Fondamenti di Programmazione

Transcript

1 Fondamenti di Programmazione Prof. Ivan Serina

2 Java? Sì, grazie Il linguaggio di Internet? Portabilità su qualunque piattaforma (non solo calcolatori): It works everywhere Supporto e disponibilità di strumenti, librerie e documentazione garantiti Object-oriented puro e moderno Costante evoluzione

3 Scopo del corso Il corso ha lo scopo di trattare i fondamenti della programmazione, usando il linguaggio Java come strumento, pertanto: si tratteranno solo gli aspetti fondamentali del linguaggio si utilizzerà la piattaforma SE (Standard Edition) adatta allo sviluppo di applicazioni su Personal Computer

4 Cos è la programmazione? La realizzazione di un programma comprende: L analisi del problema da risolvere Il progetto delle strutture dati e degli algoritmi per risolverlo La codifica delle strutture e degli algoritmi progettati in un linguaggio di programmazione La documentazione del codice prodotto La verifica e validazione del codice prodotto La manutenzione del codice prodotto

5 Cosa non è la programmazione? La programmazione non è solo la scrittura di codice : prima la testa poi la tastiera! La programmazione non è il lavoro degli informatici : l ingegnere informatico può svolgere svariati ruoli professionali, in alcuni dei quali l attività di programmazione (e in particolare la scrittura di codice) non è predominante

6 Perché imparare a programmare? La necessità di affrontare problemi di programmazione è presente in qualunque area dell Ingegneria dell Informazione (Elettronica, Informatica, Telecomunicazioni, Automazione) Un ingegnere dell area dell Informazione DEVE saper programmare (anche se non fa il programmatore a tempo pieno) Saper programmare è un notevole valore aggiunto per un professionista in qualunque area dell Ingegneria (e non solo)

7 Roadmap 0. Primi passi con Java Introduzione alla tecnologia Java

8 La tecnologia Java Con il termine Java technology si fa riferimento a due concetti ben distinti: Un linguaggio di programmazione Un insieme di piattaforme/tecnologie che offrono strumenti e permettono l utilizzo di programmi scritti in Java in diverse situazioni (dalle applicazioni Web ai cellulari)

9 Le piattaforme Java: SE Java SE (Standard Edition): piattaforma base destinata alla realizzazione di applicazioni "stand-alone" su calcolatori convenzionali e simili Due componenti principali JRE (Java Runtime Environment): strumenti per l esecuzione di programmi Java già sviluppati JDK (Java Development Kit): strumenti base per lo sviluppo di programmi (include JRE)

10 Le piattaforme Java: SE

11 Altre piattaforme/tecnologie Java Java EE (Enterprise Edition): piattaforma molto estesa per applicazioni client-server operanti in rete (web e non solo) Java ME (Micro Edition): piattaforma ridotta per applicazioni su dispositivi dalle risorse limitate (cellulari, palmari, ) Java FX: tecnologia orientata a scripting e dispositivi mobili

12 Altre piattaforme/tecnologie Java Java Embedded: varianti di Java SE e Java ME per applicazioni embedded (ovvero nascoste dentro dispositivi di ogni genere dalle stampanti alle automobili) Java Card: versione ridottissima per Smart Card Java TV Java DB

13 Evoluzione di Java SE 1996: JDK : JDK : Java 2 (SDK 1.2) 1999: J2SE 1.3 (SDK 1.3) 2002: J2SE 1.4 (SDK 1.4) 2004: J2SE (1.)5.0 (JDK 5.0) Tiger 2006: Java SE 6 (JDK 6) 2010: Java 7 (JDK 7) Marzo 2014: Java 8 (JDK 8)

14 Java Versions Version Year Important New Features Inner classes Swing, Collections Performance enhancements Assertions, XML Generic classes, enhanced for loop, auto-boxing, enumerations Library improvements Small language changes and library improvements Version 8 in March 2014: Library improvements, Compact Profiles, new JavaScript engine, Lambda expressions, Security enhancements

15 Self Check What are the two most important benefits of the Java language? Answer: Safety and portability. How long does it take to learn the entire Java library? Answer: No one person can learn the entire library it is too large.

