Sintassi e semantica delle istruzioni strutturate in Java

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1 Corso di Laurea Ingegneria Civile Fondamenti di Informatica Dispensa 14 Sintassi e semantica delle istruzioni strutturate in Java Carla Limongelli Aprile

2 Contenuti Classificazione delle istruzioni in Java Introduzione alle istruzioni di controllo Istruzione di selezione if-else Blocco (istruzione composta) Istruzioni ripetitive Istruzione while Istruzione for Istruzione do-while 2

3 Prerequisiti Questo capitolo presuppone la conoscenza degli argomenti già trattati nelle precedenti lezioni di questo corso e del corso di Laboratorio di Informatica con particolare riferimento a: Sintassi e semantica dei linguaggi Predicati 3

4 Una classificazione delle principali istruzioni di Java istruzione o dichiarazione dichiarazione variabile locale istruzione istruzione semplice istruzione strutturata istruzione espressione istruzione return istruzione break istruzione continue istruzione vuota blocco istruzione condizionale istruzione ripetitiva istruzione assegnazione istruzione invocazione di metodo istruzione di incremento o decremento istruzione creazione di oggetto istruzione if istruzione if-else istruzione while istruzione for istruzione do-while 4

5 Istruzioni strutturate o di controllo Ogni istruzione strutturata, pur essendo composta da più istruzioni, viene considerata sintatticamente una singola istruzione questo consente la composizione delle istruzioni Semantica delle istruzioni strutturate è definita con riferimento alle sue componenti istruzioni e condizioni 5

6 Introduzione alla programmazione strutturata I linguaggi di programmazione, oltre alle istruzioni semplici, definiscono delle istruzioni strutturate o di controllo permettono di controllare il flusso di esecuzione di altre istruzioni Teorema di Iacopini Böhm Qualunque algoritmo può essere implementato utilizzando tre sole istruzioni: sequenza selezione iterazione 6

7 Istruzione di selezione Seleziona una determinata sequenza di istruzioni da eseguire sulla base di una condizione se (il pneumatico è sgonfio) allora se (è bucato) allora sostituiscilo altrimenti gonfialo In Java: istruzione if-else 7

8 Istruzione if-else: sintassi if ( <condizione> ) <istruzione-parte-if> [ else <istruzione-parte-else> ] Dove <condizione> <istruzione-parte-if> ::= <espressione-booleana> ::= <istruzione> <istruzione-parte-else> ::= <istruzione> <istruzione> ::= <istruzione-semplice> <istruzione-strutturata> 8

9 Istruzione if-else: semantica... valuta il valore v espressione della condizione il valore v espressione può essere true (la condizione si è verificata, è vera) oppure false (la condizione non si è verificata, è falsa) se il valore v espressione vale true, allora esegui l istruzione parte-if se invece il valore v espressione vale false, allora esegui l istruzione parte-else 9

10 ... semantica La semantica dell istruzione if-else può essere descritta graficamente mediante il seguente diagramma di flusso true condizione false parte if parte else istruzione if-else 10

11 Esempio... calcola il minore tra due numeri interi a e b... int minore; // il minore tra a e b if (a < b) minore = a; else minore = b; condizione istruzione che deve essere eseguita se la condizione è vera istruzione che deve essere eseguita se la condizione è falsa 11

12 Sequenza Spesso, al verificarsi di una condizione bisogna eseguire una sequenza di istruzioni (e non una singola istruzione), altrimenti bisogna eseguire un altra sequenza di istruzioni... calcola il minore e il maggiore tra a e b... if (a > b) minore = b; maggiore = a; else minore = a; maggiore = b; Come algoritmo e corretto, ma come porzione di codice Java no! 12

13 Blocco (istruzione composta) un blocco è un istruzione strutturata; è una sequenza di istruzioni (semplici o strutturate) che devono essere eseguite una dopo l altra. 13

