Fondamenti di Informatica Il linguaggio C (parte 1) IL LINGUAGGIO C

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1 IL LINGUAGGIO C I PRIMI ELEMENTI Un Programma consta di: una Global Declarative Part il Main Program le Funzioni e le Procedure Commenti La Global Declarative Part contiene la dichiarazione delle Librerie da utilizzare in fase di compilazione e degli elementi globali (Costanti, Variabili, ecc.), che hanno cioè valore in tutto il Programma. Il Main Program è individuato dalla parola chiave main ( ). Esso consta di: una DeclarativePart, che contiene la dichiarazione degli elementi disponibili nel programma principale una ExecutablePart, racchiusa tra i simboli { }, che contiene le Istruzioni eseguibili da cui è composto il programma. Le Funzioni e Procedure hanno una struttura analoga a quella del Main Program. Un Commento, che non è influente dal punto di vista esecutivo perchè non considerato dal programma di traduzione, è delimitato dai simboli /* e */ G. Piscitelli Politecnico di Bari pag. 1 di 25

2 LA DECLARATIVE PART DEL MAIN PROGRAM Utilità della dichiarazione degli oggetti che si useranno nella executable part. Diversità delle lettere maiuscole e minuscole. Dichiarazione di costanti const <Tipo> cost1 = valore1, cost2 = valore2,... ; <Tipo> ::= int float char double utilità: rappresentazione simbolica e parametrizzazione esempi Dichiarazione di variabili <Tipo> var1, var2,... ; esempi Altre dichiarazioni Tipi semplici predefiniti Tipi semplici definiti dall utente Tipi strutturati G. Piscitelli Politecnico di Bari pag. 2 di 25

3 LE ISTRUZIONI DELLA EXECUTABLE PART Le Istruzioni sono di due tipi: assegnazione, per assegnare ad una variabile il valore assunto da un espressione. variabile = espressione ; composte, a loro volta distinte in: istruzione condizionale, per eseguire, in alternativa, due diverse sequenze di istruzioni a seconda del valore di verità assunto da una condizione; if (espressione) istruzione1 ; else istruzione2 ; istruzione ripetitiva o ciclica, per ripetere l esecuzione di una sequenza di istruzioni (corpo del ciclo) ogni volta che una condizione è verificata; while (espressione) istruzione ; compound statement o blocco, costituito da una sequenza di istruzioni, racchiusa tra { } ed eventualmente preceduta da una parte dichiarativa; Insieme con le istruzioni il C possiede funzioni per svolgere particolari operazioni, tra cui le funzioni di lettura (scanf) e scrittura (printf), contenute nella Standard Library e capaci di leggere dallo Standard Input e scrivere sullo Standard Output. G. Piscitelli Politecnico di Bari pag. 3 di 25

4 LE ISTRUZIONI DELLA EXECUTABLE PART esempi a = b + 4; c = b div a; c = b/a; divisione con troncamento parte frazionaria (int) { a = b + c; d = 2. * a; e = d/2.;} if (a > b) c = a + b; else c = a - b; if (a > b) c = a + b else c = a - b; if (a > b) {c = a + b; d = a - b;} else {c = a - b; d = a + b;} if (a < b) if (a < c) min = a; else min = c; else min = d; if (x > y) if (y > z) ran = z - x; else ran = y - x; if (x > y) {if (z > x) ran = z - x;} else ran = y - x; while (i = = j i = = 0) x = x + 1; while (somma1!= somma2) somma = (somma1 + somma2)/2.; while (b*b >= 4.*a*c && a > 0) det = det + 1.; while (f <= g &&! f = = 0) { a = b + c; d = 2. * a; e = d/2.;} G. Piscitelli Politecnico di Bari pag. 4 di 25

5 LE FUNZIONI DI LETTURA E SCRITTURA printf (stringa di controllo, insieme elementi da stampare) La stringa di controllo può contenere: caratteri di conversione (o formato) simboli particolari Alcuni caratteri di formato sono %d, %f, %c, %s che indicano, rispettivamente, di dover scrivere un intero decimale, un numero reale, un carattere, una stringa di caratteri. Tra i simboli particolari: \n indica il salto a nuova riga L insieme elementi da stampare è la lista dei nomi di costanti, variabili o espressioni composte di queste. esempi printf ( stringa di controllo che scrive %d e %f, varint, varfloat); printf ( %s %d %c %f, stringa di controllo che scrive, varint, e, varfloat); printf ( questa stringa di controllo scrive A = %f, B = %f, A + B = %f, a, b, somma); G. Piscitelli Politecnico di Bari pag. 5 di 25

