Informatica B allievi Ing.Energetica e Meccanica

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1 Informatica B allievi Ing.Energetica e Meccanica INTRODUZIONE ALLA PROGRAMMAZIONE Prof. A. Morzenti

2 Codifica degli algoritmi in un linguaggio di alto livello problema della formulazione di un algoritmo algoritmo formulato per essere eseguito automaticamente preciso e dettagliato per essere comunicato tra esseri umani sintetico obiettivi contrastanti precisione e dettaglio linguaggio macchina, ma è difficilmente comprensibile sinteticità linguaggio naturale ma non è eseguibile e spesso è ambiguo linguaggi di programmazione ad alto livello cercano di risolvere questo dilemma soluzioni di compromesso, non ancora soddisfacenti noi adottiamo linguaggio C, di alto livello ma non modernissimo inizialmente due principali semplificazioni: gamma ristretta di operazioni di ingresso/uscita (input/output, I/O) evitata dichiarazione esplicita degli elementi usati nel programma Progressi rispetto a codice macchina: celle di memoria, istruzioni, valori costanti denotati in modo simbolico usando identificatore mnemonico più facile da capire e ricordare sequenza di esecuzione delle istruzioni espressa nello stile del linguaggio naturale e della matematica 2/ 24

3 descrizione di C mediante la macchina C che esegue i programmi codificati nel linguaggio Il nucleo del linguaggio C al posto delle periferiche un unica unità di ingresso, Standard Input un unica unità di uscita, Standard Output Standard Input, Standard Output e memoria divisi in celle elementari contenenti ciascuna un dato semplificazioni / idealizzazioni nessuna ipotesi sulla natura del dato nelle celle (poi saremo molto più precisi) nessun limite al numero delle celle al valore (numerico) contenuto queste celle di memoria generalizzate chiamate variabili perchè contenuto può cambiare durante esecuzione programma variabili hanno un nome: un identificatore simbolico successione di lettere, cifre e segno _ con al primo posto una lettera 3/ 24

4 Esempi di identificatori C: a, x, alfa, pippo, a1, xy23, Giuseppe, DopoDomani, velocita_massima NB maiuscole distinte dalle minuscole Var1, var1 e VAR1 tre diversi identificatori alcuni identificatori predefiniti e riservati associati a priori a qualche elemento del linguaggio non usabili dal programmatore con significati differenti da quello predefinito Altre parole riservate fanno parte del lessico di base del linguaggio detti parole chiave Esempi scanf printf operazione di ingresso (lettura da standard input) operazione di uscita (scrittura su standard output) programma C è composto da intestazione istruzioni eseguibili racchiuse tra simboli { e intestazione: identificatore predefinito main seguito da una coppia di parentesi ( ) istruzioni: frasi eseguibili del linguaggio, ognuna terminata dal simbolo ; dividiamo istruzioni C in tre tipi: di assegnamento di ingresso/uscita composte 4/ 24

5 assegna a variabile il valore di un espressione variabile = espressione ; Istruzione di assegnamento NB: simbolo = non indica uguaglianza; per questo si usa == espressione può essere valore costante (e.g., 13, a, alfa, ) variabile combinazione di espressioni mediante operatori (es. aritmetici +,, *, /) e parentesi NB: divisione / tra interi calcola in quoto (quoziente troncato) tra reali (float) calcola il quoziente (con parte frazionaria) Un operatore aritmetico (forse) nuovo: resto della divisione intera, o modulo % es. 17%5 valutato a 2, 15%5 valutato a 0 Esempi di istruzioni di assegnamento x = 23; w = 'a'; y = z; alfa = x + y; x = x + 1; x = (x + 1) % 2; x = (x + 1) % 10; esecuzione di istruzione di assegnamento valutazione dell espressione (valore delle variabili è memorizzato nelle celle corrispondenti) memorizzazione del risultato nella variabile a sinistra del simbolo = Esempio: se la cella della variabile a contiene il valore 45 e z il valore 5, l istruzione x = (a z)/10; immagazzina il valore 4 nella (cella della) variabile x 5/ 24

6 Istruzioni di ingresso e uscita (NB: versione semplificata, per il momento) scanf ingresso-lettura printf uscita-scrittura seguiti da coppia parentesi con l identificatore di una variabile scanf vuole tra parentesi una o più variabili da leggere printf accetta tra le parentesi anche una qualsiasi espressione Esempio scanf(a): scanf(z): printf((a z)/10); 6/ 24

