3. Programmazione strutturata 3. Programmazione strutturata (testo di riferimento: Bellini-Guidi) Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A Ing. Simona Colucci

Un programma è un algoritmo espresso in un linguaggio formale, detto linguaggio di programmazione: Interpretabile ed eseguibile da un calcolatore Non ambiguo perchè governato da regole grammaticali precise Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A Linguaggi di programmazione

Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A Linguaggi di programmazione Classificazione: linguaggi di basso livello (linguaggi macchina e linguaggi assembler): dipendono dalla struttura fisica del tipo di computer per cui sono stati progettati linguaggi di alto livello: più vicini alla forma mentis dell’uomo, ma da tradurre in codice di basso livello per l’interpretazione da parte dell’elaboratore(come il C)

Linguaggio Macchina Linguaggio formale che il computer è in grado di interpretare ed eseguire senza mediazioni Programmi, codice oggetto, rappresentati da una sequenza di cifre binarie che codificano le istruzioni e i dati su cui lavora la CPU istruzioni fortemente correlate all ’ architettura del calcolatore, perch é corrispondenti ad operazioni direttamente eseguibili dall ’ hardware esempio di istruzione ad un solo operando : codice operativo dell ’ istruzione operando Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A

Linguaggio assembler Le singole istruzioni binarie sono rappresentate con un codice mnemonico LOAD 220 SUM 252 MEM220 Traduzione in linguaggio macchina ad opera di programmi detti assemblatori, forniti dai costruttori Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A

Microlinguaggi Usati per i microprogrammi : –corrispondono ad ogni istruzione del linguaggio macchina –costituiti da insiemi di microistruzioni: sequenze di bit che costituiscono i segnali di controllo per pilotare i componenti del processore ed eseguire le istruzioni cablate dal costruttore nelle unità di controllo(fisicamente delle memorie) della CPU per eseguire le operazioni corrispondenti alle istruzioni del linguaggio macchina Obbediscono alla necessità di mediazione tra linguaggio macchina e macchina: lo stesso processore può essere programmato per finalità diverse Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A

Più simili al linguaggio naturale dei linguaggi macchina o assembler Utilizzano simboli matematici e parole tipiche delle lingue naturali(inglese) Usati per scrivere le istruzioni che compongono il codice sorgente appositi software, detti compilatori, provvedono a tradurre il codice sorgente nell’equivalente codice eseguibile dalla macchina Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A Linguaggi di alto livello

Esempio di codifica: somma precedente in linguaggio C a =6; b =31; a =a+b; –a e b non sono registri o locazioni di memoria ma variabili identificate da: Nome(possibilità di usare nomi simbolici del contenuto, per facilitare la leggibilità del programma) Insieme di valori che può assumere Vantaggi –Programma portabile su ogni macchina con compilatore per il linguaggio in cui è scritto il programma –Gestione indirizzi di memoria totalmente delegata al calcolatore Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A Linguaggi di alto livello

Algoritmi come sequenze di stati Esempio: determina il Massimo Comune Divisore (MCD) a. prendi i due numeri b. calcola il resto della divisione intera del num. più grande per il più piccolo c. sostituisci il numero più grande con il resto della divisione d. finché tale resto è diverso da zero torna all’istruzione b e. il numero più grande (quello non nullo) è il MCD cercato Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A

Algoritmi come sequenze di stati Flusso di esecuzione dell’algoritmo MCD con i numeri 924 e 120 passo e 120 passo 2 84 è il resto della divisione intera di 924 per 120 passo e 84 passo 4 il resto è diverso da zero, torna all’istruzione b passo 5 36 è il resto della divisione intera di 120 per 84 passo 6 84 e 36 passo 7 il resto è diverso da zero, torna all’istruzione b passo 8 12 è il resto della divisione intera di 84 per 36 passo 9 36 e 12 passo 10 il resto è diverso da zero, torna all’istruzione b passo 11 0 è il resto della divisione intera di 36 per 12 passo e 0 passo 13 il resto è uguale a zero, prosegui con l’istruzione successiva passo è il MCD Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A

Istruzioni all’interno dei cerchi Passi in esecuzione dell’istruzione all’esterno del relativo cerchio Passaggio da un’istruzione all’altra tramite archi L’esecuzione di un passo determina uno stato: fotografia della situazione attuale Il susseguirsi dei passi di esecuzione determina una sequenza di stati Il flusso è sequenziale ed ordinato perché l’algoritmo segue le regole della programmazione strutturata Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A Sequenza di stati nel flusso dell’algoritmo per il calcolo del MCD(924,120) Algoritmi come sequenze di stati

