Linguaggio C Cenni storici

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1 Linguaggio C Cenni storici Il linguaggio C venne sviluppato nel 1973 da Dennis M. Ritchie, degli AT&T Bell Labs, come linguaggio di programmazione di sistema. Prese spunto da linguaggi precedenti come BCPL e B. Doveva avere le seguenti caratteristiche: - un linguaggio di livello sufficientemente alto per garantire ai programmi leggibilità e manutenibilità. - un linguaggio sufficientemente semplice da stabilire una corrispondenza immediata con la macchina sottostante. Il linguaggio C si dimostrò così flessibile, ed il codice macchina prodotto così efficiente che, nel 1973, Ritchie e Ken Thompson riscrissero UNIX quasi completamente in C. Presto uscirono compilatori per il linguaggio C per tutte le nuove architetture hardware. Nel 1977, Ritchie e Brian Kernighan pubblicarono The C Programming Language, che formalizza lo standard K&R Nel 1983, l American National Standards Institute (ANSI) definì uno standard per il linguaggio C. La versione finale dello standard C (1989) venne tradotta nel 1999 come standard ISO C Standard ANSI/ISO. Il C è indipendente dall'hardware e favorisce la portabilità del codice. Pur essendo un linguaggio ad alto livello permette operazioni di basso livello tipiche del linguaggio macchina. Il linguaggio C, oltre ad essere intuitivo e flessibile, tra i linguaggi di programmazione ad alto livello risulta essere il più potente e veloce.

2 Linguaggio C Elementi Principali Tipi di dato Base Derivati Strutture di controllo Selezione Iterazione Costrutti di decomposizione del programma Funzione Unità di compilazione (modulo) Librerie Standard di corredo al compilatore Funzioni standard di I/O (files, terminale, stampanti) Gestione stringhe Gestione dinamica della memoria Funzioni matematiche Altre librerie Funzionalità avanzate Definizione tipi di dati derivati (typedef, strutture) Accesso all hardware (puntatori) Riutilizzo del codice... altro.

3 Linguaggio C hello.c Primo programma in C: #include <stdio.h> int main() { printf("hello World\n"); return 0; } #include è una direttiva del preprocessore, un comando, che permette di richiamare le librerie standard del C. Sintassi: #include <nomefile.h> #include "nomefile.h" file contenuto in una cartella predefina. file contenuto nella cartella corrente Librerie principali: stdio.h gestione standard I/O. stdlib.h funzioni per allocazione dinamica di memoria e altre utilità. math.h funzioni matematiche ( trigonometriche, esponenziale, radice,.. ). string.h funzioni per elaborazione di stringhe.

4 Linguaggio C hello.c main() è la funzione principale in un qualsiasi programma in C, in questo caso, non ha parametri, ma può ricevere anche degli input da riga di comando. Il main è indispensabile ed unico; rappresenta l entry-point del programma. Le parentesi graffe servono per delimitare blocchi di istruzioni, che sono eseguite in ordine, da quella più in alto, giù fino all ultima. Il punto e virgola serve per "chiudere" un istruzione, per far capire che dopo quel simbolo inizia una nuova istruzione. printf funzione appartenente alla libreria "stdio.h", visualizza sullo standard output (monitor) la frase fra ; \n rappresenta un a capo. return 0 indica al sistema operativo che il programma è terminato correttamente. Esercizio: salvare il programma su file "hello.c" e provare a compilarlo ed eseguirlo.

5 Linguaggio C area.c Secondo programma in C: /* Calcolo area rettangolo */ #include <stdio.h> int main() { // Dichiariazioni delle variabili int base; int altezza; int area; // Assegnamenti base = 3; altezza = 7; area = base * altezza; // Stampa printf("%d\n", area); return 0; } Commenti: sono sequenze di caratteri usate per introdurre note esplicative al codice del programma e ignorate dal compilatore. Esistono due modalità: // tutto quello che sta a destra sulla medesima riga viene considerato commento. /* */ tutto quello che è tra i due asterischi viene considerato commento, anche su più righe. Indentazione: è buona norma utilizzare l indentazione nella scrittura dei programmi, cioè utilizzare gli spazi ad inizio riga, per scrivere con ugual margine sinistro tutte le istruzioni che costituiscono un blocco logico. E trasparente per il compilatore ma migliora la leggibilità del codice.

