Informatica 3. Informatica 3. LEZIONE 5: Tipi di dati. Lezione 5 - Modulo 1. Tipi predefiniti. Introduzione

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1 Informatica 3 Informatica 3 LEZIONE 5: Tipi di dati Lezione 5 - Modulo 1 Modulo 1: Tipi e costruttori di tipo Modulo 2: Tipi definiti dall utente e tipi di dati astratti Modulo 3: Sistemi di tipi Tipi e costruttori di tipo Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 1 Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 2 Introduzione Tipi predefiniti I dati di un linguaggio di programmazione vengono organizzati attraverso il concetto di tipo Il tipo di un dato specifica i valori che una variabile di quel tipo può assumere e le operazioni ammissibili I linguaggi offrono: Tipi di dati predefiniti dal sistema Costruttori di tipo (dati aggregati) Tipi definiti dall utente Tipi di dati astratti Tutti i linguaggi di programmazione offrono un insieme di tipi predefiniti Booleani Caratteri Interi Reali Definiscono un insieme di valori e le operazioni che si possono compiere su di essi Tipi predefiniti in C++: char, float, double, int, void Permettono di: Classificare i dati manipolati da un programma Proteggere i dati da operazioni illegali Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 3 Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 4

2 Vantaggi Vantaggi dei tipi predefiniti: Nascondere la rappresentazione sottostante Non si può accedere direttamente alla stringa di bit (nome dell entità del tipo) Occorre applicare delle operazioni Migliora la leggibilità del codice Rende l implementazione dei tipi modificabile maggiore portabilità Verificare il corretto uso delle variabili a tempo di compilazione (se il tipo è noto) Migliora l affidabilità del codice Non consente di verificare tutti i tipi di errore x=i/j; non può verificare se j!=0 Fare l overloading degli operatori a tempo di compilazione Es. int i,j,k; i=j+k; //operatore + tra interi Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 5 Tipi primitivi Tipi primitivi: Non sono costruiti a partire da altri tipi I loro valori sono atomici e non possono essere decomposti Spesso coincidono con i tipi predefiniti, salvo eccezioni (es. caratteri e stringhe in Ada) Si possono costruire nuovi tipi primitivi Si definiscono i valori del nuovo tipo Operazioni: dipendono dal linguaggio Esempio: tipo enumerativo Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 6 Tipo enumerativo Tipo ordinale i cui valori sono definiti dall'utente Le uniche operazioni ammesse sono quelle valide per tutti gli ordinali (:=, <>,=, <, >,, ORD, DEC, INC,..) Esempio: enum colore {bianco, giallo, rosso, verde, blu; colore MioColore=giallo; switch(miocolore) {case bianco: Aggregati Dai tipi primitivi: tipi aggregati Aggregato: Ha un nome Può aggregare oggetti omogenei o disomogenei Permette operazioni sull intero oggetto oppure sui suoi componenti, selezionandoli NB: l'ordine tra gli elementi è quello in cui sono dichiarati (se non si specificano valori): bianco < giallo < rosso < verde < blu Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 7 Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 8

3 Costruttori di aggregati Prodotto cartesiano: A 1 x A 2 x x A n tuple ordinate (c 1,c 2,,c n ), con c i A i Esempi: Numero complesso: (parte reale, parte immaginaria) --> float x float Punto: (x,y) --> int x int oppure float x float Esempi di costruttori: Struct, record ecc. struct complesso { float reale; float immag; ; complesso num; num.reale Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 9 Costruttori di aggregati Mapping finito: Mapping: dominio codominio Esempi di costruttore: Routine Array int vett[10]; definisce un mapping dai valori 0..9 all insieme degli interi indicizzazione vett[5]=0; C++: Indici non nel dominio specificato Indici compresi tra 0 e N-1 (in altri linguaggi anche altri intervalli) Non si possono specificare slicing (es. vett[1..3]) Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 10 Costruttori di aggregati Union Il tipo viene specificato come un insieme disgiunto di campi Esempio di costruttore: union indirizzo { short int offset; long unsigned ind_assoluto; ; mutuamente esclusivi Costruttori di aggregati Ricorsione: Per definire aggregati la cui dimensione cresce arbitrariamente e la cui struttura ha complessità arbitraria Tramite puntatori: un componente viene definito come puntatore all oggetto Esempio di costruttore: struct nodo { int numero; nodo* succ; ; Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 11 Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 12

4 Problemi con i puntatori Il puntatore definisce una dipendenza tra due oggetti. L oggetto a cui punta il puntatore deve esistere: Memory leaks : esiste l oggetto ma non può essere raggiunto Puntatore dangling (pendente): il puntatore esiste, ma non esiste l oggetto (si punta ad un area non allocata) Esempio: int *px; // var globale void f(){ int x; // alloca x px=&x; return; // disalloca x px diventa dangling!! void main(){ f(); Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 13 Informatica 3 Lezione 5 - Modulo 2 Tipi definiti dall utente e tipi di dati astratti Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 14 Tipi definiti dall utente tipo semplice o aggregato a cui è associato un nome scelto dall'utente enum bool {FALSE, TRUE; bool b; struct complesso{ float parte_intera; float parte_immaginaria; ; complesso numero; Nome del tipo Dichiarazione variabile Tipi definiti dall utente Vantaggi: leggibilità modificabilità fattorizzazione espressione (limitata) della semantica di una variabile Problemi: il nuovo tipo non è protetto da operazioni illegali rapprsentazione interna visibile Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 15 Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 16