14 Blocco: sintassi <blocco> ::= { {<istruzione>}* } <istruzione> ::= <istruzione-semplice> <istruzione-strutturata> 14

15 Uso di blocchi... calcola il minore e il maggiore tra a e b... if (a > b) { minore = b; maggiore = a; } else { minore = a; maggiore = b; } Ora la porzione di codice implementa correttamente l algoritmo 15

16 Blocco: semantica valuta le istruzioni che compongono il blocco, una alla volta e in sequenza, nell ordine in cui sono scritte istruzione 1 istruzione 2 istruzione n blocco 16

17 Esercizio Che cosa stampa il seguente frammento di codice quando ad n viene assegnato il valore 0? quando ad n viene assegnato il valore 1? int n; n =... ; if (n==0) { System.out.println("n vale zero"); n++; } else { System.out.println("n è diverso da zero"); n--; }; 17

18 Esempio Data l età di una persona, visualizza il tipo di persona if (età<10) System.out.println("bambino"); else if (età<18) System.out.println("ragazzo"); else if (età<30) System.out.println("giovane"); else // età >= 30 System.out.println("adulto"); 18

19 Il problema dell else mancante A volte è utile avere una istruzione condizionale nella parte else di un altra istruzione condizionale è meno utile e può essere fonte di errori usare una istruzione condizionale nella parte if di un altra istruzione condizionale... verifica se x è a sinistra/destra dell intervallo [a,b]... if (x>=a) // if-1 if (x>b) // if-2 System.out.println("destra"); else System.out.println("sinistra"); è sbagliato visualizza destra se x si trova a destra di b visualizza sinistra se x si trova tra a e b non visualizza niente se x si trova a sinistra di a 19

20 Il problema dell else mancante Sintatticamente, una parte else appartiene all ultima istruzione condizionale incontrata... verifica se x è a sinistra/destra dell intervallo [a,b]... if (x>=a) else if (x>b) System.out.println("destra"); System.out.println("sinistra"); La soluzione corretta? { usare un blocco } 20

21 Errori comuni Un errore comune nell uso dell istruzione composta dimenticare di usarla Attenzione all istruzione vuota composta semplicemente da un punto e virgola... se numero vale zero incrementa zeri... if (numero==0); zeri++; zeri viene incrementata sempre 21

22 Errori comuni Scrivere le condizioni in una cascata di if-else senza tenere in considerazione il fallimento delle condizioni precedenti /* calcola il maggiore tra a, b e c */ if (a>b && a>c) maggiore = a; else if (b>a && b>c) maggiore = b; else if (c>a && c>b) maggiore = c; /* maggiore è il maggiore tra a, b e c (???) */ che succede se a, b e c sono uguali? 22

23 Istruzioni ripetitive istruzioni di controllo che permettono di eseguire una istruzione in modo ripetuto ciascuna istruzione ripetitiva è composta almeno da una istruzione che deve essere eseguita ripetutamente (il corpo dell istruzione ripetitiva) una condizione che permette di determinare se il corpo dell istruzione ripetitiva deve essere ancora eseguito Istruzione ripetitiva while Istruzione ripetitiva for Istruzione ripetitiva do-while 23

24 Istruzione ripetitiva while Calcolare il quoziente q della divisione intera tra due numeri interi positivi a e b dati senza usare l operatore / per sottrazioni ripetute quante volte posso sottrarre b da a devo continuare fintanto che a è maggiore di zero ma non è minore di b... calcola il quoziente di a diviso b... int q; // il quoziente di a diviso b /* conta quante volte si puo sottrarre b da a */ q = 0; while (a>=b) { a = a-b; q = q+1; }... il quoziente è q... 24

25 Istruzione while: sintassi while ( <espressione> ) condizione <istruzione> corpo <espressione> ::= <espressione-booleana> <istruzione> ::= <istruzione-semplice> <istruzione-strutturata> 25

26 Istruzione while: semantica La semantica dell istruzione while è la seguente: Esegui ripetutamente e in sequenza i seguenti passi valuta la condizione del while se la condizione è vera, esegui il corpo del while se la condizione è falsa, smetti di eseguire questi passi l esecuzione dell istruzione while è cioè considerata terminata 26

