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1 Dipartimento di Ingegneria dell Informazione Università degli Studi di Parma Fondamenti di Informatica Problema e metodologie di progetto Linguaggio C: Introduzione Monica Mordonini Problema e Algoritmo Come trovare l algoritmo giusto? Occorre distingure fra due dimensioni progettuali: programmazione in piccolo programmazione in grande E seguire questi due principi cardine: procedere per livelli di astrazione garantire al programma strutturazione e modularità Metodologie di progetto Top-down procede per decomposizione del problema in sotto-problemi, per passi di raffinamento successivi, fino a raggiungere problemi risolubili in mosse elementari Bottom-up procede per composizione di componenti e funzionalità elementari fino alla sintesi dell intero algoritmo Il problema del progetto di una soluzione Dato un problema non si deve iniziare subito a scrivere il programma per 1 evitare errori introvabili 2 evitare di scrivere codice per trovare poi una soluzione migliore e più efficiente 3 per poter in seguito modificare il programma Data una temperatura espressa in gradi Celsius, calcolarne il corrispondente valore in gradi Fahrenheit Approccio si parte dal problema e dalle proprietà note sul dominio dei dati

2 Specifica di soluzione relazioni fra grandezze esistenti nello specifico dominio applicativo: c*9/5=f-32 c=(f-32)*5/9 f=32+c*9/5 L algoritmo corrispondente dato c calcolare f sfruttando la relazione f=32+c*9/5 e solo ora si sceglie un linguaggio si codifica in tale linguaggio l algoritmo Linguaggio di Programmazione Linguaggi di programmazione Notazione formale per descrivere algoritmi. Ogni linguaggio è caratterizzato da: sintassi: insieme di regole formali per la scrittura di programmi in quel linguaggio; dettano le modalità per costruire frasi corrette nel linguaggio stesso. semantica: insieme dei significati da attribuire alle frasi (sintatticamente corrette) costruite nel linguaggio. Una frase può essere sintatticamente corretta e tuttavia non aver alcun significato! Linguaggi di programmazione Caratterizzati da due componenti ortogonali: il linguaggio di computazione il linguaggio di coordinazione Linguaggio di computazione Il potere espressivo di un linguaggio è caratterizzato da quali tipi di dati consente di rappresentare l informazione quali istruzioni di controllo mette a disposizione (quali operazioni e in quale ordine di esecuzione)

3 Il linguaggio di coordinazione Definisce il modo in cui è possibile collegare un insieme di mini-programmi al fine di risolvere un problema complesso Il Linguaggio C Il linguaggio C Costituito da: linguaggio di computazione (il C) linguaggio di coordinazione fornito come allegato sotto forma di librerie standard Il linguaggio C Un pò di storia definito nel 72 (AT&T Bell Labs) per sostituire l assembler prima definizione più formale da Kernigham & Ritchie nel 78 prima definizione ufficiale ANSI nel 83 Caratteristiche Linguaggio sequenziale (lineare), imperativo, strutturato a blocchi usabile anche come linguaggio di sistema software di base sistemi operativi compilatori... Caratteristiche basato su pochi concetti elementari dati (tipi primitivi, tipi di dato) espressioni dichiarazioni/definizioni funzioni istruzioni/blocchi

4 di programma in C #include <stdio. h> int main() { } printf(" Hello World!! "); return 0; Dati Un elaboratore è un manipolatore di simboli L architettura fisica di ogni elaboratore è intrinsicamente capace di trattare vari domini di dati detti tipi primitivi dominio dei numeri interi dominio dei caratteri dominio dei numeri reali dominio delle stringhe di caratteri Tipo di dato Esprime in modo sintetico un insieme di valori la loro rappresentazione in memoria un insieme di operazioni ammissibili Permette di effettuare controlli statici (al momento della compilazione) sulla correttezza del programma int viene memorizzato con un numero fisso e prestabilito di bit (ad esempio 32 bit) operazioni consentite: +, -, *, /, % esistono i modificatori: short long signed unsigned Esempi Esempi char può assumere un qualunque codice ASCII (es. A c 2! ), tra cui i codici di controllo; i più importanti sono: \n a capo \t tabulazione orizzontale occupa un byte sono consentite le normali operazioni aritmetiche esistono i modificatori: signed unsigned float e double assumono valori reali, con segno (es e-6) esiste il tipo modificatolong double

