ELEMENTI DI PROGRAMMAZIONE LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE: LE BASI. Andrea Prevete - UNINA2 - a.a. 2009/10

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1 ELEMENTI DI PROGRAMMAZIONE LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE: LE BASI 1

2 PROGRAMMAZIONE: LE BASI Un computer digitale è un dispositivo che elabora simboli codificati (a partire da un alfabeto finito di simboli primitivi, cifre o digit ) così che, opportunamente interpretati, i simboli di partenza e quelli terminali costituiscono rispettivamente la descrizione di un problema e la sua soluzione. 2

3 PROGRAMMAZIONE: LE BASI Osservando l azione di un repertorio di quadruple che duplica una sequenza di 1 sul nastro di una macchina di Turing possiamo ragionevolmente interpretare il tutto affermando che la macchina ha eseguito una moltiplicazione per due. Immaginiamo però di voler determinare le quadruple capaci, dato due interi qualsiasi x ed y, di eseguire l operazione x y. Il compito ci appare fastidioso ed innaturale! 3

4 PROGRAMMAZIONE: LE BASI Il codice base delle quadruple è evidentemente sufficiente alla macchina per manipolare efficientemente i suoi simboli-nastro, ma prolisso e non intuitivo rispetto alle nostre necessità di descrivere dati e passi risolutivi di un problema! 4

5 PROGRAMMAZIONE: LE BASI Allo stesso modo una sequenza di istruzioni di una macchina di Von Neumann (quindi il PC che abbiamo in questo momento sulla scrivania!), pur perfetta per manipolare efficientemente i contenuti di celle di memoria e registri, è interpretabile per i macroeffetti che produce (e quindi al livello del problema!) solo a patto di un esame attento e minuzioso 5

6 PROGRAMMAZIONE: LE BASI Esempio di sequenza per stampare le parole immesse dalla tastiera (processore x86): READ_STRING: MOV BX, KEYBOARD MOV CX, L_BUFFER LEA DX, BUFFER MOV AH, 3FH INT 21H MOV BYTES_READ, AX CMP BYTES_READ, 0 JE FINISHED MOV BX, PRINTER MOV CX, BYTES_READ LEA DX, BUFFER MOV AH, 40H INT 21H JMP READ_STRING FINISHED: 6

7 PROGRAMMAZIONE: LE BASI Fortunatamente, in tutti i moderni sistemi di elaborazione, l interazione con la macchina reale è mediata da almeno due componenti fondamentali.. 1) il Sistema Operativo, che garantisce la virtualizzazione di tutta una serie di servizi fondamentali quali la gestione della memoria fisica, delle periferiche, dell interfaccia utente, etc. 2) i linguaggi di programmazione cosiddetti di alto livello, che consentono di progettare e realizzare compiti elaborativi concentrandosi sul livello del problema e quindi astraendo dalle specifiche tecniche della macchina fisica. 7

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10 PROGRAMMAZIONE: LE BASI L insieme di istruzioni scritte in un linguaggio di programmazione ad alto livello prende il nome di codice sorgente ed è generalmente contenuto in uno o più file le cui estensioni caratterizzano linguaggio usato, per es: mioprog.c, o mioprog.cpp 10

11 PROGRAMMAZIONE: LE BASI La definizione di un Linguaggio richiede : 1) Un alfabeto, cioè l insieme di simboli con cui si può costruire il suo lessico, ovvero i termini del linguaggio 2) Una sintassi, quindi le regole di composizione dei termini in frasi ben formate del linguaggio 3) Una semantica, cioè il significato delle frasi ben formate del linguaggio Un parser o analizzatore sintattico per un linguaggio è una procedura che analizza frasi del linguaggio stesso accettando solo quelle ben formate nel senso visto sopra. 11

12 PROGRAMMAZIONE: LE BASI Perché possano essere eseguite da una macchina reale le istruzioni scritte in un linguaggio di alto livello devono essere tradotte nelle corrispondenti istruzioni native della macchina che li eseguirà. Questo processo può avvenire essenzialmente utilizzando due strategie: Un processo di compilazione Un processo di interpretazione 12