Programmazione non strutturata Esempio: Algoritmo equivalente per il calcolo del Massimo Comune Divisore (MCD) a. prendi i due numeri b. calcola il resto della divisione intera del num. più grande per il più piccolo c. Se il resto è uguale a zero vai all’istruzione f d. sostituisci il numero più grande con il resto della divisione e. vai all’istruzione b f. il numero più piccolo è il MCD cercato Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A Salto incondizionato Salto condizionato

Programmazione non strutturata Flusso di esecuzione dell’algoritmo MCD con i numeri 924 e 120 passo e 120 passo 2 84 è il resto della divisione intera di 924 per 120 passo 3 il resto è diverso da zero(prosegui in sequenza) passo e 84 passo 5 vai all’istruzione b passo 6 36 è il resto della divisione intera di 120 per 84 Passo 7 il resto è diverso da zero(prosegui in sequenza) Passo 8 84 e 36 passo 9 vai all’istruzione b passo è il resto della divisione intera di 84 per 36 Passo 11 il resto è diverso da zero(prosegui in sequenza) passo e 12 passo 13 vai all’istruzione b passo 14 0 è il resto della divisione intera di 36 per 12 passo 13 il resto è uguale a zero, vai all’istruzione f passo è il MCD Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A

Programmazione non strutturata Si parte dal nodo iniziale e poi si passa ai nodi successivi selezionando il cammino in base allo stato che si viene a creare dopo l’esecuzione delle operazioni specificate nel nodo L’arco e-b corrisponde ad un salto incondizionato (goto) L’uso dei goto : –porta a sequenze non lineari di stati, molto contorte, note come programmi a “spaghetti”, specie per programmi complessi –ha un numero di istruzioni minori e riusa parti di programma tramite salti –porta a programmi difficili da correggere manutenere ed estendere Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A Sequenza di stati nel flusso dell’algoritmo per il calcolo del MCD(924,120) abc d e f 12,6,10, ,7,11,15 4,8,12 5,9,13

Programmi strutturati L’obiettivo della programmazione strutturata è di rendere un flusso ordinato il passaggio tra le istruzioni dall’inizio alla fine dei programmi Realizzazione: –Condizione ideale: sequenza lineare di operazioni, senza alternative possibili(limite: potenza algoritmi ridotta) –Condizione reale: regole coerenti con il pensiero naturale che portano ad effetti equivalenti all’esecuzione sequenziale di operazioni Costrutti consentiti (strutture di controllo del flusso): –Sequenza: fai questo –Selezione tramite strutture di controllo decisionali: se è verificata una condizione fai questo altrimenti fai quello –Ripetizioni cicliche tramite strutture di controllo iterative: finché è verificata una condizione fai questo Costrutti non consentiti: –Salto incondizionato (goto): ancora nella sintassi solo per compatibilità verso il basso(era necessario nel linguaggio macchina e assembler) Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A

Programmi strutturati TEOREMA DI BOHM-JACOPINI: tutti i programmi possono essere scritti con l’utilizzo delle sole strutture di controllo: sequenza, selezione e iterazione (senza l’uso del salto goto) Corrado Böhm e Giuseppe Jacopini hanno dimostrato che la potenza di calcolo dei programmi strutturati(più chiari, più facili da scrivere e da modificare e più probabilisticamente esenti da errori) non è inferiore a quella dei programmi che usano il goto Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A

: flow-chart Sequenza : flow-chart Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A Operazioni: - fai questo - fai quello Esempio: a = 5; a = a+b;

: flow-chart Selezione : flow-chart Operazioni: –se è verificata una condizione fai questo –se è verificata una condizione fai questo altrimenti fai quello Sintassi: –if(espressione) istruzione Esempio: prendi numero; resto = numero % 2; if(resto==0) scrivi "è pari"; –if(espressione) istruzione1 else istruzione2 Esempio: prendi numero; resto = numero % 2; if(resto==0) scrivi "è pari" else scrivi "è dispari"; Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A

: flow-chart Iterazione : flow-chart Operazioni: –finchè è verificata una condizione fai questo –esegui fai questo finchè è verificata una condizione Sintassi: –while(espressione) istruzione; Esempio: i=0; while(i<101) i=i+1; –do istruzione while(espressione); Esempio: i=0; do i=i+1; while(i<100); Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A espressio ne istruzione vero falso

Programmi strutturati: flow-chart Si apre con un cerchio e finisce con un cerchio: tutti i canali partono dal primo cerchio e terminano nell’ultimo(un solo inizio ed una sola fine) Composto da più strutture di controllo del tipo sequenza selezione o iterazione I cerchi sono i connettori tra le strutture di controllo: altri punti di attacco non consentiti Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A