7 Istruzioni composte: occorre fare una (lunga) premessa esecuzione delle istruzioni composte è governata da condizioni condizione (o espressione booleana) espressione con valore vero o falso determinata dal valore delle costanti o variabili in essa contenute usualmente condizioni costruite da altre espressioni mediante operatori di relazione ==,!=, <, >, <=, >=, (relazioni uguale, diverso, minore, etc.) applicati a valori di tipo NON logico, costruiscono condizioni semplici operatori logici:!,, && (negazione (NOT), disgiunzione (OR), congiunzione (AND) applicati a condizioni, costruiscono condizioni composte TAVOLE DI VERITÀ DEGLI OPERATORI LOGICI A F V! A V F negazione (NOT)!A B F V A F F V V V V disgiunzione (OR) A B A B F V F F F V F V congiunzione (AND) A && B (V = vero; F = falso) 7/ 24

8 Esempi x == 0 alfa > beta && x!= 3!((a + b)*3 > x a < c) se x=0, alfa=1, beta=2, a=3, b=4 e c=5 le tre condizioni valgono rispettivamente: V, F e F. regole di precedenza tra gli operatori logici, simili a quelle dell aritmetica Esempio: x > 0 y == 3 && z > w && eseguito prima di, così come nell espressione (a + b * c) * eseguito prima di + Priorità descrescente negazione (NOT)! operatori di relazione <, >, <=, >= uguaglianza ==, disuguaglianza!=, congiunzione (AND) && disgiunzione (OR) Utili regole di equivalenza: tra espressioni logiche doppie negazioni si elidono:!!a == a Leggi di De Morgan!(a && b) ==!a!b!(a b) ==!a &&!b Esempi!( (a >= 5) && (a <= 10) ) == [De Morgan] (!(a >= 5)!(a <= 10) ) == [proprietà e ] (!!(a < 5)!!(a > 10) ) == [doppia negazione ] ( (a < 5) (a > 10) ) 8/ 24

9 TAVOLE DI VERITA Rappresenta tutti i possibili modi di valutare un espressione booleana (contenente come espressioni elementari solo variabili logiche proposizionali) Una riga per ogni possibile assegnamento di valori logici alle variabili (n variabili logiche 2 n possibili assegnamenti) Una colonna per ogni sottoformula (inclusa la sottoformula stessa) Esempio: espressione (! A ) ( B && C ) (NB: parentesi non necessarie) 9/ 24

10 istruzione condizionale eseguire una di due (sequenze di) istruzioni alternative in base al valore di una condizione tre componenti dell istruzione condizione (racchiusa tra parentesi tonde) azione se condizione vera azione se condizione falsa (questa è facoltativa, può essere omessa) se azioni composte da più di un istruzione necessario racchiuderle tra parentesi graffe (opzionali per sequenze di una sola istruzione) Esempi if (x < lim -1) x = x + 1; else x = 0; if (x % 7 == 0) printf( x multiplo di 7 ); else printf( x non multiplo di 7 ); printf( x ); if (x % 7!= 0) printf( non ); printf( multiplo di 7 ); printf( x ); if (x % 7!= 0) { printf( non ); printf( multiplo di 7 ); 10 / 24

11 Esempi di istruzione condizionale if ( x % 5 == 0 ) if (x % 7 == 0 ) printf( x multiplo di 5 e anche di 7 ); else printf( x multiplo di 5 ma non di 7 ); else printf( x non multiplo di 5 ); if ( x % 5 == 0 ) if (x % 7 == 0 ) printf( x multiplo di 5 e anche di 7 ); else printf( x multiplo di 5 ma non di 7 ); if ((x+y)*(z-2) > (23+v)) { z = x + 1; y = 13 + x; if ( (x == y && z >3) w!= y ) z = 5; else { y = z + w*y; x = z; NB: incolonnamento irrilevante 11 / 24

12 istruzione iterativa (ciclo) ripetizione di una sequenza di istruzioni fintantoché una condizione è verificata Due componenti condizione racchiusa tra parentesi tonde sequenza di istruzioni fra parentesi graffe (corpo del ciclo) come al solito, parentesi graffe facoltative per sequenze di una sola istruzione Esempi x = 5; while ( x >= 0 ) x = x 1; n = 64; ln = 0; while ( n > 1 ) { ln = ln + 1; n = n / 2; Esecuzione dell istruzione iterativa: prima valuta la condizione se condizione falsa non eseguito corpo del ciclo e passa all istruzione successiva altrimenti esegue una volta corpo del ciclo e ricomincia (valuta la condizione etc.) NB: componibilità tra istruzioni è completa un istruzione composta può contenere qualsiasi istruzione, anche composta 12 / 24