6 Linguaggio C Variabili VARIABILI: Identificatori: non sono altro che i nomi con cui vengono identificati gli oggetti in un programma (es. variabili, costanti, funzioni, etichette, ecc ). Regole per composizione dei nomi: Stringhe alfanumeriche e _, lunghezza max 32 caratteri. Non sono consentiti numeri come prima posizione. Case-sensitive (maiuscolo e minuscolo fa differenza). Non sono ammesse parole chiave del linguaggio (for, case, while, ecc ). Una variabile è un contenitore, una cella di memoria identificata con un nome simbolico. Per definire una variabile, dobbiamo specificare: Nome : la identifica all interno del programma. Tipo : definisce l insieme dei valori che può assumere. memoria Dichiarazione: Le variabili devono essere dichiarate prima dell utilizzo: tipo nomevar; tipo nomevar1, nomevar2, ; es.: int X; X In fase di dichiarazione si alloca (si riserva) lo spazio in memoria. Assegnazione: nomevar = valore; Solo in questa fase il valore viene memorizzato nello spazio pre-allocato. Possiamo scrivere anche: tipo nomevar = valore; // dichiarazione e assegnazione contemporaneamente NB: non esistono valori di default per le variabili, si consiglia di inizializzarle.

7 Linguaggio C funzioni I/O Funzioni predefinite per I/O Il linguaggio C mette a disposizione una serie di funzioni (predefinite) per le operazioni di Input e Output. Così come per le altre funzioni predefinite, le possiamo considerare come delle scatole chiuse a cui passiamo in ingresso dei parametri, ottenendo un certo risultato in base al tipo di funzione. printf() permette di stampare a video delle stringhe. Può avere un numero variabile di argomenti. Sintassi: printf ( formato,variabili); Es.: printf("il valore finale è %d \n", val); printf ("il quadrato di %d è: %d", a, b); il primo è un parametro speciale detto stringa di formato; specifica gli argomenti da stampare e la formattazione. Oltre al testo può contenere gli specificatori di formato; sequenze speciali di caratteri che iniziano con % ed indicano il formato del singolo dato. In fase di stampa ad ogni specificatore di formato viene sostituito il corrispondente valore nella lista dei valori. (Si veda tabella seguente) Esempi: printf("%2.3f \n", ); /* l'output a video è */ Possiamo avere anche delle sequenze di escape, come \n ; utilizzate per rappresentare caratteri speciali o muove il cursore. A fianco alcune tra le più usate: \n : newline \b : backspace \t : tab \" : doppi apici \\ : backslash

8 Linguaggio C funzioni I/O Specificatore Significato %d o %i per il tipo int, stampa in notazione decimale; %o per il tipo int, stampa in ottale senza segno; %x per il tipo int, stampa in esadecimale senza segno; %u per il tipo int, stampa in decimale senza segno; %c per il tipo char, stampa un carattere; %f per il tipo float, stampa nella notazione virgola mobile; %e o %E per il tipo float, stampa nella notazione virgola mobile nel formato esponenziale. %s per le sequenze di caratteri (stringhe). scanf() acquisisce dati introdotti da tastiera. Sintassi: scanf("formato",&variabili); Es.: scanf(" %d", &num); permette di acquisire un numero da tastiera e memorizzarlo nella variabile specificata (num). & è detto operatore indirizzo. Si noti che alla funzione dobbiamo passare l indirizzo della variabile. putchar() simile a printf(), ma scrive un carattere alla volta. getchar() simile a scanf(), ma legge un carattere alla volta.

