Calcolatori Elettronici III Riepilogo delle lezioni teledidattiche Massimo Oss Noser

Contatti Professore: Maurizio Fermeglia Tutore: Massimo Oss Noser Mail: mauf@dicam.units.it Tutore: Massimo Oss Noser Mail: ossnoser@libero.it Cell: +393479497135

Esame (I) Ammissione al colloquio Realizzare una applicazione in linguaggio C++ dove siano applicati i principali concetti della programmazione ad oggetti. Il codice deve essere ben commentato e preceduto da una breve descrizione generale che illustri anche le tecniche di programmazione usate.

Esame (II) Ammissione al colloquio I lavori devono essere spediti al tutore per la valutazione e l’ammissione al colloquio. La valutazione è proporzionale al contenuto tecnico dell’applicazione che non può prescindere dall’uso (seppur minimo) dei tipi, delle librerie standard C++ e dei concetti fondamentali di ereditarietà, data-hiding e polimorfismo.

Esame (III) In ordine di importanza verrà valutato l’utilizzo delle seguenti tecniche di programmazione: Classi, ereditarietà, data hiding e polimorfismo. Overloading operatori, libraria standard.

Esame (IV) Algoritmi generici. Utilizzo di librerie esterne (interfaccie testuali, grafiche, etc…). Commenti nei sorgenti e documentazione. Utilità dell’applicazione.

Esame (V) Colloquio: La data di svolgimento del colloquio va concordata con il professore ed il tutore. All’esame dalla presentazione del programma realizzato si trarrà spunto per una discussione sulle tecniche di programmazione ad oggetti.

Stili di programmazione (I) Approfondimento: file Intro2OOP.ps Programmazione destrutturata, strutturata, procedurale, modulare, ad oggetti. Stili di programmazione (I) Programmazione procedurale Dato un problema lo si decompone in parti via via più semplici, finchè tutte le parti sono codificabili nel linguaggio di programmazione scelto. Questo è lo stile di programmazione con cui normalmente si codificano i problemi nel linguaggio C.

Stili di programmazione (II) Programmazione ad oggetti Dato un problema si ragiona in termini di entità, che dotate di sufficienti proprietà e opportunamente relazionate tra di loro descrivono operativamente il problema. I linguaggi di programmazione ad oggetti sono dotati di costrutti linguistici che favoriscono la codifica dei problemi in questi termini.

Stili di programmazione (III) Programmazione ad oggetti Il costrutto linguistico fondamentale nei linguaggi di programmazione ad oggetti è la classe. Con le classi si modellano le entità del problema che dobbiamo risolvere. Le classi sono costituite da dati e funzioni in grado di trattare coerentemente tali dati.

Linguaggi di programmazione (I) Tradizionali Non è necessario il concetto di classe. Normalmente si adotta uno stile di programmazione procedurale. Pascal, C sono esempi di linguaggi di programmazione tradizionali.

Linguaggi di programmazione (II) Obbiettivo del corso: programmare ad oggetti! Linguaggi di programmazione (II) Orientati agli oggetti Non è necessario il concetto di classe se non si intende utilizzare gli oggetti. E’ possibile adottare uno stile di programmazione procedurale o ad oggetti. Object Pascal, Objective C e C++ sono esempi di linguaggi orientati agli oggetti.

Linguaggi di programmazione (III) Linguaggi ad oggetti “puri” Non è possibile prescindere dal concetto di classe. Lo stile di programmazione utilizzabile è quello ad oggetti. SmallTalk e Java sono esempi di linguaggi ad oggetti puri.

C++ come C “migliore” Caratteristiche Approfondimento: C++ Annotation, cap. 2-3 C++ come C “migliore” Caratteristiche Linguaggio orientato agli oggetti. Utilizzabile anche per programmare in modo tradizionale. Grande compatibilità con il C. Introduce degli importanti miglioramenti che limitano gli errori più comuni con il C.