13 PROGRAMMAZIONE: LE BASI Sintetizzando Un compilatore traduce definitivamente uno o più file contenenti le istruzioni in linguaggio ad alto livello producendo il cosiddetto file eseguibile: > compila file_sorgente.src file_eseguibile.exe A questo punto il file eseguibile può essere lanciato ogni volta che si vuole e senza ulteriori interventi del compilatore: > esegui file_eseguibile.exe Vantaggi: La traduzione, come detto sopra, è realizzata una volta sola e l eseguibile è quindi sempre pronto per essere lanciato Svantaggi: Per eseguire il programma su macchine diverse occorre compilare ogni volta i sorgenti! 13

14 PROGRAMMAZIONE: LE BASI Un Interprete, invece, ogni volta che viene chiamato in causa traduce ed esegue una per volta le istruzioni contenute nel file sorgente: > Interpreta file_sorgente.src Vantaggi: L interpretazione è più flessibile, perché è possibile eseguire lo stesso file sorgente su macchine diverse Svantaggi: E sicuramente meno efficiente dovendo ogni volta, prima di eseguire, tradurre da linguaggio sorgente a linguaggio macchina 14

15 PROGRAMMAZIONE: LE BASI Sono possibili ibridazioni fra le due tecniche (per es. Java): Le istruzioni vengono tradotte in un linguaggio intermedio (bytecode) indipendente dalla macchina, quindi interpretate ed eseguite. Il primo passo viene eseguito da un compilatore Il secondo da un interprete > compila file_sorgente.src file_intermedio.obj > interpreta file_intermedio.obj Sono quindi assicurati i vantaggi dei due approcci: Il metodo è efficiente perché il linguaggio intermedio è molto vicino al linguaggio macchina e la sua interpretazione - ed esecuzione - è veloce è anche flessibile perché è possibile eseguire il codice intermedio su macchine diverse 15

18 PROGRAMMAZIONE: LE BASI UNA TASSONOMIA PER I LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE - Linguaggi imperativi Basati sul concetto di assegnamento: le istruzioni sono sostanzialmente operazioni di modifica delle strutture dati [es: Fortran, Cobol, Pascal, C, Basic] - Linguaggi funzionali Basati sul concetto di funzione: le istruzioni sono funzioni che vengono valutate [es: Lisp] - Linguaggi logici Basati sul concetto di dimostrazione: le istruzioni esprimono relazioni logiche tra input e output [es: Prolog] - Linguaggi ad oggetti Basati sul concetto di dato come oggetto attivo, in grado di ricevere e inviare messaggi [es: Smalltalk, C++, CLOS, Java] - Linguaggi di scripting Linguaggi di programmazione interpretati che sono destinati in genere a compiti di automazione del sistema o delle applicazioni (macro), o ad essere usato all'interno delle pagine web. [es: Javascript, Php, Asp, Jsp, Python] 18

19 PROGRAMMAZIONE: LE BASI Nella restante parte del corso avremo a che fare essenzialmente con linguaggi imperativi. Ribadiamo, a scanso di equivoci, che tutte le tipologie di linguaggi prima citate sono equipotenti in termini di ampiezza della classe di problemi che possono affrontare e risolvere. Scegliere un tipo di linguaggio piuttosto che un altro significa optare per una certa prospettiva di descrizione di un problema, selezionare una metodologia di approccio alla soluzione non certo dotarsi di strumenti più o meno potenti. 19

