Fondamenti di programmazione parte 1. Elementi di informatica IGLP

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1 Fondamenti di programmazione parte 1 Elementi di informatica IGLP

2 Questo insieme di trasparenze è stato ideato e realizzato dai ricercatori e professori del Dipartimento di Informatica e Sistemistica dell Università di Napoli. Esse possono essere impiegate liberamente per fini didattici esclusivamente senza fini di lucro, a meno di un esplicito consenso scritto degli Autori. Nell uso dovrà essere esplicitamente riportata la fonte e gli Autori. Gli Autori non sono responsabili per eventuali imprecisioni contenute in tali trasparenze né per eventuali problemi, danni o malfunzionamenti derivanti dal loro uso o applicazione

3 Outline I linguaggi C e C++: introduzione Elementi Lessicali Commenti Identificatori Parole Chiave Costanti Letterali Costanti simboliche I tipi Le variabili Istruzioni di Assegnamento Assegnazione: esempi

4 Il linguaggio C Linguaggio di alto livello compilato Bell Labs, USA Standardizzato negli anni 80 Caratteristiche Supporto ai tipi di dato strutturato Supporto alla programmazione modulare Meccanismi di basso livello che consentono uso efficiente delle risorse hw Integrato in Unix Diffusi i compilatori per gli altri ambienti Elevata portabilità Compilabilità del programma in diversi ambienti

5 Il linguaggio C++ C migliorato Bell Labs, anni 90 Mantiene le caratteristiche positive del linguaggio C Tra i miglioramenti: Supporto alla programmazione ad oggetti Approccio bottom-up

6 Dal programma sorgente al programma eseguibile

7 Elementi lessicali Un programma, scritto in un qualsiasi linguaggio di programmazione, prima di essere eseguito viene sottoposto ad un processo di traduzione Lo scopo di questo processo è quello di tradurre il programma originale (codice sorgente) in uno semanticamente equivalente, ma eseguibile su una certa macchina Il processo di compilazione è suddiviso in più fasi, ciascuna delle quali volta all'acquisizione di opportune informazioni necessarie alla fase successiva

8 Elementi lessicali La prima di queste fasi è nota come analisi lessicale ed ha il compito di riconoscere gli elementi costitutivi del linguaggio sorgente, individuandone anche la categoria lessicale Ogni linguaggio prevede un certo numero di categorie lessicali e in C++ possiamo distinguere in particolare le seguenti categorie: Commenti; Identificatori; Parole riservate; Costanti letterali; Segni di punteggiatura e operatori;

9 Commenti I commenti, come in qualsiasi altro linguaggio, hanno valore soltanto per il programmatore e vengono ignorati dal compilatore. È possibile inserirli nel proprio codice in due modi diversi: racchiudendoli tra i simboli /* e */ facendoli precedere dal simbolo // Nel primo caso e` considerato commento tutto quello che è compreso tra /* e */, il commento quindi si può estendere anche su più righe o trovarsi in mezzo al codice..

10 Commenti

11 Identificatori Gli identificatori sono simboli definiti dal programmatore per riferirsi a cinque diverse categorie di oggetti: Variabili; Etichette; Tipi definiti dal programmatore; Funzioni; Costanti simboliche;

12 Oggetti dotati di identificatori Variabili Le variabili sono contenitori di valori di un qualche tipo Ogni variabile può contenere un singolo valore che può cambiare nel tempo Il tipo di questo valore viene stabilito una volta per tutte e non può cambiare Etichette Una etichetta è un nome il cui compito è quello di identificare una istruzione del programma Le etichette sono utilizzate dalle istruzioni di salto incondizionato ( goto )

13 Oggetti dotati di identificatori Tipi Un tipo identifica un insieme di valori e di operazioni definite su questi valori C/C++ (come ogni linguaggio) fornisce un certo numero di tipi primitivi (cui è associato un identificatore predefinito) dei meccanismi per permettere ai programmatori la costruzione di nuovi tipi a partire dai tipi primitivi Ai nuovi tipi i programmatori associano un identificatore Funzioni In C/C++ i sottoprogrammi si chiamano funzioni Costanti simboliche Le costanti simboliche servono ad identificare valori che non cambiano nel tempo

14 Identificatori Un identificatore deve iniziare con una lettera o con carattere di underscore (_), seguiti da un numero qualsiasi di lettere, cifre o underscore Viene fatta distinzione tra lettere maiuscole e lettere minuscole Tutti gli identificatori presenti in un programma devono essere diversi tra loro, indipendentemente dalla categoria cui appartengono