C++ come C “migliore” Caratteristiche Controllo rigoroso dei tipi di dato, non è possibile scambiare valori tra variabili di tipo diverso se non è stata prevista una opportuna conversione da un tipo all’altro. Controllo sui prototipi delle funzioni, le funzioni devono sempre essere avere un prototipo.

C++ come C “migliore” Utilizzare i tipi di dato const al posto del #define per dichiarare le costanti: C #define PI 3.14159 #define MAX_INT 0x7FFFFFFF #define MAX_UNSIGNED 0xFFFFFFFF C++ const double PI = 3.14159; const int MAX_INT = 0x7FFFFFFF; const unsigned MAX_UNSIGNED = 0xFFFFFFFF;

C++ come C “migliore” I nomi dichiarati con #define non hanno tipo e la loro visibilità non subisce restrizioni all’interno del sorgente. I nomi dichiarati con l’utilizzo di const hanno un tipo ben preciso e la loro visibilità è controllabile.

C++ come C “migliore” C C++ Usare al posto delle macro le inline functions. C #define MAX(A,B) (((A) >= (B)) ? (A) : (B)) … MAX(a++,b++); ??? C++ inline int MAX(int a, int b) { return a>=b ? a : b; } … MAX(a++,b++); OK!

Definizione delle variabili C++ come C “migliore” Definizione delle variabili Le variabili possono essere definite ed inizializzate ad un valore di default in qualsiasi punto del codice. E’ preferibile definire le variabili dove servono in modo da facilitare la comprensione del codice.

Esempi di definizione delle variabili C++ come C “migliore” Esempi di definizione delle variabili Inizializzazione a valori di default: int a=10, b=5, c(7); char d=‘A’, e(‘B’); Definizione nel contesto d’uso: for(int i=0; i<10; i++) ...

C++ come C “migliore” Nuovi tipi di dato bool tipo di dato booleano con valori true e false (keyword riservate). L’utilizzo dei valori booleani è consigliato per eliminare ambiguità sul significato del valore 0 che in certi contesti sta per vero in altri per falso.

C++ come C “migliore” Nuovi tipi di dato string stringa di caratteri. Utilizzabile al posto del array di char ma più comodo e vantaggioso da usare. In realtà questo è un primo esempio di classe. Per utilizzare le classi non è detto sia necessario tale concetto.

Esempi d’uso dei nuovi tipi di dato C++ come C “migliore” Esempi d’uso dei nuovi tipi di dato Bool bool vero=true; bool falso=false; … if(vero && !falso) …

Esempi d’uso dei nuovi tipi di dato C++ come C “migliore” Esempi d’uso dei nuovi tipi di dato String string s; // Stringa vuota string s0 = “”; // Stringa vuota string s1 = “Hello World”; string s2 = s1; //Assegnazione string s3 = s1 + s2; // Concatanazione

Esempi d’uso dei nuovi tipi di dato Approfondimento: C++ Annotation cap. 5.4 C++ come C “migliore” Esempi d’uso dei nuovi tipi di dato string a = “ciao”, b( “CIAO” ); if (a == b) … // Stringhe identiche if (a != b) … // Stringhe diverse if (a > b) … // Ordine alfabetico char c1 = a[0]; // c1=‘c’ char c2 = b[1]; // c2=‘I’

C++ come C “migliore” Usare new e delete invece di malloc e free: int *i = new int[100]; delete [] i; string *s = new string[100]; delete [] s;

C++ come C “migliore” I/O standard Il C++ ha una nuova libreria per I/O che prevede nuove modalità di utilizzo dei dispositivi per l’input/output. Come per il nuovo tipo di dato string per utilizzare le classi per la gestione dell’I/O non è necessario sapere cos’è una classe, è sufficiente sapere come si opera su di essa.

C++ come C “migliore” I/O standard La nuova libreria per I/O standard si chiama iostream. Essa introduce due nuovi oggetti che verranno utilizzati rispettivamente per l’output e l’input standard cout e cin. Per operare con tali oggetti si usano gli operatori di redirezione << e >>.