13 Primi esempi di programmi C due programmi distinti (ed equivalenti) per leggere due numeri ed emettere il maggiore uso dell istruzione condizionale /* Programma NumeroMaggiore prima versione */ main() { scanf(x); scanf(y); if ( x > y ) z = x; else z = y; printf(z); /* Programma NumeroMaggiore seconda versione */ main() { scanf(x); scanf(y); if ( x > y ) printf(x); else printf(y); NB: uso di commenti: testo racchiuso tra /* e */ non fanno parte del programma ignorati dalla macchina possono comparire ovunque calcola somma di sequenza di numeri diversi da 0, terminata da uno 0 una variabile, somma inizializzata a 0, una variabile numero per gli addendi /* Programma SommaSequenza */ main() { somma = 0; scanf(numero); while (numero!= 0) { somma = somma + numero; scanf(numero); printf(somma); 13 / 24

14 programma che simula il semplice gioco fra due giocatori "carta-forbici-sasso": ogni giocatore sceglie simbolo fra i tre: carta ( c ), forbici ( f ) e sasso ( s ) (sasso batte forbici, forbici batte carta, carta batte sasso) legge due caratteri dallo Standard Input primo dà scelta primo giocatore, secondo del secondo giocatore scrive vincitore su Standard Output, o indica parità se simboli uguali /* Programma GiocoCartaForbiciSasso */ main() { scanf(primo); scanf(secondo); if (Primo == Secondo) printf("il gioco è pari"); else if ( ( Primo == 's' && Secondo == 'f') ( Primo == 'f' && Secondo == 'c') ( Primo == 'c' && Secondo == 's') ) printf("il vincitore è il giocatore n. 1"); else printf("il vincitore è il giocatore n. 2"); NB uso di istruzioni composte annidate NB uso di incolonnamento (rientri) per favorire leggibilità solo stile, ininfluente sull esecuzione del programma 14 / 24

15 calcolo del massimo comune divisore (MCD) tra due numeri n e m prima soluzione applica la definizione di MCD scandisci tutti i numeri tra 1 e il minimo tra m e n per ognuno di essi stabilisci se è un divisore comune a m e n (x è divisore di y se e solo se y % x == 0 ) ogni numero divisore sia di m sia di n memorizzato come (provvisorio) MCD inizialmente variabile per MCD riceve valore 1 /* Programma MaxComDiv */ main() { scanf(n); scanf(m); mcd = 1; if (n <= m) min = n; else min = m; contatore = 1; while (contatore <= min) { if ( n % contatore == 0 && m % contatore == 0) mcd = contatore; contatore = contatore + 1; printf(mcd); 15 / 24

16 algoritmo di Euclide se m = n, MCD(m,n) = m (o n) se m n (e.g., m > n) allora MCD(m,n) = MCD(m n,n) ciò perchè se m > n divisori comuni a m e n coincidono con divisori comuni a m n e n il ragionamento può essere ripetuto ripetendo prima o poi si arriva a una coppia di numeri uguali da ciò si deriva il seguente programma C, semplice ed elegante /* Programma AlgoritmoEuclide */ main() { scanf(m); scanf(n); while (m!= n) { if (m > n) m = m n; else /* qui sicuramente n > m perché corpo eseguito solo se m!= n */ n = n m; mcd = n; printf(mcd); efficienza: talvolta preferibile il primo algoritmo (e.g., m = , n = 6) talaltra il secondo (e.g., m = 1000, n = 500) 16 / 24

17 programmi C reali programmi visti finora non hanno dichiarazioni variabili istruzioni I/O nel formato corretto Esempio: programma SommaSequenza, completato, diventa: /* Programma SommaSequenza */ #include <stdio.h> main() { int numero, somma; somma = 0; scanf("%d", &numero); while (numero!= 0) { somma = somma + numero; scanf("%d", &numero); printf("la somma dei numeri è: %d\n", somma); programma C deve contenere, nell ordine: direttive per il compilatore identificatore predefinito main seguito dalle parentesi () un blocco, cioè: la parte dichiarativa la parte esecutiva racchiuse tra { e parte dichiarativa contiene la sezione della dichiarazione delle costanti; la sezione della dichiarazione delle variabili. 17 / 24

18 dichiarazioni: maggior fatica compensata dalla diagnostica Esempio, nel programma x = alfa; alba = alfa + 1; la b di alba è scritta per errore al posto di f senza la dichiarazione, macchina C interpreta alba come una nuova variabile invece il compilatore C segnala alba come una variabile non dichiarata Parte dichiarazione di variabili lista di dichiarazioni, ognuna elenca variabili usate nella parte esecutiva attribuisce il tipo ( caratteristiche che ne regolano l uso) per ora solo tre tipi semplici: interi (int), reali (float), caratteri (char) Esempi: float x, y; int i, j; char simb; equivalentemente float x; int i, j; char simb; float y; se nella stessa dichiarazione presenti più variabili (separate da, ) sono tutte dello stesso tipo tipo di una variabile stabilisce insieme dei valori assunti dalla variabile operazioni su di essa e loro effetto 18 / 24