16 Roadmap 0. Primi passi con Java Introduzione alla tecnologia Java

17 Il primo programma Java public class Buongiorno { public static void main (String args[]) { // Visualizza messaggio di benvenuto System.out.println("Buongiorno!");

18 Il primo programma Java E costituito da una sola classe la cui definizione consiste del solo metodo main L esecuzione di qualunque applicazione Java stand-alone coincide con l esecuzione del metodo main di una classe Il metodo main in questo esempio è costituito da una sola istruzione di stampa a video

19 Il primo programma Java Parola riservata (modificatore di accesso alla classe) Parola riservata che precede la definizione di una classe public class Buongiorno { public static void main (String args[]) {// Visualizza messaggio di benvenuto Nome della classe System.out.println("Buongiorno!"); Graffe che racchiudono la definizione della classe (body o corpo della classe) Commento Definizione del metodo main

20 Il metodo main Intestazione (detta anche signature o firma) del metodo main public static void main (String args[]) {// Visualizza messaggio di benvenuto System.out.println("Buongiorno!") ; Graffe che racchiudono Unica istruzione contenuta il corpo (body) del metodo nel corpo del metodo main Fine istruzione

21 Parola riservata (modificatore di accesso al metodo) Il metodo main Parola riservata (livello di definizione del metodo) public static void main (String args[]) {// Visualizza messaggio di benvenuto Parola riservata (tipo restituito del metodo) Nome del metodo Lista argomenti (o parametri) formali del metodo main System.out.println ( "Buongiorno!" ) ; Invocazione del metodo predefinito println per la stampa a video Lista argomenti (o parametri) attuali passati al metodo println

22 Self Check How would you modify the Buongiorno program to print the words Buongiorno" and Signore!" on two lines? Answer: System.out.println( Buongiorno"); System.out.println( Signore!");

23 Would the program continue to work if you omitted the line starting with //? Answer: Self Check Yes - the line starting with // is a comment, intended for human readers. The compiler ignores comments.

24 Self Check What does the following set of statements print? System.out.print("My lucky number is"); System.out.println( ); Answer: The printout is My lucky number is12 It would be a good idea to add a space after the is.

25 Dalla carta al calcolatore: modello base Produzione del codice sorgente (file.java editor qualunque) Compilazione del codice sorgente: produzione del bytecode (file.class compilatore) Esecuzione = interpretazione del bytecode da parte di un interprete software (JVM: Java Virtual Machine)

26 Self Check Can you use a word processor for writing Java programs? Answer: Yes, but you must remember to save your file as plain text.

27 Self Check What do you expect to see when you load a class file into your text editor? Answer: A sequence of random characters, some funny looking. Class files contain virtual machine instructions that are encoded as binary numbers.

28 Gestione Errori Imparare quali sono gli errori più comuni ed imparare ad evitarli. Utilizzare strategie di programmazione difensiva per ridurre la probabilità di fare errori quanto I loro effetti. Utilizzare strategie di collaudo e debug per risalire agli errori superstiti

29 Strategie per la gestione degli Errori Compile-time error: Una violazione delle regole del linguaggio di programmazione identificata dal compilatore Esempio: System.ou.println("Hello, World!); Syntax error Run-time error: Un errore che si verifica durante l'esecuzione di un programma che ne provoca un comportamento diverso dal previsto Esempio: System.out.println("Hello, Word!"); System.out.println(1/0); Logic error

30 Self Check Suppose you omit the // characters from the previous program but not the remainder of the comment. Will you get a compile-time error or a runtime error? Answer: A compile-time error. The compiler will not know what to do with the word Display.

31 Self Check When you used your computer, you may have experienced a program that crashed (quit spontaneously) or hung (failed to respond to your input). Is that behavior a compile-time error or a run-time error? Answer: It is a run-time error. After all, the program had been compiled in order for you to run it.

32 Self Check Why can't you test a program for run-time errors when it has compiler errors? Answer: When a program has compiler errors, no class file is produced, and there is nothing to run.

