Nozioni base di programmazione in linguaggio C

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1 Nozioni base di programmazione in linguaggio C Politecnico di Milano Sede di Cremona Gianpaolo Cugola Dipartimento di Elettronica e Informazione cugola@elet.polimi.it Codifica degli algoritmi Algoritmo formulato per essere eseguito automaticamente Preciso ed eseguibile Linguaggio macchina linguaggio di programmazione di alto livello Formulato per essere comunicato tra esseri umani Sintetico e intuitivo Linguaggio naturale Informatica A - Cugola 2

2 C: differenze rispetto al linguaggio macchina 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 alla matematica Informatica A - Cugola 3 La macchina astratta C Informatica A - Cugola 4

3 Standard I/O Un programma C ha due periferiche standard di ingresso e uscita Standard input (tastiera) Standard output (video) Possiamo pensarle come sequenze di celle elementari ognuna delle quali contiene un dato (da leggere o scritto) Informatica A - Cugola 5 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 al numero delle celle e al valore numerico contenuto Informatica A - Cugola 6

4 Variabili Denotate tramite identificatori simbolici Regole per gli identificatori in C: Un identificatore è composto da una successione di lettere, cifre e simbolo _, con al primo posto una lettera o il simbolo _ Esempi di identificatori C a, x, alfa, pippo, a1, xy23, Giuseppe, DopoDomani, velocita_massima, _velocita NB maiuscole distinte dalle minuscole: Var1, var1 e VAR1 sono tre diversi identificatori Si noti che il concetto di variabile in un linguaggio di programmazione differisce dal concetto di variabile in matematica In un linguaggio di programmazione una variabile è semplicemente il nome per una cella di memoria x=x+1 è una tipica istruzione C, non ha molto senso in matematica Informatica A - Cugola 7 Attenzione Per evitare ambiguità è 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 scanf operazione di ingresso printf operazione di uscita Informatica A - Cugola 8

5 Struttura di un programma C Intestazione costituita dall identificatore predefinito main sequito da una coppia di parentesi tonde () Seguita da una sequenza di istruzioni, racchiuse tra { e Ogni istruzione termina con ; Esempio: main() { x = 3; myvar = 5; Informatica A - Cugola 9 Istruzioni Assegnamenti Ingresso/ Uscita Istruzioni composte Informatica A - Cugola 10

6 Assegnamento Sintassi: variabile = espressione; Esempio: lunghezza = 10; altezza = 20; alt = altezza; peso = 10*altezza*(lunghezza +1); L espressione può essere Un valore costante Una variabile combinazione di espressioni mediante operatori (e.g. aritmetici +,, *, /, %) e parentesi Informatica A - Cugola 11 Esecuzione assegnamento L esecuzione di una istruzione di assegnamento avviene secondo i seguenti due passi in sequenza valutazione dell espressione memorizzazione del risultato nella variabile a sinistra del simbolo = Esempio: x = y * (x + 3) * 2; passo 1 passo 2 passo 4 passo 3 Informatica A - Cugola 12

7 Autoassegnamenti e incrementi- decrementi E comunque avere istruzioni del tipo: x = x + 1; dette auto -assegnamenti Per questo esiste una sintassi abbreviata per auto-assegnamenti e incrementi-decrementi x = x + a x += a x = x a x -= a x = x * a x *= a x = x / a x /= a x = x + 1 x++ x = x 1 x-- Informatica A - Cugola 13 Istruzioni di I/O trascurando qualche dettaglio!!! scanf(variabile) printf(espressione) Esempio printf(larghezza); printf((a z)/10); ingresso uscita Informatica A - Cugola 14

8 Casi particolari Stampa di un carattere Per evitare ambiguità con gli identificatori, i caratteri vengono racchiusi tra apici printf('a'); In maniera analoga le stringhe vengono racchiuse tra doppi apici printf("alfa"); sta per printf('a'); printf('l'); printf('f'); printf('a'); Informatica A - Cugola 15 Istruzione composta (compound statement) Si possono raggruppare più istruzioni in sequenza tra { e a costituire un blocco del tutto equivalente a una singola istruzione Non è necessario il ; dopo, in quanto il blocco è già una istruzione (non necessita del terminatore per diventarla) Informatica A - Cugola 16

9 Condizioni Le condizioni sono espressioni che hanno valore vero o falso In C non esiste un tipo boolean vero e proprio ma si ricorre a una convenzione vero qualunque valore intero 0 falso il valore 0 Informatica A - Cugola 17 Condizioni Le condizioni si costruiscono usando operatori relazionali ==!= < > <= >= Oppure logici! (NOT) (OR) && (AND) Informatica A - Cugola 18