5 Numeri reali nella macchina virtuale C Float (IEEE-32; 4byte) / Double (IEEE-64; 8 byte) 1 bit (0=positivo, 1=negativo) per il segno del numero 8 bit/11 bit per l'esponente, dove: i valori da 127 a 254 / da 1023 a 2046 rappresentano gli esponenti positivi da 1 a 128 / da 1 a 1024 i valori da 1 a 125 / da 1 a 1021 rappresentano gli esponenti negativi da -125 a -1 / da a 1 i valori estremi 0 e 255 / 0 e 2047 sono riservati 23 bit / 52 bit per la codifica della mantissa Tipi di dato primitivi in C Caratteri char caratteri ascii (A<->65, {<->123,..) Interi con segno short int long Naturali (interi senza segno) unsigned short unsigned unsigned long Reali float double long double Boolean non esistono in C come tipo a sè stante, si usano gli interi: 0 indica falso 1 indica vero (in realtà qualsiasi valore diverso da 0 indica vero) Variabili Consentono di aumentare notevolmente la potenza espressiva. Una variabile è caratterizzata da: Un nome Un valore modificabile Il risultato di un espressione contenente delle variabili, si ottiene sostituendo ad ogni variabile il suo valore. L assegnamento consente di modificare il valore di una variabile Variabili e Costanti Inizializzazione variabile : è possibile assegnare un valore iniziale ad una variabile al momento della sua dichiarazione int a = 0, b = 100; char a_capo = \n ; Costanti: è possibile dichiarare una variabile come costante; il compilatore rifiuta un qualunque assegnamento effettuato su di essa const float Pi_greco = 3.14; Costanti di tipi primitivi Caratteri singolo carattere racchiuso fra apici A C caratteri speciali \n a capo \t tabulazione \ apice Stringhe Una stringa è una collezione di caratteri delimitata da virgolette ciao hello\n In C le stringhe sono semplici sequenze di caratteri di cui l ultimo sempre presente in modo implicito è \0 ciao ={ c, i, a, o, \0 }

6 Espressioni Il C è un linguaggio basato su espressioni Una espressione è una notazione che denota un valore mediante un processo di valutazione Una espressione può essere semplice (una costante, un simbolo di variabile) o composta ogni linguaggio introduce un insieme di operatori che permettono di aggregare altre espressioni (operandi) per formare espressioni composte esempi : 4*8-2arcsin(x) a&&(b c) Classificazione degli operatori In base al tipo di operandi (aritmetici, logici,relazionali) In base al numero degli operandi (unari, binari, ternari..) Operatori aritmetici Operatori relazionali Operazione operatore C Inversione di segno Unario - Somma Binario + Differenza Binario - Moltiplicazione Binario * Divisione fra interi Binario / Divisione fra reali Binario / Modulo (fra interi) Binario % Relazione C Uguaglianza == Diversita`!= Maggiore di > Minore di < Maggiore o uguale a >= Minore o uguale a <= Espressioni e operatori logici Anche esse denotano un valore intero da interpretare come vero (1) o falso (0) Connettivo logico operatore C Not Unario! And Binario && Or Binario Valutazione in corto circuito La valutazione dell espressione cessa appena si è in grado di determinare il risultato

7 Valutazione in corto circuito- esempi 22 x già vera perchè 22 vero 0 &&x già falsa perché 0 è falso a b c se a b è vero il secondo non viene neanche valutato a &&b && c se a &&b è falso, il secondo && non viene neanche valutato Espressioni condizionali Una espressione condizionale è introdotta dall operatore ternario condiz? espr1 : espr2 l espressione denota o il valore denotato da espr1 o quello denotato da espr2 in base al valore della espressione condiz in particolare se condiz vera il valore assunto dall espressione nel suo complesso è espr1 Espressioni condizionali esempi 3? 10 : 20 denota sempre 10 (3 è sempre vera) x? 10 : 20 denota 10 se x è vera (diversa da zero) oppure 20 se x è falsa (x>y)? x : y denota il maggiore fra x e y Operatori infissi, postfissi e prefissi Dove posizionare l operatore? Prima (notazione prefissa) : Dopo (notazione postfissa) : In mezzo (notazione infissa) Priorità degli operatori - Esempi Notazione postfissa: * si legge come 4*(5+6)=44 Notazione prefissa: * si legge come (4+5)*6=54 nella notazione infissa la priorità degli operatori e la proprietà associativa (che determinano l uso delle parentesi) è quella a cui siamo abituati Struttura di un progamma C La struttura di un programma C è definita <programma>::= {<unità-di-codifica} <main> {<unità-di-codifica}