15 Parole chiave Il C/C++, così come ogni linguaggio di programmazione, si riserva delle parole chiave (keywords) il cui significato è prestabilito e che non possono essere utilizzate dal programmatore come identificatori Sono inoltre da considerare parole chiave tutte quelle che iniziano con un doppio underscore ; riservate per le implementazioni del linguaggio e per le librerie standard

16 Costanti letterali Valori prefissati inseriti all interno del programma Si possono avere Costanti intere Costanti reali Costanti di tipo carattere Racchiuse tra apici singoli Costanti di tipo stringa Racchiuse tra apici doppi

17 Costanti intere Una costante intera può essere: Una sequenza di cifre decimali, eventualmente con segno; Uno 0 (zero) seguito da un intero, in ottale (base 8); 0x o 0X seguito da un intero, in esadecimale (base 16); Esempio Nella rappresentazione in esadecimale, oltre alle cifre decimali, è consentito l'uso delle lettere da "A" a "F" e da "a" a "f

18 Costanti intere Il segno può essere espresso solo in base 10, negli altri casi esso è sempre + La base in cui viene scritta la costante determina il modo in cui essa viene memorizzata Il compilatore sceglierà il tipo da utilizzare sulla base delle seguenti regole: Base 10: il più piccolo atto a contenerla tra int, long int, unsigned long int Base 8 o 16: il più piccolo atto a contenerla tra int, unsigned int, long int, unsigned long int Si può forzare il tipo da utilizzare aggiungendo alla costante un suffisso costituito da u o U e/o l o L

19 Costanti reali Si esprimono sia in virgola fissa esplicitando la posizione del punto Esempi: -10.1, , Sia in virgola mobile Segno, Mantissa e o E Segno, esponente Esempi: 0.1e-23, e10, -1.3e-99, 0.1E12 Il tipo scelto per rappresentare una costante reale è double, se non diversamente specificato utilizzando i suffissi F o f per float, o L o l per long double

20 Costanti simboliche Utili per fare riferimento a valori costanti ricorrenti o semplicemente utilizzati nel programma Costanti tipizzate Variabili il cui valore è dichiarato costante nel corpo del programma const tipo_var nome_var = valore_const; Ogni tentativo di modifica della variabile nome_var verrà segnalato come errore in fase di compilazione Costanti non tipizzate dichiarate mediante direttiva di precompilazione #define #define nome_const valore_const Il compilatore sostituirà ad ogni occorrenza di nome_const il valore valore_const valore_const è una costante letterale

21 Differenze Costanti non tipizzate La direttiva # define NOME valore produce la sostituzione di tutte le successive occorrenze di NOME con valore (vengono sostituiti i simboli con i valori corrispondenti) non provoca allocazione di memoria Il valore delle costanti può essere cambiato modificando solo la direttiva #define corrispondente Il tipo dell valore è implicitamente determinato dal compilatore Devono essere dichiarate nel contesto delle direttive di precompilazione

22 Differenze Costanti tipizzate Sono a tutti gli effetti delle variabili, di valore però immodificabile Il tipo è esplicitamente dichiarato dal programmatore Possono essere dichiarate in diversi punti del programma

23 Segni di punteggiatura e operatori

24 Il concetto di tipo Il tipo rappresenta un insieme di elementi all interno del quale può essere scelto un valore. Se un informazione è di un certo tipo, il suo valore sarà costituito da un elemento all interno del relativo insieme Rappresentazione dell informazione TIPO, VALORE, ATTRIBUTO Per es. il tipo intero raggruppa in un insieme tutti i numeri interi ed, in astratto, ha cardinalità infinita (tipo) Un informazione di tipo intero sarà costituita, dunque, da un numero intero (valore) L attributo relativo all informazione indica poi il significato da associare ad essa (attributo)

25 Tipi semplici e strutturati Un tipo semplice contiene un informazione atomica, non divisibile, cioè, in più informazioni singolarmente significative Un tipo strutturato contiene un informazione divisibile in più sotto-informazioni, ciascuna di queste, a loro volta, di tipo semplice o strutturato Per es.: il tipo numero intero è un tipo semplice; il tipo numero complesso è un tipo strutturato; il tipo studente universitario è un tipo strutturato