Più strutture formano un blocco d’istruzioni: –insieme d’istruzioni con una sola entrata, da dove inizia sempre l’elaborazione, e una sola uscita, dove termina sempre l’elaborazione del blocco(nessuna uscita laterale con istruzioni di salto) –Scatola nera per eseguire un compito: non possono essere utilizzate delle sottoparti –Sintassi: {blocco} I blocchi possono contenersi l’un l’altro ma mai intersecarsi Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A Blocco d ’ istruzioni blocco

Programmazione strutturata: esempi 1.Calcolo della somma algebrica tra due numeri relativi utilizzando le operazioni di somma e differenza tra numeri senza segno 2.Calcolo della media 3.Calcolo dei valori massimo e minimo 4.Visualizzazione di caratteri letti da tastiera 5.Calcolo di una potenza 6.Visualizzazione di un quadrato Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A

Esempio 1 Problema: Calcolo della somma algebrica tra due numeri relativi utilizzando le operazioni di somma e differenza tra numeri senza segno Algoritmo: - acquisizione dei due numeri a,b - se a,b sono concordi |s|=|a|+|b| - se a,b sono discordi - se |a|<|b| si scambiano i valori di a e b - |s|=|a|-|b| - la somma ha il segno di a e modulo |s| Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A falso inizio a, b concordi s  a+b fine |a| < |b| s  a-b t  a a  b b  t vero falso modulo di s e segno di a a, b

Esempio 2 Problema: Acquisizione di 10 numeri interi e calcolo della media Algoritmo: 1.Azzerare la somma s 2.Se non si sono acquisiti tutti i numeri: 2.1 Acquisire un numero n 2.2 Sommare n ad s e tornare al passo 2 3.La media è s/10 4.Fine Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A inizio s  0 i  0 i < 10 s  s + n i  i + 1 m  s/10 fine vero falso m n

Esempio 3 Problema: Acquisizione di 10 numeri interi; determinazione e visualizzazione del numero maggiore e minore Algoritmo: 1.Leggi il primo numero n 2.Poni il massimo e il minimo corrente(variabili max e min) pari a n 3.Finché i numeri inseriti sono meno di Leggi un nuovo numero n 3.2 Se n<min min=n altrimenti se n>max max=n 4.Visualizza min e max 5.Fine Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A inizio max  n min  n i  1 i < 10 fine n > max min  n n< min max  n vero falso vero i  i +1 falso min, max n n

Esempio 4 Problema: Scrivere un programma che consenta, acquisito un numero intero n, di acquisire un carattere c e visualizzarlo n volte sulla stessa riga finché n è maggiore di zero Algoritmo: 1.Leggi il primo numero n 2.Finché n>0 2.1 Leggi c 2.2 Visualizza c n volte 2.3 Visualizza “a capo” 2.3 Leggi nuovo numero n 3.Fine Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A inizio n > 0 i  0 blocco 2.2 fine a capo n n c falso vero Inizio blocco 2.2 i< n c i  i+1 vero falso Fine blocco 2.2 connettore

Esempio 5 Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A Problema: Calcolo e visualizzazione di una potenza(variabile pot), acquisiti la base x e l’esponente n Algoritmo: 1.Acquisisci x ed n(intero) 2.Poni pot pari ad 1 3.Esegui per n volte pot  pot * x 4. Visualizza pot 5. Fine inizio x, n pot  1 i  0 i< n i  i+1 vero falso pot = pot * x pot fine

Esempio 6 Problema: acquisito un numero intero n, si visualizzi una figura quadrata di n*n con degli asterischi nella diagonale principale, dei segni meno al di sotto e dei segni più al di sopra della diagonale principale Algoritmo: 1.Leggi n 2.Finché le righe visualizzate sono meno di n (indice i scorre le righe) Finchè le colonne visualizzate sono meno di n(indice j scorre le colonne) se i>j visualizza il carattere meno se j=i visualizza il carattere asterisco se i<j visualizza il carattere più 3.Esci Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A inizio n i  0 i< n j  0 j < n j < i j =i j  j+1 *+ - a capo i  i+1 fine falso vero falso vero falso vero

Esercizi 1.Progettare tramite flow chart strutturato un programma che acquisisca un valore intero. Il programma dovrà controllare che tale valore sia >300 e consentire in caso contrario di acquisire nuovamente un valore per il numero di volte necessario affinché lo diventi 2.Progettare tramite flow-chart strutturato un programma che consenta di calcolare la media dei voti di uno studente universitario, acquisendo il numero complessivo di esami e assicurandosi (con un processo analogo a quello descritto nell’esercizio 1) che i valori di voto immessi siano >=18. Informatica - CDL in Ingegneria Industriale- A.A