5 Tipo di dato astratto Tipo di dato astratto (abstract data type ADT): Tipo di dato (insieme di valori e collezione di operazioni su tali valori) accessibile solo attraverso un interfaccia Consente di scrivere programmi per mezzo di astrazioni di alto livello Si tengono distinte le trasformazioni concettuali operate sui dati dalla strutturazione dei dati e dalle specifiche implementazioni algoritmiche Meccanismi astratti per applicazioni specifiche utili per risolvere problemi in svariati domini applicativi Tipo di dato astratto in C++ In C++: costrutto class Estensione di una struct in cui i campi possono essere dati oppure routine Solo alcuni dati/routine sono accessibili altri sono nascosti Parti pubblica e privata della classe La dichiarazione delle funzioni pubbliche formano la sua interfaccia Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 17 Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 18 Esempio: pila Esempio in C++ Esempio: il tipo di dato PILA (STACK) Descrizione: una pila é un ADT in cui é possibile inserire un elemento (PUSH) La push aumenta la dimensione della pila di 1 rimuovere l'ultimo elemento inserito (POP) La pop decrementa la dimensione della pila di 1 Politica LIFO (Last In First Out) push pop class stack_of_char{ public: stack_of_char(int size); ~stack_of_char(); void push(char c); char pop(); int empty() const; private: // codice dipendente // dall implementazione Operazioni che si possono applicare al nuovo tipo stack_of_char pila(10); pila.push( a ); pila.push( b ); char c=pila.pop(); if(pila.empty()) { push a Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 19 Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 20

6 Esempio in C++ Esempio in C++ class stack_of_char{ public: stack_of_char(int size); ~stack_of_char(); void push(char c); char pop(); int empty() const; private: // codice dipendente // dall implementazione Operazioni che si possono applicare al nuovo tipo stack_of_char pila(10); pila.push( a ); pila.push( b ); char c=pila.pop(); if(pila.empty()) { push b a class stack_of_char{ public: stack_of_char(int size); ~stack_of_char(); void push(char c); char pop(); int empty() const; private: // codice dipendente // dall implementazione Operazioni che si possono applicare al nuovo tipo stack_of_char pila(10); pila.push( a ); pila.push( b ); char c=pila.pop(); if(pila.empty()) { b pop a Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 21 Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 22 ADT generici Informatica 3 ADT generici: ADT parametrici rispetto al tipo dei loro componenti Costrutto C++: template template<class T> class stack { public: stack (int size); ~stack (); void push(t c); T pop(); int empty() const; private: //codice dipendente //dall implementazione ; stack<int> int_st(30); stack<char> char_st(10); Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 23 Lezione 5 - Modulo 3 Sistemi di tipi Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 24

7 Sistema dei tipi Sistema dei tipi (type system): insieme di regole utilizzate dal linguaggio per strutturare e organizzare i tipi Gli oggetti sono istanze di tipo Ogni tentativo di manipolare gli oggetti con operazioni illegali è un errore di tipo (error type) Un programma è type safe se non presenta errori di tipo Sistema dei tipi Un sistema dei tipi si dice forte se garantisce la type safety Linguaggio fortemente tipizzato Il compilatore può garantire la correttezza dei tipi Altrimenti si dice debole Linguaggio debolmente tipizzato I linguaggi tipizzati staticamente (il tipo di ogni oggetto è noto a tempo di compilazione) sono fortemente tipizzati Non è vero il contrario Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 25 Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 26 Compatibilità dei tipi Conversioni di tipo Ad un oggetto di tipo T1 si possono applicare operazioni del tipo T2 se T1 è compatibile con T2 Conformità o equivalenza Esempio: struct s1{ int y; int w; ; struct s2{ int y; int w; ; s1 a, x; s2 b; s3 c; int d; a=b; x=a; c=funz(b); d=funz(a); struct s3{ int y; ; s3 funz(s1 z) { Compatibilità di nome: Un nome di tipo è compatibile solo con se stesso Compatibilità strutturale: T1 è compatibile con T2 se hanno la stessa struttura richiede di sostituire ricorsivamente al nome dei tipi definiti dall'utente la loro definizione. Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 27 Cambiamento implicito o esplicito del tipo di un operando al fine di soddisfare le regole di compatibilità Si supponga di voler effettuare la seguente operazione int num1, somma; float num2; somma = num1 + num2; In diversi linguaggi i compilatori applicano delle conversioni automaticamente: coercizione (num1 - int) + (num2 - float) = (float) --> assegnamento a (int) C/C++: casting somma = num1 + (int) num2; Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 28

8 Controllo, conversione e compatibilità tra tipi Tipi e sottotipi regole di conversione regole di compatibilità x=y+z controllo di tipo OK KO Sottotipo: T' è sottotipo di T se ha le stesse proprietà di T ma un insieme di valori ristretto. T' non è un nuovo tipo, ma ha dei vincoli in più Valori: sottoinsieme dei valori di un tipo Stesse operazioni type naturale=0..maxint; cifra=0..9; età=0..120; T T Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 29 Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 30 Sistemi monomorfici e polimorfici Sistema monomorfico: Ogni oggetto appartiene ad un tipo Sistema fortemente tipizzato e poco flessibile E possibile verificare a tempo di compilazione la correttezza dei tipi Sistema polimorfico: Ogni oggetto può appartenere a uno o più tipi Tipi compatibili, coercizione, sottotipi Classificazione di polimorfismo Polimorfismo Universale: insieme infinito di tipi Parametrico: es. routine generiche Inclusione: es. sottotipi Ad hoc: insieme finito di tipi Overloading Coercizione I linguaggi offrono diversi livelli di polimorfismo Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 31 Politecnico di Milano - Prof. Sara Comai 32