19 Parte dichiarazione di costanti lista di dichiarazioni, ognuna associa STABILMENTE valore a identificatore NB si possono raggruppare più costanti dello stesso tipo in una stessa dichiarazione Esempi const float PiGreco = 3.14; const float PiGreco = , e = 2.718; const int N = 100, M = 1000; const char CAR1 = 'A', CAR2 = 'B'; compilatore segnala come errore ogni assegnamento a una costante nella parte eseguibile utilità delle dichiarazioni di costanti rappresentazione simbolica aiuta percezione del significato parametrizzazione dei programmi riutilizzabili al cambiare di circostanze esterne in un programma dichiaro const float PiGreco= 3.14; poi uso PiGreco più volte nella parte esecutiva se varia precisione basta cambiare solo dichiarazione costante const float PiGreco= ; 19 / 24

20 istruzioni di ingresso/uscita; scanf e printf printf(stringa di controllo, elementi da stampare); scanf(stringa di controllo, elementi da leggere); stringa di controllo: lista di elementi, separati da virgola, da stampare (espressioni) o leggere (variabili precedute da &) per printf per scanf stringa di controllo contiene caratteri di conversione o di formato %d intero decimale %f numero reale %c carattere %s stringa \n manda a capo per printf anche altri caratteri, che si vogliono stampare inframezzati agli elemeti da stampare Esempi: int catdipend; float stipmedio;... catdipend = 6; stipmedio = ; printf ("Lo stipendio annuo dei dipendenti di categoria %d \nè pari a EUR %f", catdipend, stipmedio); visualizza sullo schermo la scrtta: Lo stipendio annuo dei dipendenti di categoria 6 è pari a EUR / 24

21 char iniznome, inizcognome; iniznome = G ; inizcognome = M ; printf("%s\n%c%c\n\n%s\n", "Questo programma è stato scritto da", iniznome, inizcognome, "Buon lavoro!"); Questo programma è stato scritto da GM Buon lavoro! char c1, c2, c3; int i; float x;... scanf("%c%c%c%d%f", &c1, &c2, &c3, &i, &x); l utente può inserire i dati ABC NB: non dimenticare & davanti a nomi di variabili lette con scanf (errore frequentissimo e non rilevato dal compilatore) ogni programma che utilizza printf e scanf deve includere testualmente libreria stdio.h per farlo si scrive direttiva prima della testata main() #include <stdio.h> rivolta alla parte del compilatore chiamata preprocessore include copia file stdio.h nel file del programma NB: a rigore scanf e printf non sono istruzioni ma funzioni predefinite (sottoprogrammi) appartengono alla standard library chiamata stdio.h 21 / 24

22 Esempi di (veri) programmi C /* PrimoProgrammaC */ #include <stdio.h> main() { printf("questo è il mio primo programma in C\n"); NB parte dichiarativa vuota /* Programma SommaDueInteri */ #include <stdio.h> main() { int a, b, somma; scanf("%d%d", &a, &b); somma = a + b; printf("la somma di a+b è:\n%d \narrivederci!\n", somma); mettendo 3 e 5 su standard input (tastiera) sullo Standard Output (video) esce La somma di a+b è: 8 Arrivederci! 22 / 24

23 Espressioni intere come condizioni in C In C le espressioni intere e booleane sono intercambiabili: esiste una regola di conversione automatica 0 falso qualsiasi valore!=0 vero Ciò utilizzato in pratica (anche se non bello dal punto di vista concettuale) per memorizzare in variabili intere delle condizioni (valori di espressioni logiche) utilizzare espressioni aritmetiche al posto di condizioni nelle istruzioni if e while int numero, somma; somma = 0; scanf("%d", &numero); while (numero!= 0){ somma = somma + numero; scanf("%d", &numero); printf("la somma dei numeri digitati è: %d\n", somma); int numero, somma; somma = 0; scanf("%d", &numero); while (numero){ /* NB!! */ somma = somma + numero; scanf("%d", &numero); printf("la somma dei numeri digitati è: %d\n", somma); 23 / 24

24 Altro esempio: cosa fa il seguente programma? int x, y, numeridiversi;... scanf("%d %d", &x, &y); numeridiversi = (x!= y); if (numeridiversi) while (numeridiversi){ if (x>y) x = x y; else y = y x; numeridiversi = (x!= y); printf("%d", x); cosa succede se nel codice qui sopra tolgo la parte if (numeridiversi)? 24 / 24