Funzioni. (Passaggio dei parametri per riferimento) Passaggio dei parametri

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1 Funzioni (Passaggio dei parametri per riferimento) Passaggio dei parametri Per passaggio dei parametri si intende l associazione fra parametri attuali e parametri formali che avviene al momento della chiamata di una funzione (o procedura) Il meccanismo adottato in C, si chiama PASSAGGIO DI PARAMETRI PER VALORE Non è il solo meccanismo possibile Altri linguaggi forniscono anche: Passaggio per indirizzo (o riferimento) Passaggio per valore-risultato Programmazione - Michele Colajanni, 2006/

2 Passaggio dei parametri per valore Le locazioni di memoria corrispondenti ai parametri formali: Sono allocate al momento della chiamata della funzione Sono inizializzate con i valori dei corrispondenti parametri attuali trasmessi dalla funzione chiamante Vivono per tutto il tempo in cui la funzione è in esecuzione Sono deallocate quando la funzione termina Programmazione - Michele Colajanni, 2006/ Passaggio parametri per valore (cont.) QUINDI: La funzione chiamata riceve copia dei valori dei parametri attuali passati dalla funzione chiamante Tali copie sono sue copie private che servono solo per inizializzare i parametri formali Ogni modifica ai parametri formali è strettamente locale alla funzione I parametri attuali della funzione chiamante non saranno mai modificati! Programmazione - Michele Colajanni, 2006/

3 Perché il C adotta il passaggio per valore? E sicuro: le variabili del chiamante e del chiamato sono completamente disaccoppiate Consente di ragionare per componenti e servizi: la struttura interna dei singoli componenti è irrilevante (la funzione può anche modificare il contenuto dei parametri formali, inizializzati ai valori dei parametri attuali, senza che ciò abbia alcun impatto sui valori dei parametri attuali nell ambiente del chiamante) Programmazione - Michele Colajanni, 2006/ Limite del passaggio per valore Il passaggio per valore ha una SEMANTICA PER COPIA Impedisce a priori di scrivere funzioni che abbiano come scopo quello di modificare i dati passati dall ambiente chiamante (collegato al precedente) Impedisce di restituire più di un risultato all ambiente chiamante Programmazione - Michele Colajanni, 2006/

4 STACK Esempio (Programma scambia ) void scambia(int A, int B) int t; t = A; A = B; B = t; int x = 12, y = 27; printf( x=%d y=%d\n, x, y); scambia(x, y); printf( x=%d y=%d\n, x, y); Stampa (voluta) x=12 y=27 x=27 y=12 Stampa vera x=12 y=27 x=12 y=27 MOTIVO: Semantica del passaggio di parametri per valore. La funzione scambia ha scambiato A e B al suo interno, ma questa modifica non si è propagata ai parametri attuali Programmazione - Michele Colajanni, 2006/ Record di attivazione di scambia void scambia(int A, int B) int t; t = A; A = B; B = t; int x = 12, y = 27; printf( x=%d y=%d\n, x, y); scambia(x, y); printf( x=%d y=%d\n, x, y); A B t x y ritorno main Link main ritorno S.O record di attivazione di scambia() record di attivazione di La figura illustra la situazione nellostack nel momento di massima espansione, quando la funzione sta per terminare. Quando la funzione scambia() termina, il suo record viene deallocato e il risultato viene trasferito (tramite un registro della CPU) nella cella di nome y Programmazione - Michele Colajanni, 2006/

5 Passaggio dei parametri per riferimento La versione corretta del programma C che realizza la funzione scambia() necessita di un passaggio di parametri per riferimento In pratica, per superare i limiti della semantica per copia, occorre consentire alla funzione di far riferimento alle variabili dell ambiente del chiamante Programmazione - Michele Colajanni, 2006/ Principî del passaggio per riferimento Una funzione deve poter dichiarare, nella sua intestazione, che un parametro costituisce un riferimento In tal caso: il parametro formale indicato come riferimento non è più una variabile locale inizializzata al valore del parametro attuale, ma è un riferimento alla variabile originale (parametro attuale) nell ambiente della funzione chiamante quindi, ogni modifica fatta al parametro formale, in realtà viene effettuata sul parametro attuale della funzione chiamante (le modifiche fatte dall ambiente chiamato si propagano all ambiente chiamante) Programmazione - Michele Colajanni, 2006/