10 Esempi di condizioni X == 0 X>0 && A!= 3!((x+5)*10 >= (ALFA3/BETA_DUE)) NB esistono regole di precedenza! a b && c prima!, poi &&, poi in caso di dubbio, usare le parentesi tonde Informatica A - Cugola 19 Dettagli Gli operatori && e si valutano da sinistra a destra La valutazione continua solo fino a quando si è raggiunta la certezza del valore di verità dell espressione, quindi si ferma (valutazione in corto circuito) Esempio: (i==0) ((a/i)>5) non genera un errore se i=0; genera 0 (falso) Informatica A - Cugola 20

11 Istruzione composta condizionale E possibile modificare il flusso di controllo del programma in funzione del risultato della valutazione di una espressione condizionale usando l istruzione if...else if(xx < 0) xx = -xx; else xx = xx + 10; Per maggior leggibilità, è bene usare regole di incolonnamento (indentazione) if(xx < 0) xx = -xx; else xx = xx + 10; Informatica A - Cugola 21 Esempio if(a > b) { max = a; printf ( massimo: %d, a); else { max = b; printf ( massimo: %d, b); Notare Notare Informatica A - Cugola 22

12 if semplice E possibile omettere la parte else if(x < 0) x = - x; /* calcola val. assoluto*/ Nel caso di if nidificati possono esserci delle ambiguità: if(n > 0) if(a>b) z = a; else z = b; L ambiguità è risolta dal C associando l else all if più vicino L'i ndentazione lo rende evidente (ma l indentazione non ha significato per il compilatore) if(n > 0) if(a > b) z = a; else z = b; Se incerti, usare le parentesi (che invece hanno un significato ben preciso anche per il compilatore) if(n > 0) { if(a > b) z = a; else z = b; Informatica A - Cugola 23 Commenti Racchiusi tra / * e */ L intera stringa è ignorata dal compilatore Servono per migliorare la leggibilità di un programma e la facilità di modifica Esempio: printf( a = %d,a); /*stampa il valore di a*/ Informatica A - Cugola 24

13 Il ciclo (loop( loop) while Ripete una istruzione, o un blocco di istruzioni, fin tanto che una condizione è vera Sintassi: while (condizione) istruzione; Esempio: scanf (a);/* a è un naturale*/ scanf(b); /* b è un naturale*/ while (b > 0) { a = a + a; b--; Informatica A - Cugola 25 Esempio: calcolo del MCD (1) /*si scandiscono tutti i naturali da 1 al min tra x e y. L ultimo div. comune trovato è il MCD*/ scanf(x); scanf(y); /*x, y naturali positivi*/ contatore = 1; if(x<y) min = x; else min = y; while(contatore <= min) { if((x % contatore)==0 && (y % contatore)==0) ) mcd = contatore; contatore++; Informatica A - Cugola 26

14 Esempio: MCD (2) /*si scandiscono i naturali diminuendo a partire dal minimo tra x e y. Il primo divisore comune trovato è il MCD*/ scanf(x); scanf(y); /*x, y naturali positivi*/ if(x<y) cand = x; else cand = y; while((x % cand)!= 0 (y % cand)!= 0) --cand; mcd = cand; Informatica A - Cugola 27 Esempio: MCD (3) /*si codifica l algoritmo di Euclide*/ scanf(x); scanf(y); /*x, y naturali positivi*/ while(x!= y) if(x > y) x = x y; else y = y x; mcd = x; Informatica A - Cugola 28

15 Analisi critica Siamo sicuri che il ciclo termini sempre? Cruciale l'i potesi che x e y siano naturali positivi Il programmatore serio immetterebbe un opportuno controllo Sotto questa ipotesi, ad ogni passo o x o y decresce, ma resta positivo Non esiste una sequenza di coppie <x, y> che rispetti queste proprietà e che non sia finita Informatica A - Cugola 29 Esercizi Si implementi un programma che chiede all' utente di inserire un numero intero e verifica se sia primo Si scriva un programma che calcola il più piccolo numero primo successivo ad un intero dato Informatica A - Cugola 30

16 I dettagli del C Il programma deve essere definito come main main( ) {... Per poter effettuare I/ O deve includere le librerie opportune #include <stdio.h> Informatica A - Cugola 31 Le dichiarazioni Tutte le variabili devono essere dichiarate, specificandone il tipo TIPO: definisce l' insieme di valori assumibili e le operazioni applicabili Perché dichiarare? Per poter controllare il programma in compilazione int pippo; int beppe; pippo = pipo+1; beppe= a ; Informatica A - Cugola 32