33 SISTEMA OPERATIVO Who is who PROGRAMMATORE codice sorgente COMPILATORE codice intermedio (bytecode) INTERPRETE (JVM) chiamate di sistema instruction set HARDWARE comprensione del problema conoscenze tecniche creatività Parte indipendente Parte dipendente dalla piattaforma hardware/software di base

34 Roadmap 0. Primi passi con Java Introduzione alla tecnologia Java Il primo programma Java Uso di più classi

35 Il secondo programma Java Un programma Java è costituito da una o (normalmente) più classi La capacità di progettare e sviluppare programmi di media complessità costituiti da più classi è l obiettivo formativo finale del corso da raggiungere per passi successivi Cominciamo con un semplice esempio

36 Il secondo programma Java public class Ossequioso { public void saluta () { System.out.println("Buongiorno!");

37 La classe Ossequioso Parola riservata (modificatore di accesso alla classe) Parola riservata che precede la definizione di una classe public class Ossequioso Nome della classe { public void saluta () { System.out.println("Buongiorno!"); Graffe che racchiudono la definizione della classe (body o corpo della classe) Definizione del metodo saluta

38 Il metodo saluta Intestazione (detta anche signature o firma) del metodo saluta public void saluta () { System.out.println("Buongiorno!") ; Graffe che racchiudono Unica istruzione contenuta il corpo (body) del metodo nel corpo del metodo saluta Fine istruzione

39 Parola riservata (modificatore di accesso al metodo) Il metodo saluta Il livello di definizione del metodo è implicito Parola riservata (tipo restituito del metodo) Nome del metodo Lista (vuota) di argomenti (o parametri) formali del metodo saluta public void saluta () { System.out.println ( "Buongiorno!"); Invocazione del metodo predefinito println per la stampa a video Lista argomenti (o parametri) attuali passati al metodo println

40 La classe Ossequioso La classe Ossequioso (come la maggior parte delle classi Java) non è pensata per essere eseguita da sola (non ha main program) La sua definizione consiste di un solo metodo di nome saluta La classe Ossequioso dovrà essere utilizzata insieme ad (almeno) un altra classe

41 La classe Ossequioso Normalmente una classe rappresenta il prototipo generico di una famiglia di oggetti simili La (per ora fin troppo semplice) classe Ossequioso rappresenta il prototipo di tutti gli oggetti capaci di trasmettere un saluto (per ora sempre lo stesso) Un elemento concreto di una classe viene detto istanza della classe La seconda classe del programma dovrà creare un istanza di Ossequioso ed invocare su di essa l esecuzione del metodo saluta

42 Il secondo programma Java public class BuongiornoMain { public static void main (String [ ] args) { Ossequioso maggiordomo; maggiordomo = new Ossequioso(); maggiordomo.saluta();

43 Parola riservata (modificatore di accesso alla classe) La classe BuongiornoMain public class BuongiornoMain { Parola riservata che precede la definizione di una classe Nome della classe public static void main (String args[]) { Ossequioso maggiordomo; maggiordomo = new Ossequioso(); maggiordomo.saluta(); Graffe che racchiudono la definizione della classe (body o corpo della classe) Definizione del metodo main

44 La classe BuongiornoMain La classe BuongiornoMain contiene il solo metodo main e può quindi essere "eseguita" Il metodo main di BuongiornoMain richiede l esistenza della classe Ossequioso e rappresenta uno dei più tipici schemi di utilizzo di una classe da parte di un altra

45 La classe BuongiornoMain public static void main (String args[]) { Definizione di una variabile Ossequioso maggiordomo; Assegnazione della variabile maggiordomo = new Ossequioso(); maggiordomo.saluta(); Invocazione del metodo saluta

46 Definizione di una variabile Ossequioso maggiordomo ; Tipo della variabile Nome della variabile Viene definita una variabile di nome maggiordomo e di tipo Ossequioso La definizione di una variabile di tipo Ossequioso non porta a creare automaticamente un istanza di Ossequioso La variabile maggiordomo per ora e solo una locazione di memoria priva di contenuto e predisposta per contenere un riferimento ad un oggetto di tipo Ossequioso