C++ come C “migliore” Esempi d’uso di cout #inlcude iostream void main() { cout << “Hello World!!” << endl; }

C++ come C “migliore” Esempi d’uso di cout int a = 5; float b = 12.44; bool vero = true; cout << “Intero: ” << a << “ Float: “ << b << “ Booleano: “ << vero;

C++ come C “migliore” Esempi d’uso di cout cout << dec << 16 << “, “ << hex << 16 << “, “ << oct << 16; Esistono dei manipolatori che permettono di modificare il formato dei valori d’uscita.

C++ come C “migliore” Esempi d’uso di cin ... int a; string s; cin >> a >> s; cout << “Intero: “ << a << “ Stringa: “ << s;

C++ come C “migliore” Esempi d’uso di cin ... string s; // Lettura di un testo terminato con invio getline( cin , s ); cout “Riga inserita: “ << s << endl;

Overloading delle funzioni C++ come C “migliore” Overloading delle funzioni In C++ più funzioni possono avere lo stesso nome, a patto che siano differenti il tipo e/o il numero dei parametri di ingresso. Nel momento in cui si utilizza una funzione i parametri di ingresso permettono al compilatore di selezionare la funzione corretta tra tutte quelle che hanno lo stesso nome.

C++ come C “migliore” Esempi di overloading #include <iostream> #include <math> int modulo( int ); double modulo( double ); double modulo( double, double );

C++ come C “migliore” Esempi di overloading int modulo(int i) { return( i < 0 ? -i : i ); } double modulo( double f) { return( f < 0.0L ? -f : f ); }

C++ come C “migliore” Esempi di overloading double modulo( double re, double im) { return( sqrt( re*re + im*im ) );} … cout << modulo( -5 ); // Stampa 5 cout << modulo( -2.4 ); // Stampa 2.4 cout << modulo( 1.2, -2.2 ); // ...

C++ come C “migliore” Argomenti di default E’ possibile assegnare nelle funzioni valori di default per i parametri di ingresso. Se i parametri di una funzione sono dotati di valori di default è possibile, se non crea ambiguità con l’overloading delle funzioni, omettere i parametri nella chiamata nella funzione.

Argomenti di default: esempi C++ come C “migliore” Argomenti di default: esempi void stampa( string ); // Prototipo void stampa( string s = “Hello World!!” ) { cout << s; } … stampa(); // Stampa Hello Wordd!! Stampa( “ciao” ); // Stampa ciao

Argomenti di default: esempi C++ come C “migliore” Argomenti di default: esempi void esempio( int, int, int ); void esempio( int i1 = 1, int i2 = 2, int i3 = 3 ); { cout << i1 << i2 << i3; }

Argomenti di default: esempi C++ come C “migliore” Argomenti di default: esempi … esempio(); // 123 esempio( 7 ); // 723 esempio( 7, 8 ); // 783 esempio( 7, 8, 9 ); // 789 ...

C++ come C “migliore” Reference type Un reference si lega ad una variabile e, da quel momento, usare la variabile o il suo “riferimento” produce lo stesso effetto. Costituiscono una nuova tipologia di variabili concettualmente duali rispetto ai puntatori.

Reference type: esempi C++ come C “migliore” Reference type: esempi … int intero = 5; int &ref = intero; // Definizione La variabile ref è un riferimento alla variabile intero.

Reference type: esempi C++ come C “migliore” Reference type: esempi L’effetto è identico usando ref o usando intero. … intero++; cout << intero; Risultato: 6 … ref++; cout << ref; Rusultato: 6

Reference type: esempi C++ come C “migliore” Reference type: esempi In C come in C++ i parametri delle funzioni sono passati per valore. Questo significa che la funzione lavora su delle copie dei dati delle variabili argomento. A livello di chiamata i dati possono solo entrare dagli argomenti della funzione.

C++ come C “migliore” ... int a = 2, b = 5; cout << a << b; // 25 scambia( a, b ); // ??? cout << a << b; // 52 Come in questo caso talvolta può essere utile il passaggio di parametri per riferimento, in modo da permettere alla funzione di operare sui dati originali che le vengono passati.