6 Passaggio parametri per riferimento in C Il passaggio per riferimento è disponibile in molti linguaggi di alto livello (Pascal, C++), ma non in tutti. In particolare, NON è disponibile in C, e quindi deve essere simulato tramite l uso di puntatori Programmazione - Michele Colajanni, 2006/ Implicazioni del passaggio per riferimento Poiché passare un parametro per riferimento comporta la capacità di inserire indirizzi di variabili nel record di attivazione delle funzioni, gestire il passaggio per riferimento implica la capacità di accedere, direttamente o indirettamente, agli indirizzi delle variabili In particolare, occorre essere capaci di: ricavare l indirizzo di una variabile dereferenziare un indirizzo di variabile, ossia recuperare la variabile dato il suo indirizzo Programmazione - Michele Colajanni, 2006/

7 Implicazioni del passaggio per riferimento in C Nei linguaggi che offrono il passaggio per riferimento, i due passi (ricavare e dereferenziare indirizzi) vengono effettuati dal supporto del linguaggio in modo trasparente all utente Quindi, l utente non manipola direttamente indirizzi: è la macchina virtuale del linguaggio a farlo La barriera di astrazione del linguaggio di alto livello viene mantenuta, mentre questo non è possibile nei linguaggi che non supportano ufficialmente il passaggio per riferimento Programmazione - Michele Colajanni, 2006/ E se il linguaggio non lo offre? Se un linguaggio non offre il passaggio per riferimento, l unica possibilità per realizzarlo è di poter manipolare direttamente gli indirizzi delle variabili Il programmatore DEVE CONOSCERE e MANIPOLARE entità che NON sono proprie del linguaggio di alto livello, ma della macchina sottostante. La barriera di astrazione del linguaggio di alto livello viene PERFORATA! Questa mancanza è definitiva, se il linguaggio non consente comunque di accedere alla macchina sottostante Questa mancanza può essere colmata, se il linguaggio è conscio di questa sua mancanza e quindi prevede un modo per perforare la barriera di astrazione Programmazione - Michele Colajanni, 2006/

8 Linguaggi a confronto 1. Un linguaggio che offre il passaggio per riferimento consente di non perforare la barriera di astrazione della macchina ad alto livello (cioè evitare di vedere la memoria ) 2. Un linguaggio che non offre il passaggio per riferimento e non offre strumenti per perforare la barriera di astrazione, non può avere il passaggio di parametri per riferimento 3. Un linguaggio che non offre il passaggio per riferimento ma offre strumenti per perforare la barriera di astrazione, può emulare il passaggio di parametri per riferimento facendo ricadere sul programmatore (esperto) il peso di conoscere e manipolare entità della macchina sottostante (in questo caso, la memoria) Programmazione - Michele Colajanni, 2006/ Il linguaggio C usa i puntatori Il C fornisce due operatori per agire sulla macchina sottostante: l operatore estrazione di indirizzo, & l operatore di dereferenziamento, * Se x è una variabile, &x denota l indirizzo in memoria centrale di tale variabile: &x a Se a è l indirizzo in memoria centrale di una variabile, *a denota tale variabile: *a x Programmazione - Michele Colajanni, 2006/

9 STACK Si riconsideri la funzione scambia void scambia(int *Q, int *P) int t; t = *Q; *Q = *P; *P = t; Stampa int x = 12, y = 27; printf( x=%d y=%d\n, x, y); x=12 y=27 scambia(&x, &y); printf( x=%d y=%d\n, x, y); x=27 y=12 La funzione chiamante deve passare degli indirizzi come parametri attuali La funzione deve specificare che: - si aspetta degli indirizzi (da inserire in puntatori) - deve dereferenziare tali puntatori ogni volta che li usa per accedere ad una variabile Si noti che l onere della gestione del passaggio dei parametri per riferimento in C ricade sul programmatore! Programmazione - Michele Colajanni, 2006/ Record di attivazione di scambia corretta void scambia(int *Q, int *P) int t; t = *Q; *Q = *P; *P = t; int x = 12, y = 27; printf( x=%d y=%d\n, x, y); scambia(&x, &y); printf( x=%d y=%d\n, x, y); Q P t x y Attenzione: Q=P non è errato, ma avrebbe un effetto molto diverso a b ritorno main ritorno S.O a b 12 Link main record di attivazione di scambia() record di attivazione di Programmazione - Michele Colajanni, 2006/