47 Assegnazione maggiordomo = new Ossequioso(); Nome della variabile che riceve l assegnazione Operatore di assegnazione Valore assegnato alla variabile Viene assegnato un valore alla variabile maggiordomo Il valore assegnato e il risultato dell uso dell operatore new

48 L operatore new Parola riservata che indica la costruzione di un nuovo oggetto new Ossequioso(); Nome di una classe L oggetto costruito e istanza di una classe e ne rispecchia la definizione Lista degli argomenti utilizzati per la costruzione (in questo caso nessuno) Tecnicamente l operatore new invoca uno dei costruttori della classe passandogli una lista di argomenti Se il programmatore non definisce costruttori ne esiste uno di default che fa il minimo indispensabile

49 Costruzione di un oggetto CODICE Ossequioso maggiordomo; maggiordomo null MEMORIA maggiordomo=new Ossequioso(); saluta() {... Istanza della classe Ossequioso riferita dalla variabile maggiordomo

50 Invocazione di un metodo maggiordomo.saluta(); Nome di una variabile che riferisce un oggetto Separatore Lista Nome di un argomenti metodo definito attuali passati nella classe di cui al metodo l oggetto e istanza A partire da una variabile che riferisce un oggetto si può invocare un metodo dell oggetto La definizione del metodo è quella stabilita nella classe di cui l oggetto è istanza La lista degli argomenti attuali è vuota come lo era quella degli argomenti formali

51 Invocazione di un... metodo CODICE maggiordomo MEMORIA maggiordomo.saluta(); saluta() {...

52 Roadmap 0. Primi passi con Java Introduzione alla tecnologia Java Il primo programma Java Uso di più classi Attributi e costruttori

53 Definizione di attributi costanti Non è consigliabile cablare dentro il codice il valore prefissato di un dato Nella classe Ossequioso il dato cablato nel codice è il saluto Buongiorno! E preferibile separare la definizione del saluto dall azione di presentarlo a video Questo richiede la definizione di un attributo costante della classe Ossequioso

54 Definizione di attributi costanti public class Ossequioso { private final String MIO_SALUTO = "Buongiorno!"; public void saluta () { System.out.println(MIO_SALUTO);

55 Definizione di attributi costanti Parola riservata (modificatore Tipo dell attributo di accesso all attributo) Nome dell attributo private final String MIO_SALUTO = "Buongiorno!" ; Parola riservata (indica che l attributo è immutabile) Il livello di definizione dell attributo è implicito Operatore di assegnazione Valore assegnato all attributo costant

56 Definizione di attributi variabili La classe Ossequioso nella versione fin qui presentata è di limitatissima utilità poiche tutte le sue istanze sarebbero di fatto uguali La classe Ossequioso sarebbe un po più utile se fosse possibile creare diverse istanze di Ossequioso ciascuna capace di presentare un saluto diverso (p.e. in una diversa lingua) E necessario che Ossequioso abbia un attributo variabile anziche di valore predefinito

57 Definizione di attributi variabili public class Ossequioso { private String miosaluto; public void saluta () { System.out.println(mioSaluto);

58 Definizione di attributi variabili Tipo dell attributo Parola riservata (modificatore di accesso all attributo) Nome dell attributo private String miosaluto ; L assenza della parola final indica che l attributo e variabile Il livello di definizione dell attributo è implicito

59 Nota terminologica Gli attributi (attributes) vengono anche chiamati campi (fields) o data members della classe Un attributo costante viene normalmente chiamato costante Un attributo variabile viene normalmente chiamato attributo

60 Inizializzazione degli attributi La versione appena presentata della classe Ossequioso è incompleta: si definisce un attributo variabile ma non il suo valore L assegnazione dei valori agli attributi avviene normalmente nella fase di costruzione di un oggetto ad opera di metodi speciali detti metodi costruttori Dobbiamo quindi dotare la classe Ossequioso di un costruttore

61 Metodi costruttori public class Ossequioso { private String miosaluto; public Ossequioso (String cosadevodire) { miosaluto = cosadevodire; public void saluta () { System.out.println(mioSaluto);