9 Linguaggio C Tipi Tipi di dato: Una variabile è caratterizzata da un nome e un tipo; quest ultimo oltre al range di valori che può assumere indica anche l insieme delle operazioni che si possono svolgere su quei dati. I tipi di dato si distinguono in tipi semplici e tipi strutturati: tipi di dato semplici (o scalari) sono tipi di dato a cui può essere associato un singolo valore (numerico o carattere) ed un riferimento alla variabile è un riferimento al contenuto. tipi di dato strutturati sono tipi di dato composti da più campi, cioè da uno o più altri tipi di dato a loro volta semplici o strutturati. Ogni linguaggio di programmazione mette a disposizione una serie di tipi di dato predefiniti, in C: tipi primitivi ( o fondamentali): char, int, float, double, enum, void tipi strutturati (o composti): array, unioni, strutture [ void: valore vuoto; (es. funzione che non ha valore di ritorno)] char: è un intero, di dimensione 1 byte sufficiente a contenere un carattere. int : indica un numero intero, generalmente di dimensione pari a 32 bit (4 byte). float : indica un numero razionale in virgola mobile con singola precisione (4 byte). double : indica un numero razionale in virgola mobile con doppia precisione (8 byte). es.: int a=10; char c= A ; double x = 5.89;

10 Linguaggio C Tipi Le dimensioni dei tipi di dato numerici possono variare in funzione all architettura della macchina; Possiamo assumere: sizeof(char) <= sizeof(int) e sizeof(float) <= sizeof(double) E` possibile applicare ai tipi primitivi dei quantificatori e dei qualificatori: I quantificatori influiscono sullo spazio in memoria richiesto per l allocazione del dato. short (applicabile al tipo int) es.: short int x; long (applicabile ai tipi int e double) es.: long double y; Aumentano/diminuiscono il numero di bit a disposizione per la rappresentazione: sizeof(short int) <= sizeof(int) <= sizeof(long int) e sizeof(double) <= sizeof(long double) I qualificatori condizionano il dominio dei dati: signed (applicabile ai tipo int e char), viene usato un bit per rappresentare il segno intervallo rappresentabile: [-2 n-1, +2 n-1-1] dove n=num. di bit unsigned (applicabile ai tipo int e char), vengono rappresentati valori a priori positivi intervallo rappresentabile: [0, (2 n - 1)] Abbreviazioni consentite: short unsigned unsigned short unsigned long short int unsigned int unsigned short int unsigned long int

11 Linguaggio C Tipi Si noti che char altro non è che un numero intero, che esprime la codifica ASCII del carattere. Essendo la dim. pari ad 1 byte => 256 combinazioni. I caratteri li indichiamo tra apici ( a, F ). Ad ogni carattere è associato un codice univoco; es. il carattere 'A' viene codificato mediante la sequenza binaria che corrisponde all intero positivo 65. #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { char c; printf("inserisci un carattere: "); c = getchar(); printf("hai inserito una '%c' che ha valore %d\n", c, c); c +=1; // c++; printf("caratt. succ.:'%c' che ha valore %d\n", c, c); return 0; } Il C impone che un char erediti le operazioni tipiche di int; addizione, sottrazione, ecc. (Si veda esempio)

12 enum: Linguaggio C Tipi I tipi enumerativi sono utili quando si vuole definire un insieme preciso di valori che possono essere associati ad una variabile. Esempio: enum color {red, blue, green, yellow}; enum week {sunday, monday, tuesday, wednesday, thursday, friday, saturday}; enum taglia {S, M, L, XL, XXL}; La definizione può apparire in varie forme; generalmente: enum nome_tipo {lista_costanti}; ( es. per def. variabile: enum week giorno; ) Ai nomi delle costanti viene associato un valore intero di default, basato sulla loro posizione nell elenco (a partire da 0). Tale valore può essere modificato esplicitamente indicando un valore diverso: enum {vero=1, falso=0} stato; Il compilatore ha il compito di allocare la memoria necessaria per un tipo enumerativo: a color, ad esempio dovrebbe essere allocato un singolo byte (solo quattro possibili valori). #include <stdio.h> enum week {sunday, monday, tuesday, wednesday, thursday, friday, saturday}; int main(){ enum week today; today=wednesday; printf("%d day",today+1); // cosa stampa? return 0; } Per Esercizio: - Input today da tastiera - Visualizzare tomorrow - Attenzione a saturday

13 Linguaggio C Tipi Costanti: Si dice costante una variabile il cui valore non può essere variato durante l esecuzione del programma. Esistono due modi per dichiarare una costante: direttiva #define es.: #define VMAX 1000 // E consigliabile usare lettere maiuscole. parola chiave const es.: const float pi=3.1415; Abbiamo quattro categorie di costanti: intere: base decimale; es.: 19, -123, base ottale; precedute da 0 es.: 015 ( = 13 in base decimale), 034, base esadecimale; precedute da 0x o 0X es.: 0x1A, 0X3B, floating point; es.: e6 carattere; es.: a A & // notare il singolo apice stringa; es.: "Mario" "abcd" "ab345c" Possiamo alterare il tipo, aggiungendo dei suffissi (L, U, F) al valore: una costante intera di default è int; es.: mentre 123L -45L sono long int inoltre 123U o 40u sono unsigned int un costante floating point di default è double: es.: mentre 23.78f o 23.78F sono float inoltre 23.56L o 23.56l sono long double.