6 LE FUNZIONI DI LETTURA E SCRITTURA scanf (stringa di controllo, insieme elementi da leggere) In questo caso la stringa di controllo specifica l interpretazione (o formato) da attribuire ai caratteri letti da tastiera. I caratteri di formato sono gli stessi della printf. Ciascuno dei nomi delle variabili da leggere è preceduto dall operatore unario & che indica l indirizzo della variabile. esempi scanf ( %d%f, &varint, &varfloat); scanf ( %c%s%f%f%d, &car, &string, &real1, &real2, &intero) M Andrea Per utilizzare le funzioni printf e scanf bisogna dichiararlo nella GlobalDeclarativePart tramite l istruzione # include <stdio.h> G. Piscitelli Politecnico di Bari pag. 6 di 25

7 PRIMO PROGRAMMA IN C Il progetto Problema: calcolo delle radici reali di un equazione di 2 grado Analisi della soluzione: cfr. ANALISI MATEMATICA I L algoritmo: start msg1 Calcolo delle radici di una equazione di grado 2 msg2 Digitare coefficienti reali a, b, c a,b,c discr b*b-4.*a*c msg3 no discr >= 0 radici immaginarie si x1 (-b+sqrt(discr))/(2.*a) x2 (-b-sqrt(discr))/(2.*a) msg3 x1= x2 stop G. Piscitelli Politecnico di Bari pag. 7 di 25

8 La codifica dell algoritmo PRIMO PROGRAMMA IN C /* calcolo delle radici di un equazione di grado 2 */ # include <stdio.h> # include <math.h> main() { float a, b, c, x1, x2, discr; printf ( Calcolo delle radici di una equazione di grado 2 ); printf ( Digitare coefficienti reali a, b, c ); scanf ( %f%f%f, &a, &b, &c); discr = b*b - 4.*a*c; if (discr < 0) printf ( radici immaginarie ); else { x1 = (-b + sqrt(discr))/(2.*a); x2 = (-b - sqrt(discr))/(2.*a); printf ( x1 = %f x2 = %f, x1, x2); } } G. Piscitelli Politecnico di Bari pag. 8 di 25

9 DEFINIZIONE FORMALE DI LINGUAGGIO L Alfabeto è un insieme finito e non nullo di caratteri. Il Vocabolario terminale è l insieme finito dei simboli terminali (o parole) che si possono costruire con i caratteri dell Alfabeto rispettando le regole lessicali. Il Vocabolario non terminale è l insieme finito dei simboli non terminali. Un simbolo non terminale è una stringa σ (o sequenza) di simboli terminali e non terminali, costruita rispettando un insieme finito di regole sintattiche (o di produzione) che costituiscono la Grammatica (G) o Sintassi del Linguaggio. Per le grammatiche e, quindi, i linguaggi non contestuali (context free) tali regole sono del tipo: <simbolo non terminale> ::= σ Un particolare simbolo non terminale è l Assioma o simbolo distintivo o simbolo iniziale. Una stringa β è una derivazione (o produzione) diretta di α (e si scrive α β ) se si può ottenere sostituendo un qualunque simbolo non terminale che compare in α con la parte destra della regola in cui il simbolo in questione appare alla sinistra. Il Linguaggio L(G) è l insieme delle stringhe, costituite di soli simboli terminali, che possono essere ottenute per derivazioni successive partendo dall Assioma. Stringhe che verificano tale condizione vengono dette frasi del linguaggio. G. Piscitelli Politecnico di Bari pag. 9 di 25

