mostrato nell esempio che segue. MATRICE Righe Colonne 3 Per elaborare un singolo elemento della matrice occorre specificare il numero di riga e il numero di colonna. Con riferimento alla matrice precedente, si può dire che 18 è contenuto nella cella individuata da matrice[1][2]. Esempio MatriceCarica... Caricare i dati di una matrice di interi con numero di righe e numero di colonne non superiore a 20. Scrivere il contenuto della matrice. Descrizione della soluzione Il limite di 20 è posto per non definire in memoria una struttura troppo ingombrante. Il programma è organizzato in tre parti. La prima parte serve per acquisire il numero di righe e il numero di colonne e per preparare la matrice. Quando viene acquisito il numero di righe, viene controllato che questo non ecceda il limite di 20: se ciò accade, il programma richiede di nuovo l inserimento del dato e così succede per il numero delle colonne. La matrice è inizialmente definita come un array con dimensioni massime: solo dopo avere acquisito il numero di righe e di colonne vengono definite le sue dimensioni effettive. La seconda parte consiste nel caricamento dei dati nella matrice. Vengono utilizzati due indici: i per le righe e j per le colonne. Per il caricamento si consideri ogni riga della matrice come un vettore e si proceda come negli esempi del paragrafo precedente al caricamento del vettore attraverso una ripetizione enumerativa con l indice j che va da 0 al numero di colonne 1. Tale iterazione viene nidificata in una ripetizione più esterna che ripete l operazione di acquisizione per tutte le righe della matrice, con l indice i che varia da 0 al numero di righe 1. Per la terza e ultima parte, la stampa della matrice, di nuovo si devono organizzare due cicli for uno interno all altro: il più interno serve per visitare gli elementi di una riga mentre l esterno serve per ripetere tale operazione su tutte le righe. Occorre avere l accortezza di scrivere gli elementi di una stessa riga senza andare a capo e di andare a capo solo alla fine della riga della matrice, cioè alla fine del ciclo for più interno. Pseudocodifica Costante MAX = 20 //struttura dati Matrice di interi //input Righe Colonne //limite massimo per le dimensioni della matrice 181

22 Sezione 4 - Strutture dei dati Serie di numeri per caricare la matrice //output Matrice //variabili di lavoro i indice di riga j indice di colonna INIZIO //acquisisci numero delle righe RIPETI leggi (righe) //controlla rispetto dei limiti MENTRE righe < 1 OR righe > 20 //acquisisci numero delle colonne RIPETI leggi (colonne) //controlla rispetto dei limiti MENTRE colonne < 1 OR colonne > 20 //carica dati nella matrice PER i DA 0 A righe 1 PER j DA 0 A colonne 1 chiedi dato carica dato FINE PER FINE PER //visita la matrice PER i DA 0 A righe 1 PER j DA 0 A colonne 1 scrivi (matrice [i, j]) FINE PER vai a capo FINE PER FINE Codice MatriceCarica.cpp 1 #include <iostream> 2 #include <iomanip> 3 using namespace std; 4 5 //INIZIO 6 int main () 7 { 8 const int MAX = 20; //dimensione massima per la matrice 9 10 //definisci la matrice 11 int mat[max][max]; 12 int righe; 13 int colonne; 182

23 Unità didattica 10 - Enumerazioni e array 14 int i; 15 int j; //acquisisci numero delle righe 18 do 19 { 20 cout<<"\ninserisci il numero righe (max="<<max<<") "; 21 cin>>righe; 22 } 23 //controlla il rispetto dei limiti 24 while (righe < 1 righe > MAX); //acquisisci numero delle colonne 27 do 28 { 29 cout<<"\ninserisci il numero colonne (max="<<max<<") "; 30 cin>>colonne; 31 } 32 //controlla il rispetto dei limiti 33 while (colonne < 1 colonne > 20); cout<<"\n"; //carica dati nella matrice 38 for (i=0; i<righe; i++) //per ogni riga della matrice 39 { 40 for (j=0; j<colonne; j++) //per ogni elemento della riga 41 { 42 //richiedi un dato e caricalo nella matrice 43 cout<<"inserisci un dato "; 44 cin>>mat [i][j]; 45 } 46 } cout<<"\ncontenuto della matrice: \n"; 49 //visita la matrice 50 for (i=0; i<righe; i++) //per ogni riga della matrice 51 { 52 for (j=0; j<colonne; j++) //per ogni elemento della riga 53 { 54 //scrivi gli elementi di una riga 55 //uno di seguito all'altro, con ingombro pari a 6 caratteri 56 cout<<setw(6)<<mat[i][j]; 57 } 58 //alla fine della riga va a capo 59 cout<<"\n"; 60 } cout<<"\nmatrice visualizzata"; //fine programma 65 cout << "\n\nfine "; 66 system ("pause"); 67 return 0; 68 } 183