10 Capire bene la scanf() La scanf() è una funzione NON un comando che modifica il valore del parametro passato. Quindi, serve il passaggio per riferimento: int a; scanf ( %d, &a); Al contrario, la printf() è una funzione che non modifica il valore del parametro passato, ma legge solo il contenuto della variabile da stampare Programmazione - Michele Colajanni, 2006/ Esercizio 1 (Specifica) Data una temperatura, espressa in gradi Celsius oppure Fahrenheit, scrivere una procedura di conversione che calcoli sia il corrispondente valore espresso in Fahrenheit, sia quello espresso in Celsius Programmazione - Michele Colajanni, 2006/

11 Esercizio 1 (Idea e Algoritmo) Dato il valore t espresso nella scala s, calcola il corrispondente valore f convertito in gradi Fahrenheit ed il corrispondente valore c convertito in gradi Celsius La funzione deve restituire 2 risultati, quindi non si può utilizzare il return Programmazione - Michele Colajanni, 2006/ Esercizio 1 (Programma) void convert (float t, char s, float *f, float *c) const float F1=9.0, F2=5.0, SH=32.0; if (s== F ) *f = t; *c = F2/F1*(t-SH); else *c = t; *f = SH+t*F1/F2; float temp_input, celsius, fahrenheit; char T; scanf( %d, &temp_input); scanf( %c, &T); convert(temp_input, T, &fahrenheit, &celsius ); printf( Fahrenheit=%lf Celsius =%lf\n, fahrenheit, celsius); Programmazione - Michele Colajanni, 2006/

12 Attenzione: Effetti collaterali (veri) float a, b; float R (float* x) *x=*x+*x; return(*x); a=1.0; b=2*r(&a); printf( %f\n,b); a=1.0; b=r(&a)+r(&a); printf( %f\n,b); Stampa 4 6 Programmazione - Michele Colajanni, 2006/ Effetti collaterali (apparenti) float a, b; float R1 (float* x) return (*x+*x); a=1.0; b=2*r1(&a); printf( %f\n,b); a=1.0; b=r1(&a)+r1(&a); printf( %f\n,b); Nel caso precedente (R) si ha un effetto collaterale indesiderato. In questo caso (R1) non si ha effetto collaterale in entrambi i casi viene stampato 4 MOTIVO: L effetto collaterale si può avere solo se il parametro attuale è passato per indirizzo e all interno della funzione il parametro formale subisce delle modifiche. Programmazione - Michele Colajanni, 2006/

13 Funzioni (Passaggio di vettori come parametri) Radiografia dei vettori in C In C un vettore è organizzato come un puntatore costante, inizializzato a puntare ad un area di memoria opportunamente preallocata Il nome del vettore, v, rappresenta in realtà l indirizzo iniziale dell area di memoria associata, e vale l identità: v & v[0] Programmazione - Michele Colajanni, 2006/

14 Conseguenze Il fatto che il nome del vettore indichi non il vettore in sé, ma l indirizzo iniziale dell area di memoria a lui associata ha una importante conseguenza: in C non esiste modo di indicare un vettore come un tutt uno per cui è impossibile operare su vettori intesi nella loro globalità CONSEGUENZE E impossibile che una funzione restituisca un vettore Passare un vettore come parametro a una funzione non significa passare l intero vettore! Programmazione - Michele Colajanni, 2006/ Passaggio di vettore come parametro Esempio int findmax(int v[ ], int n) CHIAMATA: int A[4]; max = findmax(a,4); Poiché il nome del vettore rappresenta l indirizzo iniziale dell area di memoria associata, quando si passa un vettore ad una funzione non si copia l intero vettore, si copia solo il indirizzo della sua prima locazione! In pratica, i vettori sono automaticamente passati per riferimento Programmazione - Michele Colajanni, 2006/

15 Conseguenza 1 Se i vettori sono passati come parametri per riferimento, la funzione può modificarne i contenuti Se questo rischio o opportunità si vuole evitare, bisogna usare la forma: const int v[ ] Es. int findmax(const int v[ ], int n) Programmazione - Michele Colajanni, 2006/ Conseguenza 2 Se quello che viene passato, in realtà, è solo l indirizzo iniziale del vettore, nell intestazione della funzione si può sostituire la notazione a vettore <tipo> nomevettore[] con la notazione a puntatore: <tipo> *nomevettore? SI! Questo non cambia assolutamente nulla in ciò che la macchina virtuale C fa: rende solo più esplicito ciò che accadrebbe comunque! Programmazione - Michele Colajanni, 2006/