14 Linguaggio C Tipi Alcuni esempi: #define MAX 1000 // int #define VALORE 0x0 // int in base esadecimale #define PI_GRECO F // float Modificatori del tipo di accesso: I modificatori servono a controllare l'accesso e la modifica delle variabili: volatile: indica al compilatore che il valore della corrispondente variabile potrebbe essere modificato da eventi esterni al normale flusso sequenziale di esecuzione delle istruzioni. const: il contenuto della variabile, assegnato in fase dichiarazione/inizializzazione, non può essere mai modificato. static: è una variabile che ha permanenza statica in memoria. Se dichiarata in una funzione, nelle chiamate successive viene conservato il valore precedentemente assunto. Inoltre le variabili globali di tipo static diventano private al file. register: si richiede che la variabile sia memorizzata in un registro della CPU, al fine di velocizzarne l accesso. extern: indica che la variabile è definita esternamente al modulo. Il collegamento viene risolto dal linker. Es.: static int n; extern double a;

15 Linguaggio C Operatori Operatori il linguaggio C prevede una serie di operatori: aritmetici relazionali logici bit a bit (bitwise) Si dice unario se agisce su di un solo operando, binario se richiede due operandi. Ovviamente abbiamo l operatore di assegnamento (=): nome_variabile = espressione; Il risultato (valore) dell espressione a destra viene assegnato alla variabile a sinistra. es.: a=5; a=43+5; mentre: a+b=7; // errore Assegnamenti multipli: var1=var2=var3=valore; es.: a=b=c=1; // valutazione da destra verso sinistra Questo operatore (=) ha priorità più bassa rispetto ad altri operatori. Operatori Aritmetici: Operatore Aritmetico Azione - meno unario + addizione - sottrazione * moltiplicazione / divisione % modulo, resto divisione intera ++ incremento -- decremento

16 Linguaggio C Operatori - L operatore modulo % restituisce il resto della divisione intera; non si applica a valori float o double. - Mentre la divisione tra interi restituisce un intero: es.: 7 / 2 = 3 mentre 7.0 / 2 = Se x=6 il meno unario (-x) restituisce -6 - L'incremento ++ e il decremento - - aggiungono e sottraggono una unità al proprio operando. es.: x++ => x= x+1 x-- => x = x-1 Gli operatori di incremento e decremento possono precedere ( ++x o --x ) o seguire l'operando ( x++ o x-- ) con risultati diversi. ++x --x (notazione prefissa) x++ x-- (notazione postfissa); Nella notazione prefissa, prima si esegue l incremento/decremento poi si rende disponibile il valore dell operando all espressione. Nell altro caso prima si fornisce il valore poi si incrementa/decrementa. Con n= 5: x = n++ // x vale 5 mentre: x = --n // x vale 4 ancora: x= 6 - n++ // x? - Alcuni operatoti aritmetici hanno delle forme compatte: nome_variabile operatore= valore dove operatore può essere uno di [+,-,*,/,%] es.: x += 7 => x=x+7 x -= 8 => x = x-8 x *= y + 2 => x = x * (y + 2) nota: hanno la stessa priorità delle assegnazioni semplici. Gli operatori aritmetici hanno priorità diverse (vedi tabella). Nella valutazione delle espressioni, a parità di priorità degli operatori, si va da sinistra verso destra. es.: = (10+3) -11 = * 5 = 3 + (4*5)= 23 Nel dubbio usare: () Tabella Priorita: -(unario), ++,-- *, /,% +, - =(assegnazione)