10 DESCRIZIONE FORMALE DI UN LINGUAGGIO Per descrivere in maniera rigorosa e compatta un linguaggio di programmazione, o meglio la sua grammatica - context free - è stata introdotta una notazione matematica, detta grammatica formale o BNF (Backus-Naur Form), che si basa sui simboli: < > che racchiude un simbolo non terminale ::= che indica l operazione di composizione che indica l esistenza di una alternativa di composizione [ ] che indica la possibilità che la composizione non comprenda gli elementi racchiusi dalle parentesi { } che indica la possibilità che la composizione non comprenda o comprenda più esemplari degli elementi racchiusi dalle parentesi esempio <Programma C> ::= [GlobalDeclarativePart] <Main Program> [{<Altre Funzioni>}] <Istruzione> ::= <Assegnazione> <Istruzione condizionale> <Istruzione ciclica> <Istruzione composta> G. Piscitelli Politecnico di Bari pag. 10 di 25

11 I TIPI E LA LORO CLASSIFICAZIONE Un tipo di dato individua un insieme di valori che il dato può assumere ed un insieme di operazioni che su esso sono applicabili. La dichiarazione dei dati, e quindi la dichiarazione del loro tipo, consente di conoscere: l insieme dei valori ammissibili l insieme delle operazioni applicabili la quantità di memoria necessaria gli eventuali errori d uso. Un dato può essere: semplice, quando è costituito da un solo componente strutturato, quando è costituito da più componenti. Dato semplice velocità temperatura altezza larghezza Dato strutturato data anagrafica vettore matrice Il C consente di dichiarare dati semplici di tipo predefinito (o built-in) oppure di tipo definito dall utente (o user-defined). Il C non offre dati strutturati predefiniti, ma possiede alcuni costruttori (array, struct e pointer) di tipi di dati strutturati. G. Piscitelli Politecnico di Bari pag. 11 di 25

12 I TIPI E LA LORO DICHIARAZIONE La dichiarazione dei tipi avviene nella DeclarativePart e va fatta tra la dichiarazione delle costanti e quella delle variabili. Non è ovviamente necessario dichiarare i tipi predefiniti. I tipi semplici predefiniti sono: int, con eventuale qualificatore (signed o unsigned e short o long) float double, con eventuale qualificatore (long) char, con eventuale qualificatore (signed o unsigned) insieme dei valori ammissibili, insieme delle operazioni applicabili, quantità di memoria necessaria, eventuali errori d uso dei vari tipi semplici predefiniti Un tipo semplice definito dall utente richiede la dichiarazione: typedef specifica costruttiva identificatore di tipo; esempi typedef int anno; typedef long double distanza; char sesso; anno y; distanza d; G. Piscitelli Politecnico di Bari pag. 12 di 25

13 I TIPI E LA LORO DICHIARAZIONE I tipi semplici definiti dall utente tramite ridefinizione esempi typedef int intero; typedef float reale; typedef intero dec; typedef reale realtip; tramite il costruttore di enumerazione esplicita dei valori (enum) esempi typedef enum {Gianni, Carlo, Antonio, Gino} nomi; typedef enum {rosso, verde, giallo, nero} colori; nomi nome, nome1, nome2; Pur essendo rappresentati in genere da stringhe di caratteri, i valori delle variabili enumerative sono dal compilatore associati a numeri interi progressivi (a partire da 0). Tale associazione... consente di scrivere istruzioni del tipo nome = Gino; if (nome1= = nome2) nome = Gianni; if (rosso > nero)... ;... può considerarsi come una ridefinizione del tipo int. G. Piscitelli Politecnico di Bari pag. 13 di 25

14 I COSTRUTTORI Il costruttore di enumerazione dei valori di una variabile logica typedef enum {falso, vero} boolean; boolean flag, condizione; Il costruttore di array int alfa[100], beta[100]; costruisce variabili o, in alternativa, typedef int vettore[100]; costruisce tipo vettore alfa,beta; Il tipo degli elementi può essere qualsiasi (built-in o userdefined, semplice o strutturato). La variabile usata per indicare uno degli elementi deve essere un Integral Type (int, char o da essi derivati tramite qualificatori). L array è un costruttore di tipo e non un tipo. La dichiarazione di una variabile può esplicitare un tipo array, per cui la prima forma è di solito la più immediata e semplice da usare. In alcuni casi, però, la seconda forma può consentire migliore leggibilità del programma. Il costruttore array può consentire la costruzione di array di array. Un array ha dimensioni fisse. G. Piscitelli Politecnico di Bari pag. 14 di 25