27 semantica condizione true false corpo istruzione while 27

28 Osservazioni in una esecuzione di una istruzione while il corpo del while può venire eseguito diverse volte è possibile che il corpo del while non venga mai eseguito l esecuzione dell istruzione while potrebbe non terminare se il corpo del while viene eseguito N volte la condizione del while viene valutata N+1 volte le prime N volte risulta verificata l N+1-esima volta risulta falsa 28

29 Esercizi Si consideri il seguente frammento di codice su cui, purtroppo, è caduto del caffè se si assume che l esecuzione dell istruzione while termina normalmente, è possibile dire che cosa viene stampato? perché? int n, k; n = 19; k = 3; while (n!=7) { n += k; n++; n /= k; } System.out.println(n); 29

30 Istruzione ripetitiva for Calcola il fattoriale f di un numero naturale n dato assegna a f il valore 1 per ogni valore i compreso tra 1 e n, moltiplica f per i... calcola il fattoriale f di n... int f; // il fattoriale di n int i; // per iterare tra 1 e n /* calcola il fattoriale di n */ f = 1; /* moltiplica f per ogni numero intero i * compreso tra 1 e n */ for (i=1; i<=n; i++) f = f*i;... il fattoriale di n è f... 30

31 Istruzione for: sintassi for ( <inizializzazione> ; < espressione > ; <aggiornamento> ) <istruzione> corpo <inizializzazione> ::= <istruzione-assegnazione> <istruzione-invocazione-metodo> <espressione> ::= <espressione-booleana> <aggiornamento> ::= <istruzione-incremento> <istruzione-decremento> <istruzione-invocazione-metodo> <istruzione> ::= <istruzione-semplice> <istruzione-strutturata> 31

32 Istruzione for: semantica Esegui l inizializzazione del for Esegui ripetutamente e in sequenza i seguenti passi valuta la condizione del for se la condizione è vera esegui il corpo del for esegui l aggiornamento del for se invece la condizione è falsa, smetti di eseguire questi passi ovvero, l esecuzione dell istruzione for è terminata 32

33 semantica inizializzazione condizione true false corpo aggiornamento Semantica istruzione for 33

34 Osservazioni in una esecuzione di una istruzione for l inizializzazione viene eseguita esattamente una volta ciascuna esecuzione del corpo è preceduta da una valutazione positiva della condizione e seguita da una esecuzione dell aggiornamento è possibile che il corpo del for non venga mai eseguito, venga eseguito uno o più volte, venga eseguito all infinito se il corpo del for viene eseguito N volte l inizializzazione viene eseguita esattamente una volta la condizione del for viene valutata N+1 volte l aggiornamento viene eseguito N volte 34

35 Uso tipico del for L istruzione for si usa quando un istruzione deve essere iterata un fissato numero di volte Ad esempio for (i=1; i<=n; i++) f = f*i; 35

36 Esercizi 14.4 Calcola la somma dei primi N numeri interi dispari in almeno tre diversi modi 14.5 Quali valori vengono stampati dal seguente frammento di codice? Quali porzioni di codice si comprendono senza farne una traccia? int a, b; for (a=0; a<10; a++) { System.out.print(a + " "); a = a*a; } /* quanto vale ora a? */ for (b=0; a>0; System.out.println(a + " ")) a = a/3-1; 36

37 Istruzione ripetitiva do-while Nella scansione di una sequenza di caratteri letti dalla tastiera bisogna leggere e ignorare gli spazi bianchi iniziali leggere anche il primo carattere non spazio ad esempio indicando gli spazi come # se la sequenza è ##abc il primo carattere non spazio è la a... legge una sequenza di caratteri fino al primo carattere non spazio... char car; // un carattere letto dalla tastiera /* leggi e ignora gli spazi bianchi iniziali */ do { car = Lettore.in.leggiChar(); } while (car==' ');... il primo carattere non spazio è car... 37