17 Tipi predefiniti in C char, int, float e double int i = 0; /*inizializzazione*/ char a; const float pi = 3.14; /*pi non può più essere modificato*/ float zeta = 1.33; Consigli: Inizializzare sempre esplicitamente. Evitare le inizializzazioni implicite che C potrebbe eseguire, al fine di migliorare la leggibilità Informatica A - Cugola 33 printf: : maggiori dettagli Richiede oltre agli elementi da stampare una stringa di controllo che specifica il tipo del dato da stampare Sintassi esatta: printf (stringa_controllo, elementi); Stringa di controllo: %d intero decimale %f floating point %c carattere %s stringa \ n (new line) manda a capo Informatica A - Cugola 34

18 Esempio float t1, t2;/*temperatura in gradi celsius e fahrenheit*/... printf ( %s\n%s%f\n%s%f\n, temperatura, in gradi celsius=, t1, in fahrenheit=, t2); printf ( temperatura\nin gradi celsius=%f\nin fahrenheit=%f\n, t1, t2); Informatica A - Cugola 35 scanf Anch essa prevede una stringa di controllo che specifica come devono essere interpretati i caratteri letti in ingresso I nomi delle variabili di cui leggere il valore (per motivi che vedremo) debbono essere preceduti da & Esempio: int a, b; char c; float d; scanf( %d%d%c%f, &a, &b, &c, &d); Informatica A - Cugola 36

19 I tipi di dati Il tipo rappresenta l insieme dei possibili valori che una variabile può assumere nonché le operazioni che possiamo effettuare su tale variabile Attraverso l attribuzione di un tipo l uso di una variabile diventa molto diverso dalla visione di un dato da parte del linguaggio macchina Sequenza di bit, che posso interpretare come voglio (sommarla come se fosse un numero intero, farla scorrere a destra o sinistra, ecc.) Informatica A - Cugola 37 Vantaggi del concetto di tipo Si conosce quanta memoria riservare a una variabile in funzione del suo tipo int: di solito una parola float: di solito due parole Si possono rilevare errori di uso della variabile in fase di compilazione (ma qui il C è alquanto debole...) Informatica A - Cugola 38

20 Conversioni di tipo Quando in C un operando non è del tipo atteso, anziché segnalare errore viene fatta di solito una conversione automatica di tipo Esempio int i; float f, f1; f1 = i + f; /* la valutazione dell espressione i+f effettua prima la conversione di i in float e poi la somma */ Informatica A - Cugola 39 Altre conversioni di tipo int a, b; float c; a=c; /*troncamento*/ c=a; /*trasformazione di intero in float*/ Si noti l uso dello stesso simbolo per operazioni diverse a=a/b; /*nessuna conversione, a/b è un valore intero troncato*/ a=a/c; /*a trasformato in float, divisione eseguita, troncamento nell assegnamento*/ Informatica A - Cugola 40

21 Il tipo int E` un approssimazione sul concetto matematico di numero intero Normalmente utilizza 1 parola Esistono anche short int e long int Tipicamente: long 32 bit, short 16 bit e int 16 o 32 E richiesto che spazio per short <= spazio per int <= spazio per long Si può usare il tipo char per interi tra 127 e 127 Si può anche specificare signed/unsigned signed è ridondante per i tipi numerici Posso avere unsigned int, signed char,... Informatica A - Cugola 41 I tipi float e double Sono un approssimazione sul concetto matematico di numero razionale Le costanti si possono scrivere in vario modo: E-5 double di solito occupa più memoria di float Tipicamente 4 byte per float e 8 byte per double (...esistono anche i long double, che devono occupare almeno tanto spazio quanto i double) Informatica A - Cugola 42

22 Tipo predefinito char signed char unsigned char signed short int signed int signed long int unsigned short int unsigned int unsigned long int float double long double Denominazioni alternative signed short, short signed, int long int, signed long, long unsigned short unsigned unsigned long Informatica A - Cugola 43 Ancora sulle conversioni automatiche di tipo Si consideri un operatore aritmetico binario Se uno dei due operandi è long double, converti l altro a long double, altrimenti Se uno dei due è double, converti l altro a double, altrimenti Se uno dei due è float, converti l altro a float, altrimenti Converti char e short a int Quindi, se un operando è long, converti l altro a long Informatica A - Cugola 44