15 LE ACCORTEZZE NEL GESTIRE GLI ARRAY Il valore dell indice di un array di N elementi varia da 0 ad N-1. Indicare valori dell indice al di fuori di tale intervallo produce un errore di indirizzamento. Tali estremi di variabilità non possono cambiare durante l esecuzione del programma. L allocazione della memoria richiesta dal programma - e quindi anche dalle variabili - viene infatti eseguita, salvo casi particolari, prima dell inizio dell esecuzione (allocazione statica). La rigida e preliminare definizione delle dimensioni dell array può comportare spreco di memoria (se si utilizzano solo alcuni degli elementi dell array) oppure errore di indirizzamento (se non si controlla che il valore dell indice rimanga nell intervallo fissato). Un uso parzialmente più flessibile dell array può essere realizzato facendo uso della parametrizzazione. Questa consiste nell uso di costanti per definire le dimensioni di array, eventualmente ricorrendo alla clausola # define. esempio # include <stdio.h> # define dimensione 30 main ( ) { int vettore [dimensione];... } Un array non prevede operazioni globali. G. Piscitelli Politecnico di Bari pag. 15 di 25

16 IL COSTRUTTORE STRUCT Esso permette di definire una struttura di dati aggregando elementi anche eterogenei (di tipi diversi). I vari elementi si dicono campi della struttura. Come il costruttore array, anche il costruttore struct può essere usato per definire un tipo o direttamente per definire una variabile strutturata. esempio typedef char String[30]; typedef struct { int giorno; int mese; int anno; } Data; typedef enum {Dirigente, Impiegato, Operaio} Cat; Dipendente struct { String nome; String cognome; int stipendio; char codice_fiscale[16]; Data data_assunzione; Cat categoria;} o, in alternativa, typedef struct { String nome; String cognome; int stipendio; char codice_fiscale[16]; Data data_assunzione; Cat categoria; } Personale; Personale Dipendente, Lavoratore; o, in alternativa, struct Personale {...} Dipendente, Lavoratore; G. Piscitelli Politecnico di Bari pag. 16 di 25

17 LE ACCORTEZZE NEL GESTIRE LE STRUTTURE Per accedere ai singoli campi di una struttura si usa la cosiddetta dot notation. esempi Dipendente.data_assunzione.anno = 1998; Dipendente.stipendio = Dipendente.stipendio * 1.1; Si possono costruire array i cui elementi sono variabili strutturate. esempi Personale Dipendenti[300]; Dipendenti[20].stipendio = Dipendente.stipendio; Oltre alle operazioni sui singoli campi, una variabile strutturata prevede operazioni globali. esempi Dipendenti[20] = Dipendente; G. Piscitelli Politecnico di Bari pag. 17 di 25

18 IL COSTRUTTORE PUNTATORE Esso permette di costruire il tipo puntatore ad un tipo di oggetto (variabile semplice o strutturata). typedef tipobj *tipopunt; Ciò consente di dichiarare variabili di tipo puntatore: tipopunt P, Q; Una variabile di tipo puntatore può far riferimento ad un oggetto del tipo indicato nella costruzione. tipobj entity, s, t; A variabili di tipo puntatore può essere assegnato un valore tramite l operatore unario & (indirizzo di). P = &entity; valore indirizzo P valore entity Una variabile di tipo puntatore ha un valore costituito dall indirizzo della entità puntata. Forma abbreviata per dichiarare una variabile di tipo puntatore: tipobj *P; G. Piscitelli Politecnico di Bari pag. 18 di 25

19 IL COSTRUTTORE PUNTATORE esempio Se P è una variabile puntatore che si riferisce ad una entità di nome entity (supposta di tipo intero), valore 25 e indirizzo di memoria 10000, allora il valore di P sarà P entity esempio typedef float *tipopunt; tipopunt P, Q; float a, b; a = 110.5; b = 240.3; P = &a; Q = &b; P a Q b G. Piscitelli Politecnico di Bari pag. 19 di 25

20 esempio... P = Q; IL COSTRUTTORE PUNTATORE P a Q b esempio... tipobj... D = &P; **D; P a D Q b G. Piscitelli Politecnico di Bari pag. 20 di 25