C++ come C “migliore” ... void scambia( int, int ); void scambia( int x, int y ) { int z = x; x = y; y = z; } Questa funzione non produce l’effetto voluto. I valori delle variabili x e y, copie dei valori di a e b, vengono scambiati ma questo non ha effetto sui valori contenuti in a e b.

C++ come C “migliore” In C (e volendo in C++) si utilizzano i puntatori per ottenere l’effetto voluto. Questo però comporta qualche piccola scomodità sintattica. void scambia(int *, int *); void scambia(int *x, int *y); { int z = *x; *x = *y; *y = z; } … // Chiamata della funzione scambia( &a, &b );

C++ come C “migliore” Usando i reference si ottiene con eleganza il passaggio dei parametri per riferimento. void scambia(int &, int &); void scambia(int &x, int &y) { int z = x; x = y; y = z; } … // Chiamata alla funzione scambia( a, b );

C++ come C “migliore” Possiamo quindi usare il tipo reference per far uscire dati dai parametri di ingresso di una funzione. Una curiosità è che possiamo fare anche l’inverso, fare entrare dati dall’uscita di una funzone. … int &fun(); int &fun() { static int valore; return(valore); } fun() = 20; // “Entra” 20 cout << fun(); // Stampa 20

Proprietà dei reference Una variabile di tipo reference occupa memoria? C++ come C “migliore” Proprietà dei reference int i1 = 5, i2 = 7; // Non è possibile cambiare la variabile int &ref = i1; // a cui fa riferimento ref. Resterà &ref = i2; // sempre riferita ad i1. int *p = &ref; // Il reference non restituisce il proprio // indirizzo ma l’indirizzo della // variabile cui è riferito, i1.

Operatore di scope resolution C++ come C “migliore” Operatore di scope resolution Permette di specificare “l’ambito” di utilizzo di un certo nome, che può essere una variabile o una funzione. ambito::nome #include <iostream> int conta = 20; void main() { int conta = 10; cout << ::conta; // 20 cout << conta; // 10 }

Operatore di scope resolution C++ come C “migliore” Operatore di scope resolution In C++ è possibile operare dei raggruppamenti logici di variabili e funzioni. namespace parole{ string testo; bool trova(string, string); int conta(string); } parole::testo=“Hello World”; parole::conta(parole::testo);

Concetti fondamentali Le classi Concetti fondamentali Data hiding Ereditarietà Polimorfismo

Le classi Data hiding Nel mondo reale interagiamo con gli oggetti attraverso delle interfaccie. Un automobile ha fondamentalmente un volante, tre pedali e una leva del cambio attraverso le quali possiamo utilizzarla senza sapere come funzionano una infinità di meccanismi interni.

Le classi Data hiding Questo concetto di isolamento dei meccanismi interni di funzionamento si rivela utile anche negli oggetti software. Nascondere le funzioni e soprattutto i dati di un oggetto permette di costruire oggetti utilizzabili come “scatole nere” prescindendo dal come sono fatti.

Le classi Oggetti software Un oggetto software è costituito da dati e funzioni racchiusi in un’unica struttura. Il C++ estende la sintassi delle struct permettendo l’inserimento di funzioni all’interno delle strutture. Le struct così arricchite permettono la definizione di nuovi tipi di dato che prendono il nome di classi.

Le classi Oggetti software Per realizzare il data hiding è necessario poter specificare quali parti della struct costituiscono l’interfaccia e quali sono la parte interna che deve restare isolata dall’esterno. Le keyword public e private dell’esempio successivo indicano questo.

Le classi Oggetti software string Persona::Nome() { return (nome); struct Persona { private: string nome, cognome; int eta; public: string Nome(); void SetNome(string n); } string Persona::Nome() { return (nome); } void SetNome(string n) nome = n;

Le classi Oggetti software Persona Mario; Mario.SetNome(“Mario”); cout << Mario.Nome(); // Mario Mario.nome = “Pippo”; // Errore non posso!!