23 Ancora sulle conversioni automatiche di tipo Si consideri un assegnamento Il valore dell espressione della parte destra viene convertito al tipo che sta a sinistra di = Un char è convertito a int Interi lunghi (p.es. int) sono convertiti in interi più corti (p. es. char) troncando bit float x; int i; sia x=i che i=x causano conversioni Quando double viene convertito in float dipende dall implementazione se troncamento o arrotondamento Informatica A - Cugola 45 Cautele Attenzione ai confronti tra float if (a == b)... potrebbe non avere senso a causa delle approssimazioni nella memorizzazione!!! Informatica A - Cugola 46

24 Il tipo char Di solito rappresentato mediante un byte di 8 bit pertanto consente di rappresentare i caratteri ASCII I caratteri sono rappresentati da numeri interi e quindi tra essi è definito un ordinamento Per esempio il carattere ASCII 0 è rappresentato dall intero 48 più grande del carattere ASCII 1 rappresentato dall intero 49 Informatica A - Cugola 47 Un esempio Il prossimo esempio illustra: La somiglianza tra char e int Come progettare il dialogo di I/ O Facendo precedere sempre un input da un output di richiesta ("prompt") Informatica A - Cugola 48

25 #include <stdio.h> main() { /*legge un carattere e ne stampa il valore ASCII se è lettera minuscola; se no termina*/ char c; int i; printf( scrivi un carattere minuscolo (maiuscolo per terminare)\n ); scanf ( %c, &c); while (c>= a && c<= z ) { i=c; printf( valore ASCII per %c risulta %d, c, i); printf( scrivi un carattere minuscolo (maiuscolo per terminare)\n ); scanf ( %c, &c); Informatica A - Cugola 49 Esercizi Si scriva un programma che legge da standard input un numero e una sequenza di caratteri (terminata dal carattere x ) e via via che legge crittografa i caratteri usando la tecnica di shift di tante cifre quanto vale il numero letto Nota: i caratteri leggibili vanno da 32 a 127 (ascii) Moltiplicare 2 numeri razionali (definiti da numeratore e denominatore) semplificando il risultato Informatica A - Cugola 50

26 Tipi integral char signed char unsigned char short int long unsigned short unsigned unsigned long Informatica A - Cugola 51 Studio dei cicli Caso con numero di iterazioni predeterminato (p. es., n) int contatore = 1; while (contatore <= n) { ; contatore++; oppure int contatore = 0; while (contatore < n) { ; contatore++; vedremo l' esistenzadi un ulteriore forma di ciclo per questo caso Informatica A - Cugola 52

27 Studio dei cicli Iterazione controllata da "sentinella" Esempio: calcolare la media di una serie di numeri naturali da leggere. Il valore 1 indica la fine del flusso NB: scegliere la sentinella in modo che non faccia parte dell'i nsieme dei valori da elaborare!!! Informatica A - Cugola 53 printf("fornisci valore da elaborare; se hai finito, fornisci % ", sentinella); scanf("% ", valore); while (valore!= sentinella) { elabora valore; printf("fornisci valore da elaborare; se hai finito, fornisci % ", sentinella); scanf("% ", valore); Informatica A - Cugola 54

28 La costruzione incrementale (top down) dei programmi Si leggono sequenze di gruppi di naturali; ciascun gruppo è separato dal successivo dal numero 0 L ultimo gruppo è terminato da -1 Si stampano in uscita sequenze di naturali che rappresentano le somme dei valori dei singoli gruppi Informatica A - Cugola 55 passo 2 passo 1 int i; scanf( %d, &i); while (i!= -1) { calcola sommatoria; stampa sommatoria; passa a prox. gruppo; passo 3 cerca gruppo; while (esiste un gruppo) { calcola sommatoria; stampa sommatoria; passa a prossimo gruppo; int i; int sum; scanf( %d, &i); while (i!= -1) { sum= 0; accumula sommatoria; printf ( %d \n, sum); passa al prossimo gruppo; Informatica A - Cugola 56

29 passo 4 int i; int sum; scanf( %d, &i); while (i!= -1) { sum= 0; while (gruppo non finito) { sum += i; scanf ( %d, &i); printf ( %d \n, sum); if (i!= -1) scanf ( %d, &i); gruppo non finito i!= 0 && i!= -1 Informatica A - Cugola 57 Che cosa abbiamo fatto Il programma viene derivato per passi successivi di raffinamenti Viene scritto ad ogni passo in un misto di C e linguaggio naturale (pseudo-codice) Alla fine del processo di raffinamenti risulta scritto in C ed è eseguibile I passi scritti in linguaggio naturale e raffinati al passo successivo possono diventare commenti Informatica A - Cugola 58