17 Linguaggio C Operatori Operatori Relazionali e logici: Gli operatori relazionali, permettono di confrontare valori dello stesso tipo (relazione di grandezza). Il risultato di una espressione logica ha come risultato un valore booleano ( vero / falso ). In C non esiste il tipo di dato booleano, pertanto si assume FALSO se uguale a 0 e VERO se uguale a 1 o comunque > 0. es.: x=5 y=7 (x > y) è falso (0); z = (y >= x) // è vero, quindi z=1 Operatore Relazionale Azione == uguale!= diverso > maggiore >= maggiore uguale < minore <= minore uguale Gli operatori logici consentono di concatenare tra di loro più espressioni logiche, e di negare il risultato di una espressione logica. Tabella di verità: Operatore Logico Azione Utilizzo && AND logico x && y OR logico x y! NOT Logico (unario)!x X Y X && Y X Y!X

18 Linguaggio C Operatori Priorità: Gli operatori relazionali hanno priorità inferiore rispetto a quelli aritmetici; es.: 10 > 15-6 equivale a dire 10 > ( 15-6 ) Gli operatori logici && e!! hanno priorità inferiore rispetto a quelli relazionali: es.: a >= b && c < d equivale (a >= b) && (c < d) Allo stesso livello di priorità, si valuta da sinistra a destra es.: a > b >= c equivale (a > b) >= c e non (a > b) && (b >= c) Tabella priorità:! > < >= <= ==!= &&

19 Linguaggio C Operatori Operatore Ternario Questo operatore (?:) consente di specificare le espressioni condizionali; sintassi: expr1? expr2 : expr3 Inizialmente si valuta expr1; se questa è vera si considera l expr2 il cui valore costituirà il risultato dell espressione condizionale, altrimenti come risultato si assumerà il valore di expr3. Es. a = ( b > c )? 0 : 5 a = x? x :-5 v=x==y? a*c+5 : b-d/4 Ha priorità maggiore dell operatore di assegnamento. Tabella riepilogativa delle priorità comprensiva di tutti gli operatori:! -(unario) * / % + - > < >= <= ==!= &&?: = += -= *= /= %= nel dubbio usare le ().

20 Linguaggio C Operatori Operatori bitwise: Questo tipo di operatori (bit a bit) agiscono direttamente sui singoli bit delle variabili. Sono estremamente potenti e vengono utilizzati per sviluppare programmi di sistema (driver dei dispositivi, sistemi operativi, compilatori ecc). Si applicano ai tipi int e char; mentre non si possono applicare a float, double, ecc es.: unsigned int x = 67 // unsigned int y = 15 // unsigned int z; z = x & y // = 3 z = x y // = 79 z = x ^ y // = 76 z = ~z = Operatore bitwise Azione & AND OR ^ XOR ~ Complemento a uno ( 0 =>1 e 1 => 0) >> Scorrimento a destra << Scorrimento a sinistra Gli operatori di scorrimento spostano tutti i bit di una variabile verso destra ( >> ) o verso sinistra ( << ). Con tale operazione si perde un bit a un'estremintà o all'altra e si inserisce un nuovo bit pari a 0. es.: unsigned int x=6; // x = x << 1 // = 12 equivale a moltiplicare per 2 x = x << 2 // = 24 equivale a moltiplicare per 4 x = x >> 1 // = 3 equivale a dividere per 2 Nota: Esistono altri operatori ( es. *, ->, [],., ecc ) che analizzeremo più avanti.

21 Linguaggio C CAST CAST: La conversione di tipo (casting) è l operazione con cui si converte un operando (variabile) da un tipo di dato ad un altro. Abbiamo due tipi di conversione: Implicita: In una espressione gli operandi di tipo più basso vengono automaticamente convertiti ed allineati agli operandi più grandi, al fine di non avere perdite di informazione. Questa conversione viene operata direttamente dal compilatore. Schema di conversione: char => short => int => float => double es.: equivale a Mentre nelle operazioni di assegnamento, il valore dell operando di destra viene convertito nel tipo dell operando di sinistra; es.: int x = // x=22 double y = 5.21; int z=y; // z=5 Esplicita: sintassi: (tipo) espressione es.: float a; a = (float)3 / 2 // a= 1.5 ; senza il cast (float), divisione tra interi: a=3/2 vale 1