20 PROGRAMMAZIONE: LE BASI Passiamo finalmente ad occuparci di cosa concretamente ci rende disponibile un linguaggio di tipo imperativo, sia in termini di descrizione dei dati che di strumenti risolutivi. Cominciamo con l osservare che fondamentalmente un problema è sempre caratterizzato da dei dati in ingresso su cui vogliamo operare per ottenere un risultato. Quindi avremo bisogno di svolgere dei calcoli e di mettere da parte dei risultati parziali. Per fare ciò, ci viene incontro la nozione di contenitore dei dati, cioè un astrazione della nozione di area di memoria contenente dei dati. Tale contenitore di dati è detta variabile di un programma. In un programma avremmo tante variabili quanti sono i dati che ci interessa memorizzare! Ogni contenitore di dati (variabile) avrà un tipo; a seconda del tipo di variabile, avremo un insieme di elementi rappresentabili ed un insieme di operazioni possibili su di essa. 20

21 PROGRAMMAZIONE: LE BASI Certamente avremo a che fare con variabili di tipo intero (int); ciascuna di queste variabili occuperà tipicamente 4 byte in memoria (32 bit) e permetterà di rappresentare un intervallo di numeri interi. Tra le operazioni possibili incontreremo certamente le classiche +, -, *, /, >, <, ==, avendo presente che l insieme dei numeri rappresentabili è finito e tutti i numeri sono interi. Un altro tipo classico è il tipo BYTE, che permette di rappresentare 256 numeri interi. Un altro tipo ancora è il boolean, per la rappresentazioni di variabili booleane (cioè variabili che possono essere VERE o FALSE, 1 o 0). In questo caso, per esempio, l operazione di divisione non sarà definita! 21

22 PROGRAMMAZIONE: LE BASI Vi è poi da fare la distinzione tra dati di tipo semplice (Es. una variabile di tipo intero, reale, testo o logico) ed i dati di tipo strutturato. I dati di tipo strutturato sono dati composti, ad esempio matrici o vettori (es. [ ]). Un altro dato di tipo strutturato sono i record: strutture non uniformi, cioè contenenti più valori non necessariamente dello stesso tipo. Esempio: 1) NUM è una variabile di tipo int che vale 1 L istruzione PRINT(NUM) stamperà il valore di NUM, quindi 1 2) VET è una variabile di tipo vettore di interi che contiene i tre interi 4, 5, -1 L istruzione PRINT(VET[3]) stamperà il valore del terzo elemento del vettore, quindi -1 3) REC è una variabile record composta dai tre campi NOME, COGNOME, CODCLIENTE L istruzione PRINT(VET.CODCLIENTE) stamperà il contenuto del campo CODCLIENTE del record corrente 22

23 PROGRAMMAZIONE: LE BASI Ma quali sono le istruzioni fondamentali per lavorare sui dati? Fondamentalmente tre: 1) Istruzioni di Input / Output; 2) Istruzioni di Assegnazione; 3) Istruzioni di controllo. 23

24 PROGRAMMAZIONE: LE BASI INPUT/ OUTPUT Le istruzioni di ingresso / uscita permettono di acquisire dati e di presentare risultati. Ad esempio: read (a) - acquisisci un dato da tastiera ed assegnalo come valore alla variabile a; print ('La media dei valori dati in ingresso è ', media) - stampa il contenuto della variabile media, preceduto da una stringa commento 24

25 PROGRAMMAZIONE: LE BASI ASSEGNAZIONE Le istruzioni di assegnazione modificano lo stato di memoria, cioè i valori dei contenitori dati (detti variabili). Sono della forma: VARIABILE = ESPRESSIONE [(leggi: assegna a VARIABILE il valore di ESPRESSIONE)] Es.: a = b + 3 ESPRESSIONE può essere una costante, una variabile, un espressione algebrica, una funzione, etc Una volta calcolato il valore di ESPRESSIONE sostituisce il vecchio valore di VARIABILE 25

26 PROGRAMMAZIONE: LE BASI ISTRUZIONI DI CONTROLLO Le istruzioni di controllo permettono di pilotare il flusso di esecuzione delle istruzioni all interno di un programma, altrimenti puramente sequenziale. Esempio: IF x > 0, esegui la prossima istruzione, ELSE termina l esecuzione del programma. 26