38 Istruzione do-while: sintassi do <istruzione> while ( <espressione> ) corpo condizione <espressione> ::= <espressione-booleana> <istruzione> ::= <istruzione-semplice> <istruzione-strutturata> 38

39 Istruzione do-while: semantica Esegui ripetutamente e in sequenza i seguenti passi esegui il corpo del do-while valuta la condizione del do-while se la condizione è vera, continua a eseguire questa sequenza di passi se invece la condizione è falsa, smetti di eseguire questi passi ovvero, l esecuzione dell istruzione do-while è terminata 39

40 semantica corpo true condizione false istruzione do-while 40

41 Osservazioni Osservazioni in una esecuzione di una istruzione do-while il corpo del do-while viene eseguito almeno una volta se il corpo del do-while viene eseguito N volte la condizione del do-while viene valutata N volte è possibile che la condizione del do-while non possa venire valutata se il corpo non è mai stato eseguito Che succede se la sequenza in ingresso è ##abc? abc? 41

42 Confronto tra istruzioni ripetitive Le istruzioni for e while sono semanticamente equivalenti Una istruzione for può essere espressa in termini di una while e viceversa f = 1; for (i=1; i<=n; i++) f = f*i; diventa f = 1; i = 1; while ( i<=n ) { f = f*i; i++; } 42

43 Uso dell istruzione ripetitiva for L istruzione for viene in genere utilizzata per eseguire ripetutamente una istruzione mentre una variabile assume valori in una sequenza prefissata in cui i valori della sequenza sono noti a priori (ovvero, già immediatamente prima di iniziare a eseguire l istruzione ripetitiva) 43

44 Uso dell istruzione ripetitiva while L istruzione while viene solitamente utilizzata per eseguire ripetutamente una istruzione un numero imprecisato di volte (ma non necessariamente almeno una volta) per imprecisato si intende imprecisato a priori, ovvero non determinabile in modo elementare già immediatamente prima di iniziare a eseguire l istruzione ripetitiva 44

45 Uso dell istruzione ripetitiva do-while L istruzione do-while viene solitamente utilizzata per eseguire ripetutamente una istruzione almeno una volta e un numero imprecisato di volte 45

46 Esempio Calcola il numero di cifre nella rappresentazione decimale di un numero naturale n dato bisogna contare quante volte è possibile dividere n per dieci (divisione intera) fino ad ottenere zero ad esempio, 13023/ /10 130/10 13/10 1/ è formato da cinque cifre come caso particolare, 0/ è formato da una cifra Descrizione informale inizialmente il numero di cifre c vale zero dividi n per dieci e incrementa c fino a quando n non vale zero 46

47 Esempio Schema della soluzione... calcola il numero di cifre di n... int c; // numero di cifre di n /* conta il numero di volte c * che puoi dividere n per dieci */ c = 0; /* dividi ripetutamente n per dieci * finché non diventa zero */ finché n non diventa zero { n = n/10; c++; }... il numero di cifre è c... 47

48 Esercizo: alto-basso Scrivere una applicazione AltoBasso che realizza il gioco indovina che numero ho pensato, descritto come segue inizialmente, l applicazione sceglie un numero casuale intero compreso tra 1 e 100, e poi chiede all utente di indovinare il numero scelto dopo ciascun tentativo, l applicazione deve segnalare se la risposta data dall utente è giusta, oppure è maggiore (alto!) oppure è minore (basso!) rispetto al numero scelto l applicazione deve continuare a chiedere numeri all utente fino a che questi non abbia dato la risposta corretta, oppure abbia scelto di rinunciare ad indovinare (digitando il numero 0) se l utente indovina il numero scelto, l applicazione deve congratularsi con l utente, visualizzando anche il numero di tentativi fatti dall utente 48

49 alto-basso Ad esempio, se il numero scelto dal calcolatore fosse 31, l interazione tra applicazione e utente potrebbe essere la seguente Ho pensato un numero intero compreso tra 1 e 100. Indovina che numero ho pensato: è troppo alto. Indovina che numero ho pensato: è troppo basso. Indovina che numero ho pensato: è troppo alto. Indovina che numero ho pensato: 31 Bravo! Hai indovinato facendo 4 tentativi! 49