Le classi Keyword class La keyword struct suppone se non indicato che i membri della struttura siano pubblici cioè facenti parte dell’interfaccia. La keyword class suppone che siano privati per sottolineare che solo le funzioni dell’interfaccia devono essere pubbliche.

Le classi class Persona { private: string nome, cognome; int eta; public: string Nome(); void SetNome(string n); } Omettendo la keyword private nella struct si ottiene un oggetto dove sono resi pubblici anche i dati. Omettendo le keyword private nella class si ottiene un oggetto, come deve essere, con i dati privati.

Le classi Data hiding Persona p; p->Nome(“Mario”); class Persona { private: string nome, cognome; int età; public: string Nome(); void Nome(string n); stirng Cognome(); void Cognome(string n); … } Data hiding Persona p; p->Nome(“Mario”); cout << p->Nome();

Le classi Costruttori In molti casi è necessario, prima di poter utilizzare un oggetto, svolgere delle operazioni di inizializzazione. Queste operazioni possono venire svolte in una particolare funzione “il costruttore”. Tale funzione è senza parametro di uscita e deve avere lo stesso nome della classe.

Le classi struct Persona { private: string nome; public: Persona(); // *1 Persona(string n);// *2 string Nome() const; void Nome(string n); } In questo esempio ci sono due costruttori. Grazie all’operator overloading a seconda dei casi sarà selezionato quello corretto. Persona Anonima; //*1 Persona Mario(“Mario”);//*2

Le classi class Persona { string nome, cognome; public: Persona(); Persona(string n, string co) { nome = n; cognome = co; }; // L’assegnazione non è efficiente nome viene inizializzato ad una stringa vuota poi alla stringa voluta. Questo implica 2 new e 1 delete. Persona(string n, string co) : nome(n), cognome(co); // L’inizializzazione oltre ad essere elegante è efficiente, nome viene direttamente inizializzato al valore voluto.

Le classi Oggetti costanti const Persona p1(“Mario”); Persona p2(“Marco”); cout << p1->Nome(); // OK p1->Nome(“Paolo”); // Errore oggetto costante; cout << p2->Nome(); // OK p2->Nome(“Paolo”); // OK

Le classi Distruttori Quando un oggetto viene rimosso dalla memoria prima della sua eliminazione potrebbe essere necessario svolgere delle operazioni. Questo compito spetta alla funzione “distruttore”. Tale funzione ha lo stesso nome della classe preceduta dal simbolo “~”.

Le classi class Persona { string *nome; public: Persona(); Persona(string s) { nome = new string(s); }; ~Persona() { delete nome; }; }

Le classi class Base { public: … private: protected: } class Derivata: Base { public: … private: protected: }

Le classi Tutto ciò che è pubblico o protetto nella classe Base viene ereditato dalla classe Derivata. Tutto quello che è privato resta accessibile solo attraverso l’interfaccia fornita dalla classe Base. Nella classe Derivata è possibile ampliare le funzionalità della classe Base o modificarle.

Le classi class Base { … public: void Funzione1( int a ); }

Le classi class Derivata { public: // Estensione int Funzione1() { Base::Funzione1(3); return (…); }; // Modifica int Funzione1() { return (…); } }

Le classi Base *lista[3]; lista[0] = new Base(); lista[1] = new Derivata(); lista[2] = new Derivata(); Se definisco una variabile di tipo puntatore a Base la posso inizializzare con una qualsiasi classe derivata. Anche se posso accedere direttamente solo a metodi di Base.

Le classi Per avere un comportamento polimorfico devo definire una interfaccia comune a tutte le classi derivate. Posso farlo attraverso le funzioni virtulali.

Le classi class Base { … public: virtual void interfaccia1( int a ); virtual int interfaccia2() const; }

Le classi class Derivata { … public: void interfaccia1( int a ); int interfaccia2() const; }

Le classi Base *lista[3]; lista[0] = new Base(); lista[1] = new Derivata(); lista[2] = new Derivata(); for (int i=0; i<3; i++) lista[i]->interfaccia2(); Ciascun oggetto risponderà in base al proprio tipo.