26 Il concetto di variabile La variabile è un elemento presente pressoché in tutti i linguaggi di programmazione Essa può essere considerata come il contenitore usato per memorizzare un informazione Ogni qualvolta, cioè, che un informazione deve essere memorizzata, è necessario utilizzare una apposita variabile

27 Le variabili in C++ Ogni variabile, prima di poter essere utilizzata, deve essere dichiarata. Questo è necessario, innanzitutto, per fare in modo che il calcolatore, all atto dell esecuzione del programma, possa preparare in anticipo lo spazio in memoria per ospitare la variabile (e quindi l informazione). Questa operazione viene definita allocazione Lo spazio deve essere tanto maggiore quanto più l informazione è articolata

28 Le variabili in C++ L informazione su quanto spazio allocare viene comunicata al calcolatore proprio all atto della dichiarazione di una variabile Ciò avviene attraverso l associazione della variabile al tipo cui essa appartiene Ogni volta che una variabile viene dichiarata, quindi, si specifica anche il tipo al quale essa appartiene Essendo i registri di un calcolatore di dimensione finita ed in numero finito, in un linguaggio di programmazione, il tipo individua sempre un insieme finito e ben preciso di elementi Il calcolatore, all atto dell allocazione di una variabile, conoscendo la cardinalità del tipo, può dedurre quanto grande deve essere lo spazio da allocare

29 I tipi nei linguaggi di programmazione Ogni linguaggio introduce una serie di tipi predefiniti ( built-in ) Questi sono i tipi che l utente può direttamente utilizzare In genere i tipi predefiniti sono quelli necessari per le applicazioni più generiche: interi, reali, caratteri, stringhe di caratteri etc.

30 Tipi atomici fondamentali I tipi fondamentali predefiniti dal linguaggio C++ sono: bool (valore logico) char (carattere) int (intero) float (reale) double (reale)

31 Memoria occupata La quantità di memoria allocata per ogni tipo predefinito dipende può variare con l architettura dell elaboratore e con l implementazione del compilatore the sizes of even primitive types in C and C++ are implementationdefined (that is, not precisely defined by the standard). even though most implementations of C and C++ on 32-bit systems define type int to be 4 bytes, the size of an int could change when code is ported to a different system Per ottenere la occupazione effettiva di memoria di un tipo il linguaggio fornisce la funzione sizeof Es: sizeof(int); long int a; sizeof(a);

32 Tipi primitivi predefiniti Ad essi possono essere applicati i qualificatori signed, unsigned, short e long Questi qualificatori non sono applicabili a tutti i tipi indifferentemente In particolare le configurazioni possibili sono: short int long int unsigned char unsigned short int unsigned int unsigned long int long double

33 Esempi NB: l occupazione di memoria è riferita ad un certo elaboratore

34 Dichiarazioni equivalenti

35 Definire nuovi tipi Alcuni linguaggi, come anche il C++, danno comunque la possibilità di costruire nuovi tipi per le specifiche esigenze typedef, enum I tipi possono essere costruiti mediante: aggregazione dei tipi già esistenti; utilizzo di opportuni costrutti sintattici per la creazione di tipi del tutto nuovi Ad es, tipi enumerativi

36 Tipi enumerativi Il nuovo tipo viene definito elencando tutti i possibili valori che ne fanno parte Esempio: enum Colore {rosso, giallo, blu, verde}; typedef enum{r, g, b} Colore; Il compilatore associa ad ogni valore elencato un intero corrispondente alla posizione occupata a partire da 0 I valori interi possono essere esplicitati enum Colore{rosso=1, giallo=2, blu=4, verde=3};

37 Allocazione di una variabile La dichiarazione (allocazione) di una variabile, in C++, avviene con la seguente sintassi: tipovar nomevar; Per es., per dichiarare una variabile di tipo intero, con il nome i, si scrive: int i i è un istanza del tipo intero

38 Esempio: allocazione di una variabile Supponiamo che una certa implementazione del C++ specifichi che una variabile appartenente al tipo int possa contenere un qualunque numero intero compreso tra 0 e In questo caso, cosa succede nel calcolatore quando si scrive int i; all atto della sua dichiarazione viene allocata dal calcolatore un area di memoria di 16 bit