50 Errori comuni Ciclo infinito Per ciclo infinito si intende l esecuzione di una istruzione ripetitiva che non termina sono possibili due casi Errore di uno le variabili controllate nella condizione dell istruzione ripetitiva non vengono modificate o vengono modificate male è sbagliata la condizione dell istruzione ripetitiva il corpo di una istruzione ripetitiva viene eseguito una volta di più o una volta di meno 50

51 Mancata modifica della variabile di controllo Visualizza sullo schermo i numeri naturali minori di n i = 0; while (i<n) { System.out.print(i + " "); // manca l'incremento di i } while (i<n) System.out.print(i + " "); i++; // non appartiene al corpo del while soluzione: bisogna definire un blocco while (i<n); { System.out.print(i + " "); i++; } c è l istruzione vuota 51

52 Errore nella condizione dell istruzione ripetitiva Visualizza sullo schermo i numeri naturali dispari minori di n i = 1; while (i!=n) { System.out.print(i + " "); i = i+2; } in teoria, non termina se n è pari oppure è minore di zero nelle condizioni delle istruzioni ripetitive si consiglia di usare gli operatori di uguaglianza == e!= solo con molta attenzione è preferibile usare gli altri operatori relazionali i = 1; while (i<n) { System.out.print(i + " "); i = i+2; } 52

53 Errore di uno Un errore di uno si verifica se il corpo dell istruzione ripetitiva viene eseguito una volta di più o una volta di meno del necessario tipicamente avviene per la prima o l ultima ripetizione ad esempio, nei seguenti frammenti di codice il corpo dell istruzione ripetitiva dovrebbe essere eseguito 10 volte for (i=1; i<10; i++) {... // sbagliato, i varia tra 1 e 9 } for (i=0; i<=10; i++) {... // sbagliato, i varia tra 0 e 10 } for (i=0; i<10; i++) {... // ok, i varia tra 0 e 9 } for (i=1; i<=10; i++) {... // ok, i varia tra 1 e 10 } 53

54 Errore di uno Errori di questo tipo possono causare errori logici... calcola le occorrenze di car in s... occ = 0; for (i=1; i<s.length(); i++) if (s.charat(i)==car) occ++;... il numero di occorrenze di car in s è occ... Oppure errori di semantica dinamica... calcola le occorrenze di car in s... occ = 0; for (i=0; i<=s.length(); i++) if (s.charat(i)==car) occ++;... il numero di occorrenze di car in s è occ... 54

55 Interruzione forzata: istruzioni non strutturate Java fornisce alcune istruzioni che permettono di forzare la terminazione dell esecuzione di una istruzione ripetitiva oppure una esecuzione del suo corpo istruzioni break, continue L istruzione break, scritta nel corpo di una istruzione ripetitiva, quando viene eseguita causa la terminazione dell esecuzione dell istruzione ripetitiva che la contiene L istruzione continue, scritta nel corpo di una istruzione ripetitiva, quando viene eseguita causa la terminazione dell esecuzione del corpo dell istruzione ripetitiva che la contiene 55

56 Uso delle istruzioni break e continue L uso delle istruzioni break e continue può essere sempre evitato introducendo delle opportune istruzioni condizionali e/o modificando la struttura dell istruzione ripetitiva Per questo motivo, viene adottata la convenzione di non utilizzare le istruzioni break e continue 56

57 Cosa abbiamo imparato Sintassi e semantica delle istruzioni Condizionali (if-else) Blocco Sintassi e semantica delle istruzioni ripetitive while, for, do-while Ogni istruzione può contenere nel suo corpo ogni altra istruzione Esistenza di istruzioni che possono terminare in modo anomalo l esecuzione di un ciclo 57

58 Riferimenti al libro di testo Per lo studio di questi argomenti si fa riferimento al libro di testo, e in particolare al Capitoli 13 e 14 58