24 Sezione 4 - Strutture dei dati Prova di esecuzione 184 Analisi del codice Alla riga 11 viene definita la struttura della matrice, che viene identificata con il nome mat e per la quale è specificato il numero delle righe e delle colonne. Alle righe 20 e 21 viene acquisito il numero di righe che compongono la matrice; le istruzioni di acquisizione sono inserite all interno di una ripetizione che serve per controllare se il numero digitato rientra nei limiti imposti (da 1 a 20). Alle righe 29 e 30 viene definito un processo analogo per l acquisizione del numero di colonne. Alla riga 38 inizia il caricamento dei dati nella matrice: il primo ciclo for serve per ripetere le operazioni sottostanti per tutte le righe. Alla riga 40 viene definito il ciclo for più interno, che permette di muoversi all interno di una riga, e per ogni elemento della riga viene acquisito il dato da inserire come indicato alle righe 43 e 44. In particolare, alla riga 44, il dato letto da tastiera viene assegnato a una casella della matrice di nome mat individuata dai due indici i e j. Alla riga 50 inizia la scrittura dei dati della matrice: l impostazione generale del codice successivo è analoga a quella precedente relativa al caricamento dei dati: la differenza principale è che, nel ciclo for più interno, l istruzione di scrittura indicata alla riga 56 permette di scrivere i dati uno di seguito all altro, mentre alla riga 59 è indicata l istruzione per andare a capo. Tale istruzione non rientra nel ciclo for interno, ma fa parte del ciclo for esterno, così che essa venga eseguita solo alla fine di ogni riga e venga ripetuta per ogni riga.... Allo scopo di acquisire dimestichezza con i problemi relativi al trattamento delle matrici, viene presentato un secondo esempio. Esempio TotaleRighe... Caricare i dati di una matrice di interi con numero di righe e numero di colonne non superiore a 20. Scrivere il contenuto della matrice e indicare per ogni riga il totale dei valori in essa contenuti. Descrizione della soluzione La prima parte della richiesta del problema è identica a quella dell esempio precedente; si tratta solo di intervenire nella parte relativa alla visualizzazione del contenuto della matrice e inserire in questa parte le istruzioni per comunicare i totali di riga.

25 Unità didattica 10 - Enumerazioni e array Si definisca una variabile totriga in cui accumulare i valori di ciascuna riga e, con riferimento al segmento di codice relativo alla scrittura della matrice, si inseriscano le istruzioni che servono per: 1. inizializzare totriga; 2. sommare in totriga i valori di una riga della matrice; 3. scrivere totriga. Pseudocodifica Costante Max = 20 //limite massimo per le dimensioni della matrice //struttura dati matrice di interi //input Righe Colonne Serie di numeri per caricare la matrice //output matrice totaleriga //variabili di lavoro i indice di riga j indice di colonna INIZIO.... //parte uguale all esempio precedente.... //visita la matrice PER i DA 0 A righe 1 totriga 0 PER j DA 0 A colonne 1 scrivi (matrice [i, j]) totriga totriga + mat [i, j] FINE PER scrivi (totriga) e vai a capo FINE PER FINE Codice TotaleRighe.cpp 1 #include <iostream> 2 #include <iomanip> 3 using namespace std; 4 5 //INIZIO 6 int main () 7 { 8 const int MAX = 20; //dimensione massima per la matrice 9 10 //definisci la matrice 11 int mat[max][max]; 12 int righe; 185

26 Sezione 4 - Strutture dei dati 13 int colonne; 14 int i; 15 int j; 16 int totriga; //acquisisci numero delle righe 19 do 20 { 21 cout<<"\ninserisci il numero righe (max="<<max<<") "; 22 cin>>righe; 23 } 24 //controlla il rispetto dei limiti 25 while (righe < 1 righe > MAX); //acquisisci il numero delle colonne 28 do 29 { 30 cout<<"\ninserisci il numero colonne (max="<<max<<") "; 31 cin>>colonne; 32 } 33 //controlla il rispetto dei limiti 34 while (colonne < 1 colonne > MAX); //salta una riga 37 cout<<"\n"; //carica la matrice 40 for (i=0; i<righe; i++) //per ogni riga della matrice 41 { 42 for (j=0; j<colonne; j++) //per ogni elemento della riga 43 { 44 //richiedi un dato e caricalo nella matrice 45 cout<<"inserisci un dato "; 46 cin>>mat [i][j]; 47 } 48 } cout<<"\ncontenuto della matrice: \n"; 51 cout<<setw(14)<<"totale"<<endl; //visita la matrice 54 for (i=0; i<righe; i++) //per ogni riga della matrice 55 { 56 totriga = 0; 57 for (j=0; j<colonne; j++) //per ogni elemento della riga 58 { 59 //scrivi gli elementi di una riga 60 //uno di seguito all'altro, con ingombro pari a 4 caratteri 61 cout<<setw(4)<<mat[i][j]; //accumula i valori in totriga 64 totriga = totriga + mat[i][j]; 65 } 66 //alla fine della riga scrivi il totale 67 //e vai a capo 186