39 Esempio: allocazione di una variabile

40 Dopo l allocazione Una volta allocata, una variabile può essere scritta e letta. Subito dopo l allocazione, che valore assume la variabile? Subito dopo l allocazione il valore di una variabile è indeterminato In particolare, il valore è impredicibile perché dipende dal contenuto preesistente della particolare locazione di memoria che il calcolatore ha deciso di utilizzare per ospitare il dato Operazioni di lettura su una variabile allocata e non ancora inizializzata sono, quindi, del tutto prive di senso E necessario inizializzare una certa variabile prima di poterla usare assegnandole un valore

41 Inizializzazione È possibile inizializzare una variabile contemporaneamente all atto della sua allocazione: int a = 0; char c = g ; Questa, quando sensata, è una tecnica che aiuta ad evitare errori dovuti all aver dimenticato variabili non inizializzate

42 Istruzione di assegnamento ll C/C++ è un linguaggio basato sul paradigma imperativo L'operatore di assegnamento è denotato dal simbolo = (uguale) e viene applicato con la sintassi: < lvalue > = < rvalue >; Il termine lvalue rappresenta un riferimento ad una regione di memoria (in generale un identificatore di variabile), Mentre un rvalue è una qualsiasi espressione la cui valutazione produca un valore

43 Assegnamento: esempi variabile = espressione; il valore dell espressione viene registrato (assegnato) alla variabile

44 Assegnamento Il risultato dell'assegnamento è il valore prodotto dalla valutazione della parte destra (rvalue) ed ha come effetto l'assegnazione di tale valore alla regione di memoria denotata nella parte sinistra (lvalue) L assegnamento produce come risultato l assegnazione del valore alla variabile: dopo l assegnamento la valutazione della variabile produrrà lo stesso valore fino a che un nuovo assegnamento non verrà eseguito su di essa

45 Assegnamento Si osservi che una variabile può apparire sia a destra che a sinistra di un assegnamento, se tale occorrenza si trova a destra, produce il valore contenuto nella variabile se invece si trova a sinistra, essa denota la locazione di memoria da modificare Poiché un identificatore di variabile può trovarsi contemporaneamente su ambo i lati di un assegnamento è necessaria una semantica non ambigua: come in qualsiasi linguaggio imperativo (Pascal, Basic,...) la semantica dell'assegnamento impone che prima si valuti la parte destra e poi si esegua l'assegnamento del valore prodotto all'operando di sinistra

46 Assegnamento NB: l assegnamento non è una relazione di uguaglianza produce una modifica della memoria

47 Associatività dell assegnamento Poiché un assegnamento produce come risultato il valore prodotto dalla valutazione della parte destra (è cioè a sua volta una espressione), è possibile legare in cascata più assegnamenti: Clarabella = Pippo = 5; Essendo l'operatore di assegnamento associativo a destra, l'esempio precedente è da interpretare come Clarabella = (Pippo = 5); cioè viene prima assegnato 5 alla variabile Pippo e il risultato di tale assegnamento (il valore 5) viene poi assegnato alla variabile Clarabella

48 Istruzioni di assegnamento Esistono anche altri operatori che hanno come effetto collaterale l'assegnazione di un valore La maggior parte di essi sono delle utili abbreviazioni Esempi: Pippo += 5; // equivale a Pippo = Pippo + 5; Pippo -= 10; // equivale a Pippo = Pippo - 10; Pippo *= 3; // equivale a Pippo = Pippo * 3; si tratta cioè di operatori derivanti dalla concatenazione dell'operatore di assegnamento con un altro operatore binario

49 Autoincremento e autodecremento Gli altri operatori che hanno come effetto laterale l'assegnamento sono quelli di autoincremento e autodecremento Esempi Pippo++; // cioè Pippo += 1; ++Pippo; // sempre Pippo += 1; Pippo--; // Pippo -= 1; --Pippo; // Pippo -= 1; Questi due operatori possono essere utilizzati sia in forma prefissa (righe 2 e 4) che in forma postfissa (righe 1 e 3) Il risultato comunque non è proprio identico poiché la forma postfissa restituisce come risultato il valore della variabile e poi incrementa tale valore e lo assegna alla variabile, la forma prefissa invece prima modifica il valore associato alla variabile e poi restituisce tale valore

50 Esempio

51 Esercizi Scambio del valore di due variabili Esempio Input: a = 10, b = 20 Output: a = 20, b = 10 Scambio del valore di tre variabili Esempio Input : a = 10, b = 20, c = 30 Output: a = 20, b = 30, c = 10