21 IL COSTRUTTORE PUNTATORE Il simbolo * davanti al nome di una variabile di tipo puntatore (ad es. P) viene detto operatore di dereferenziazione e serve ad indicare la cella di memoria il cui indirizzo è contenuto in P. *P indica quindi la cella puntata da P.... *P = b + a; oppure *P = *P + a; P a D Q b L assegnazione di un valore ad una variabile di tipo puntatore deve rispettare i vincoli imposti dalla tipizzazione delle variabili. float *F; tipobj *O; float a; /* se tipoobj float */ F = O; warning message a = *O; error message *F = *O; error message G. Piscitelli Politecnico di Bari pag. 21 di 25

22 IL COSTRUTTORE PUNTATORE Il simbolo -> dopo il nome di una variabile di tipo puntatore ad un oggetto strutturato serve per accedere ad un campo della struttura. esempio struct Data { int giorno; int mese; int anno; } Data_assunzione; Data *I; I = &Data_assunzione; I->giorno = 22; equivalente a (*I).giorno = 22; o anche a Data_assunzione.giorno = 22; Ad una variabile di tipo puntatore si possono applicare le operazioni di: assegnazione valore tramite l operatore & assegnazione valore di un altro puntatore assegnazione di indirizzi di memoria conseguenti ad allocazione dinamica della memoria stessa assegnazione valore NULL. La variabile non ha valore definito dereferenziazione tramite l operatore * operazioni aritmetiche operazioni di confronto P G. Piscitelli Politecnico di Bari pag. 22 di 25

23 ARRAY E PUNTATORI Gli elementi di un array occupano posizioni di memoria contigue. Il numero di byte di un elemento e dell intero array può essere ricavato con l operatore sizeof. esempio int alfa[20]; int a,b; a = sizeof(alfa[3]); b = sizeof(alfa); Il nome di una variabile di tipo array punta (in maniera non modificabile) al primo elemento dell array. Esso cioè opera come una variabile dichiarata di tipo puntatore. Quindi la notazione alfa[i] equivale a *(alfa + i) Si possono eseguire operazioni aritmetiche sulle variabili di tipo puntatore. Se P punta ad un particolare tipo di dato, l espressione P+1 indica l indirizzo del prossimo dato di quel tipo. Allora: P+i indica l indirizzo dell i-esimo dato di quel tipo P[i] indica il valore dell i-esimo dato di quel tipo ed è equivalente a *(P+i) se Q punta ad un altro elemento dello stesso array, allora P-Q fornisce un intero pari al numero di elementi (e non al numero di byte!) compresi tra quelli puntati da P e Q. G. Piscitelli Politecnico di Bari pag. 23 di 25

24 EFFETTI COLLATERALI DEI PUNTATORI L uso delle variabili di tipo puntatore può determinare effetti collaterali (side effects) non facilmente e completamente prevedibili. esempio *P = 120; *Q = 20; P = Q; *P è uguale a 20 *Q = 7; *P è uguale a 7 G. Piscitelli Politecnico di Bari pag. 24 di 25

25 LA TIPIZZAZIONE FORTE DEL C Il C consente di eseguire tutte le espressioni e le assegnazioni che coinvolgono variabili di tipo diverso, a condizione che: i tipi siano compatibili vengano applicate le regole di conversione implicita. Poiché il compilatore verifica le due condizioni esposte, si dice che il linguaggio persegue l obiettivo della tipizzazione forte. Le regole di conversione implicita... per le espressioni aritmetiche x y ove il simbolo indica un operazione aritmetica e le variabili sono di tipo diverso 1) ogni variabile di tipo char o short (incluse le versioni signed o unsigned) viene convertita in variabile di tipo int; 2) se dopo il passo 1 le variabili sono ancora di tipo diverso, si converte temporaneamente l operando inferiore della seguente gerarchia int < long < unsigned < unsigned long < float < double < long double in operando di tipo superiore; 3) se dopo il passo 2 i tipi sono dello stesso tipo, viene eseguita l operazione relativa a quel tipo. Il risultato dell espressione è quindi del tipo superiore.... per le assegnazioni double vardop; int varint; vardop = varint; varint = vardop; G. Piscitelli Politecnico di Bari pag. 25 di 25