62 Il costruttore Parola riservata (modificatore di accesso al metodo costruttore) Il nome del metodo uguale al nome della classe indica che si tratta di un costruttore Lista di argomenti (o parametri) formali del costruttore public Ossequioso (String cosadevodire) { miosaluto = cosadevodire; All attributo miosaluto viene assegnato il valore dell argomento cosadevodire

63 Invocazione del costruttore A questo punto la classe Ossequioso è completa ma è richiesta una modifica della classe BuongiornoMain che rifletta il nuovo modo di costruire le istanze della classe Ossequioso Anziché usare il costruttore predefinito usiamo quello definito da noi che richiede di ricevere un argomento di tipo String

64 Invocazione del costruttore public class BuongiornoMain { private final static String SALUTO_ITA = "Buongiorno!"; public static void main (String args[]) { Ossequioso maggiordomo; maggiordomo = new Ossequioso(SALUTO_ITA); maggiordomo.saluta();

65 Invocazione del costruttore public class BuongiornoMain { Definizione attributo costante private final static String SALUTO_ITA = "Buongiorno!"; public static void main (String args[]) { Ossequioso maggiordomo; maggiordomo = new Ossequioso(SALUTO_ITA); maggiordomo.saluta(); Invocazione del costruttore passand come argomento attuale l attributo SALUTO_ITA

66 Costruzione di un oggetto CODICE...SALUTO_ITA="Buongiorno!"... Ossequioso maggiordomo; maggiordomo= new Ossequioso(SALUTO_ITA); SALUTO_ITA maggiordomo null MEMORIA Buongiorno!

67 Costruzione di un... oggetto CODICE BuongiornoMain SALUTO_ITA MEMORIA Buongiorno! maggiordomo= new Ossequioso(SALUTO_ITA); CODICE Ossequioso Ossequioso(String cosadevodire) { miosaluto=cosadevodire; maggiordomo null miosaluto...saluta() {...

68 Invocazione del metodo... CODICE BuongiornoMain SALUTO_ITA MEMORIA Buongiorno! maggiordomo.saluta() saluta() { CODICE Ossequioso System.out.println(mioSaluto); maggiordomo null miosaluto...saluta() {...

69 Roadmap 0. Primi passi con Java Introduzione alla tecnologia Java Il primo programma Java Uso di più classi Attributi e costruttori Uso di più istanze

70 Due maggiordomi Un solo maggiordomo che ci ossequia non ci basta più Creare due maggiordomi richiede di modificare solo la classe BuongiornoMain: avremo quindi due istanze distinte della classe Ossequioso

71 Due maggiordomi public class BuongiornoMain { private final static String SALUTO_ITA = "Buongiorno!"; private final static String SALUTO_FRA = "Bonjour!"; public static void main (String args[]) { Ossequioso maggiordomoita, maggiordomofra; maggiordomoita = new Ossequioso(SALUTO_ITA); maggiordomofra = new Ossequioso(SALUTO_FRA); maggiordomoita.saluta(); maggiordomofra.saluta(); E possibile definire piu variabili dello stesso tipo su un unica riga separando i nomi con virgole

72 Due maggiordomi public class BuongiornoMain { private final static String SALUTO_ITA = "Buongiorno!"; private final static String SALUTO_FRA = "Bonjour!"; public static void main (String args[]) { Ossequioso maggiordomoita, maggiordomofra; maggiordomoita = new Ossequioso(SALUTO_ITA); maggiordomofra = new Ossequioso(SALUTO_FRA); maggiordomoita.saluta(); maggiordomofra.saluta();

73 Due maggiordomi SALUTO_ITA Buongiorno! SALUTO_FRA Bonjour! maggiordomoita maggiordomofra null null

74 Due maggiordomi public class BuongiornoMain { private final static String SALUTO_ITA = "Buongiorno!"; private final static String SALUTO_FRA = "Bonjour!"; public static void main (String args[]) { Ossequioso maggiordomoita, maggiordomofra; maggiordomoita = new Ossequioso(SALUTO_ITA); maggiordomofra = new Ossequioso(SALUTO_FRA); maggiordomoita.saluta(); maggiordomofra.saluta();

75 Due maggiordomi SALUTO_ITA Buongiorno! SALUTO_FRA Bonjour! maggiordomoita maggiordomofra null null miosaluto...saluta() {System.out.println (miosaluto);