27 Unità didattica 10 - Enumerazioni e array 68 cout<<setw(6)<<totriga<<endl; 69 } cout<<"\nmatrice visualizzata"; //fine programma 74 cout << "\n\nfine "; 75 system ("pause"); 76 return 0; 77 } Prova di esecuzione Analisi del codice Le righe 56 e 68 realizzano rispettivamente l inizializzazione e la scrittura a video di totriga; poiché queste due operazioni devono essere fatte una volta sola per ogni riga, esse sono poste all interno del ciclo for più grande, ma all esterno del ciclo for più interno. Alla riga 64 è indicata l istruzione per totalizzare i singoli valori di ogni elemento di ogni riga, pertanto essa è posta all interno del ciclo for più interno Passaggio di un vettore come parametro a una funzione Nell Unità didattica 9 è stato affrontato l argomento del passaggio dei parametri dal main alla funzione; in particolare, è stata spiegata la differenza tra passaggio per valore e per riferimento. I parametri presi in considerazione erano, tuttavia, dati di tipo semplice, non dati strutturati come un vettore o una matrice. Nel caso in cui i parametri da passare siano array occorre rispettare alcune particolarità sintattiche, che sono oggeto di questo paragrafo. Vediamo da subito un esempio. Esempio funzioniarray... Acquisire da tastiera un vettore di dimensione non superiore a 20 righe e stamparlo. Per la realizzazione del programma utilizzare tre funzioni, i cui nomi sono chiedidim, leggi- Vettore, scrivivettore. 187

28 Sezione 4 - Strutture dei dati Lo sviluppo top-down del programma è illustrato nella figura a destra. main Chiedi dimensione Leggi vettore Scrivi vettore Codice funzioniarray.cpp 1 #include <iostream> 2 using namespace std; 3 4 const int MAX = 20; //dimensione massima per il vettore 5 int dim; //dimensione acquisita da tastiera 6 int i; 7 8 //funzione per leggere la dimensione 9 int chiedidim (int &d) 10 { 11 //acquisisci e controlla la dimensione 12 do 13 { 14 //chiedi e leggi la dimensione 15 cout<<"\ninserisci la dimensione "; 16 cin>>d; 17 } 18 //controlla il rispetto dei limiti 19 while (d < 1 d > MAX); 20 return d; 21 } //funzione per leggere il vettore 24 void leggivettore (int v[], int d) 25 { 26 for (i=0; i<d; i++) 27 { 28 //richiedi un dato e caricalo nel vettore 29 cout<<"inserisci un dato "; 30 cin>>v[i]; 31 } 32 } //funzione per scrivere il vettore 35 void scrivivettore (int v[], int d) 36 { 37 cout<<"\ncontenuto del vettore: "; 38 //visita il vettore 39 for (i=0; i<d; i++) 40 { 41 cout<<" "<<v[i]; 42 } 43 cout<<"\nvettore visualizzato"; 44 }