8 Struttura di un programma C La parte <main> è obbligatoria ed è definita <main>::= main(){ [<dichiarazione-e-definizioni>] [<sequenza-istruzioni>] } Struttura di un programma C <dichiarazioni-e-definizioni> introducono i nomi di costanti, variabili, tipi definiti dall utente <sequenza-istruzioni> sequenza di frasi del linguaggio ognuna delle quali è un istruzione Il main() è una particolare unità di codifica (una funzione) Caratteri e identificatori Set di caratteri caratteri ASCII Identificatori sequenze di caratteri tali che Commenti Sequenze di caratteri racchiuse fra /* e */ /*pippo*/ Non possono essere innestati <Identificatore>::= <Lettera>{<Lettera> <Cifra>} Variabile E un astrazione della cella di memoria Formalmente, è un simbolo associato ad un indirizzo fisico Variabile L indirizzo fisico è fisso e immutabile, cambia il suo contenuto cioè il valore di x esempio: x=4 Simbolo indirizzo X

9 Definizione di variabile E la frase che introduce una nuova variabile identificata da un dato simbolo e atta a denotare valori di un ben preciso tipo Esempi Definizione di una variabile <tipo><identificatore> int x; /* deve denotare un valore intero*/ float y; /* deve denotare un valore reale*/ char ch; /* deve denotare un valore carattere*/ Inizializzazione di variabili E possibile specificare il valore iniziale di una variabile <tipo><identificare> = <espr> ; int x = 32; double speed = 124,6; double time = 71,6; double km = speed*time; /* inizializzare con una espressione*/ Caratteristiche delle variabili Campo d azione (scope): è la parte di programma in cui la variabile è nota e può essere usata Tipo: specifica la classe di valori che la variabile può assumere (e quindi gli operatori applicabili) Tempo di vita: l intervallo di tempo in cui rimane valida l associazione simbolo/cella di memoria Valore: è rappresentato (secondo la codifica adottata) nell area di memoria associata alla variabile Problema data una temperatura espressa in gradi Celsius, calcolare il corrispondente valore espresso in Fahrenheit Approccio: si parte dal problema e dalle proprietà nel dominio di dati Specifica della soluzione: relazione tra grandezze esistenti nello specifico dominio applicativo c*9/5=f-32 -l algoritmo Dato c calcolare f sfruttando la relazione f=32+c*9/5 solo a questo punto si effettua la codifica

10 Un possibile programma in C main(){ float c=18; /*Celsium*/ float f=32+c*9/5; } Problema dati 3 valori interi>0 (a, b, c) dire se essi possono rappresentare i lati di un triangolo e, in tal caso, di che triangolo si tratta Nb l impaginazione serve a noi per leggere il programma, in C le istruzioni sono separate da ; Si ha un triangolo se e solo se vale a+b>c nel caso ciò sia vero, il triangolo è equilatero se a=b e b=c isoscele se a=b (o b=c) ma a=c scaleno se a=b=c=a triangolo se e solo se vale a+b>c equilatero se a=b e b=c isoscele se a=b (o b=c) ma a=c scaleno se a=b=c=a Espressione C che riassume il tutto: (a+b)<=c? n : Nb non può essere (a==b)&&(b==c)? e : a=c=b perchè (a==b) (b==c)? i : s a+b<=c Un possibile programma in C main(){ int a=3, b=8, c=20; char ris = (a+b) <=c? n : (a==b) && (b==c)? e : (a==b) (b==c)? i : s ; } nb nota l impaginazione Costruzione di una applicazione Si deve compilare il file (o i files) che contengono il testo del programma (file sorgente, estensione.c) Il risultato sono uno o più file oggetto (estensione.o o.obj) si deve collegare i file oggetto l uno con l altro e con le librerie di sistema al fine di creare un unico file eseguibile (estensione.exe o nessuna o a.out)

11 Perchè? L elaboratore capisce solo un linguaggio macchina il nostro programma opera su una macchina rivestita del sistema operativo che controlla le periferiche (stampante,..) alcune istruzioni complesse potrebbero essere dei mini-programmi forniti insieme al compilatore che le ingloba quando occorre Librerie di sistema Insieme di componenti software che consentono di interfacciarsi col sistema operativo usare le risorse da questo gestite e realizzare alcune istruzioni complesse del linguaggio Eseguire un programma Una volta scritto e compilato e collegato (linker) lo si può lanciare sull elaboratore e se non funziona? Debugger: strumento in grado di eseguire passo passo il programma, vedendo le variabili e al loro evoluzione e seguendo le funzioni via via chiamate Ambienti integrati di programmazione Automatizzano la procedura di compilazione e link dei file Possono lanciare il programma sulla macchina e visualizzare l output a video Hanno incorporato le funzioni di debug Noi utilizzeremo il turboc3.2 della Borland presente nei laboratori di base Debugger E possibile eseguire il programma riga per riga entrando anche dentro le funzioni chiamate oppure eseguire fino alla riga desiderata controllare istante per istante quanto vale una variabile vedere istante per istante le funzioni attive