76 Due maggiordomi public class BuongiornoMain { private final static String SALUTO_ITA = "Buongiorno!"; private final static String SALUTO_FRA = "Bonjour!"; public static void main (String args[]) { Ossequioso maggiordomoita, maggiordomofra; maggiordomoita = new Ossequioso(SALUTO_ITA); maggiordomofra = new Ossequioso(SALUTO_FRA); maggiordomoita.saluta(); maggiordomofra.saluta();

77 Due maggiordomi SALUTO_ITA Buongiorno! SALUTO_FRA Bonjour! maggiordomoita maggiordomofra null null miosaluto miosaluto...saluta() {System.out.println (miosaluto);...saluta() {System.out.println (miosaluto);

78 Due maggiordomi SALUTO_ITA Buongiorno! SALUTO_FRA Bonjour! maggiordomoita maggiordomofra null null miosaluto miosaluto...saluta() {System.out.println (miosaluto);...saluta() {System.out.println (miosaluto);

79 Due maggiordomi public class BuongiornoMain { private final static String SALUTO_ITA = "Buongiorno!"; private final static String SALUTO_FRA = "Bonjour!"; public static void main (String args[]) { Ossequioso maggiordomoita, maggiordomofra; maggiordomoita = new Ossequioso(SALUTO_ITA); maggiordomofra = new Ossequioso(SALUTO_FRA); maggiordomoita.saluta(); maggiordomofra.saluta();

80 Due maggiordomi SALUTO_ITA Buongiorno! SALUTO_FRA Bonjour! maggiordomoita maggiordomofra null null miosaluto miosaluto...saluta() {System.out.println (miosaluto);...saluta() {System.out.println (miosaluto);

81 Roadmap 0. Primi passi con Java Introduzione alla tecnologia Java Il primo programma Java Uso di più classi Attributi e costruttori Uso di più istanze Tirando le somme

82 Tirando le somme: la classe con il metodo main Un programma Java stand-alone e costituito da almeno una classe che contiene il metodo main e normalmente da una o più altre classi La classe che contiene il metodo main normalmente non contiene molto altro di più e il suo scopo è dare l avvio all esecuzione La classe che contiene il metodo main non è concepita per essere istanziata

83 Tirando le somme: le classi istanziabili Esistono classi (come Ossequioso) il cui scopo è rappresentare il prototipo generico di molteplici oggetti concreti (detti istanze) aventi caratteristiche generali simili ma proprietà specifiche distinte La creazione di istanze avviene utilizzando l operatore new La definizione della classe specifica le operazioni che possono essere eseguite dalle istanze della classe

84 Definizione di una classe La definizione di una classe comprende la definizione di attributi e la definizione di metodi Se la classe è concepita per essere istanziabile normalmente tra i metodi vi sono uno o più metodi costruttori (identificabili perché hanno lo stesso nome della classe)

85 Definizione di una classe Definizione di attributi (due in questo caso) public class BuongiornoMain { private final static String SALUTO_ITA = "Buongiorno!"; private final static String SALUTO_FRA = "Bonjour!"; public static void main (String args[]) { Ossequioso maggiordomoita, maggiordomofra; maggiordomoita = new Ossequioso(SALUTO_ITA); maggiordomofra = new Ossequioso(SALUTO_FRA); maggiordomoita.saluta(); maggiordomofra.saluta(); Definizione di metodi (uno solo in questo caso)

86 Definizione di una classe public class Ossequioso { private String miosaluto; public Ossequioso (String cosadevodire) { miosaluto = cosadevodire; public void saluta () { System.out.println(mioSaluto); Definizione di attributi (uno in questo caso) Uno dei metodi e un costruttore Definizione di metodi (due in questo caso)

87 Uno schema tipico La classe BuongiornoMain illustra uno schema generico utilizzato da molti programmi Java: il metodo main crea istanze di una o più altre classi e quindi invoca i loro metodi Tutti gli aspetti introdotti in questo primo esempio richiedono approfondimenti e completamenti che saranno forniti in modo sistematico nel seguito del corso