29 Unità didattica 10 - Enumerazioni e array 46 //INIZIO 47 int main () 48 { 49 //definisci il vettore con dimensione MAX 50 int vett[max]; //richiama la funzione per acquisire la dimensione del vettore 53 dim = chiedidim (dim); //salta una riga 56 cout<<"\n"; //richiama la funzione leggivettore 59 leggivettore(vett,dim); //richiama la funzione scrivivettore 62 scrivivettore(vett,dim); //fine programma 65 cout << "\n\nfine "; 66 system ("pause"); 67 return 0; 68 } Prova di esecuzione Risulta del tutto uguale a quella dell esempio ArrayVaria. Analisi del codice Dalla riga 9 alla riga 21 è sviluppata la funzione chiedidim. Si noti che nell intestazione della funzione (riga 9) il parametro d richiede il passaggio per riferimento (&d), quindi le variazioni del contenuto della variabile d hanno effetto sulla variabile globale dim, quando questa verrà passata alla funzione alla riga 53. Alla riga 59 viene richiamata la funzione leggivettore, che è sviluppata dalla riga 24 alla riga 32 del codice. Si noti che alla riga 59 l argomento vett non riporta né la dimensione né l indicazione che si tratta di un array, e che il parametro v[] presente nell intestazione della funzione alla riga 24 si limita a ricordare, con la presenza delle parentesi quadre, che si tratta di un vettore e non di un dato elementare; inoltre v[] non è preceduto dal carattere & per richiederne il passaggio per riferimento, in quanto tale modalità di passaggio di parametri è in questo caso automatica. Analoghe considerazioni valgono per la funzione scrivivettore: in particolare, è da notare che il passaggio dei parametri per riferimento è indispensabile per la funzione leggivettore, ma non per scrivivettore. Nel caso in cui si voglia lavorare con array a più di una dimensione i richiami alla funzione leggivettore (che in questo caso si può chiamare leggimatrice) mantengono la stessa sintassi indicata nell esempio, con l argomento privo di dimensioni, mentre nell intestazione della funzione il parametro che si riferisce alla struttura multidimensionale DEVE contenere la specifica di tutte le dimensioni tranne la prima. Per esempio, se si vuole lavorare sulla matrice quadrata matr di ordine MAX, per richiamare la funzione leggimatrice si deve scrivere l istruzione che segue. leggimatrice(matr,... ); mentre l intestazione della funzione assume la forma indicata di seguito. void scrivimatrice (int m[][max],... )

30 Sezione 4 - Strutture dei dati Esercizi Unità didattica 10 Dopo aver caricato in memoria un vettore di interi con dimensione d (con d inserito da tastiera), calcolare la somma dei valori contenuti nel vettore. Dopo aver caricato in memoria un vettore di interi con dimensione d (con d inserito da tastiera), azzerare il primo elemento del vettore. Dopo aver caricato in memoria un vettore di interi con dimensione d (con d inserito da tastiera), azzerare l ultimo elemento del vettore. Dopo aver caricato in memoria un vettore di interi con dimensione d (con d inserito da tastiera), azzerare l elemento di posto n, con n dato in input. Dopo aver caricato in memoria un vettore di interi con dimensione d (con d inserito da tastiera), calcolare la media dei valori contenuti nel vettore. Dopo aver caricato in memoria un vettore di interi con dimensione d (con d inserito da tastiera), calcolare la media dei valori contenuti nel vettore. Successivamente scrivere gli elementi del vettore che hanno valore superiore alla media. Dopo aver caricato in memoria un vettore di interi con dimensione d (con d inserito da tastiera), calcolare la media dei valori contenuti nel vettore. Successivamente contare gli elementi del vettore che hanno valore superiore alla media. Dopo aver caricato in memoria un vettore di interi con dimensione d (con d inserito da tastiera), calcolare la media dei valori contenuti nel vettore. Successivamente creare un nuovo vettore che contenga gli elementi del vettore iniziale che hanno valore superiore alla media. Dopo aver caricato in memoria un vettore di interi con dimensione d (con d inserito da tastiera), scrivere gli elementi pari contenuti nel vettore. Dopo aver caricato in memoria un vettore di interi con dimensione d (con d inserito da tastiera), scrivere gli elementi di posto pari contenuti nel vettore. Dopo aver caricato in memoria un vettore di interi con dimensione d (con d inserito da tastiera), creare un nuovo vettore che contenga gli elementi pari del vettore iniziale. Dopo aver caricato in memoria un vettore di interi con dimensione d (con d inserito da tastiera), inserire in testa al vettore un nuovo elemento. Scrivere il vettore iniziale e il vettore modificato. (Suggerimenti: poiché deve essere inserito un nuovo elemento il vettore deve essere definito con dimensione pari a d + 1; in testa al vettore vuol dire al posto 0 del vettore; per fare spazio al nuovo elemento, i dati preesistenti devono essere spostati di un posto a destra). Dopo aver caricato in memoria un vettore di interi con dimensione d (con d inserito da tastiera), inserire in coda al vettore un nuovo elemento. Scrivere il vettore iniziale e il vettore modificato. (Suggerimenti: poiché deve essere inserito un nuovo elemento il vettore deve essere definito con dimensione pari a d + 1; In coda al vettore vuol dire dopo l ultimo elemento del vettore; per fare spazio al nuovo elemento, basta aumentare la dimensione iniziale). 190