fondamenti di informatica parte 5 appunti per la laurea in Ingegneria Civile, Edile, Ambientale a.a. 2005-2008 di anna maria carminelli gregori carmin@units.it Approfondimenti Per Nettuno 2004-05 Sabato 1: di fondinf1 faccio fino a 27compreso, poi 40-41, poi 48-62 & 69-70; di fondif2 faccio da 58 a 71 Sabato 2: rispondo domande, poi riprendo fondinf1 da 58 fino alla fine; di fondif2 faccio da 1 a 11, 17-18, 24-33, 36-37, 44-57 e da 72 fino alla fine. Sabato 3: mostro project8, di fondinf3 salto da 1 a 22, faccio da 23 fino a fine ? di fondinf4 faccio fino a 3-9 Sabato4: di fondinf4 faccio 10,11 poco, 12-21, 23-25, 30 poco, 31 poco, 35-38, 46 poco, 47-48, 55, 59-60, 62 poco, 63 fino a fine di fondinf5 faccio fino a 4, poi 8-12, 26-28, 30- fine fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 Tema del 17.10.2000 Scrivere in C++ un programma, strutturato in sottoprogrammi, che letti da tastiera 3 dati numerici, positivi e ciascuno <1 _ ne valuti il minimo e il massimo; _ se il minimo e’ inferiore a 0.25 proceda a moltiplicare per 1.1 i dati e a rivalutarne il minimo e il massimo, ripetendo tali operazioni fintantoche’ il minimo risulti maggiore o uguale a 0.25; (segue) fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 Tema ... _ visualizzi sul video o i dati modificati, o la stringa ”Non occorre modificare i valori letti”; e (memorizzi in una tabella in Memoria Centrale e) visualizzi sul video i dati originali. N.B. E' SCONSIGLIATO L' USO DI VARIABILI GLOBALI. L’ uso delle tabelle ormai è noto e quindi nell’ ultima domanda va considerata la richiesta di visualizzazionee di memorizzazione in array. fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 Considerazioni e ... I 3 dati numerici, sono positivi e ciascuno <1: per memorizzarli occorreranno 3 variabili di tipo …. Di questi 3 dati si deve valutare il minimo e il massimo, NON l’ ordinamento ! Per valutare il minimo occorre considerare una variabile dello stesso tipo dei dati e chiamarla per esempio min. Per il massimo la variabile dello stesso tipo sara’ max. La rivalutazione del minimo implica un procedimento iterativo che si puo’ realizzare con una funzione contenente la frase while. fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 … svolgimento: Il main deve leggere i 3 valori, attivare una funzione che calcoli il minimo, un’ altra che calcoli il massimo, se il minimo e’ inferiore a 0.25 deve attivare una funzione che rivaluti minimo e massimo, e poi c’e la memorizzazione e la visualizzione: main() {/* Inizio Modulo principale*/float a, b, c, min, max, v[3]; /*Parte esecutiva*/ clrscr(); cout <“\n dammi i 3 float: “; cin >> a >> b >> c; min = minimo(a, b, c); // passaggio per valore max = massimo(a, b, c); // “ “ “ if(min<0.25){max=rivaluta(&min, &a, &b, &c); // indirizzi ! visual(a,b,c);} else memovis (a,b,c,v); cin >> " "; return 0;} fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 … e la funzione minimo ? Eccola … (e analoga sara’ la funzione massimo:) float minimo(float x, float y, float z) {float mi; // si puo’ usare min ?!? cout<<“\nCon i dati: ”<<x<<“ “<<y<<“ “<<z; if (x<y && x< z) mi=x; else if (y<x && y<z) mi=y; else mi = z; cout <<“\n il minimo e’:”<< mi; <<endl; return mi; //la funz. ha in piu’ le visualizzazioni... } fond. di informatica1 parte 5

Alla funzione rivaluta i parametri sono passati per indirizzo quindi: float rivaluta (float *m, float *x1, float *y1, float *z1) // m, x1, y1, z1 sono puntatori a float: per lavorare sui valori puntati occorre usare l’ operatore * {float ma=0;//var. locale usata per restituire il massimo while (*m < 0.25) {*x1= unoeun*(*x1); *y1= unoeun*(*y1); *z1=unoeun*(*z1); *m=minimo(*x1,*y1,*z1);} ma=massimo(*x1, *y1, *z1); // *x1,… valori !!! return ma;} fond. di informatica1 parte 5

CAPIRE BENE E completare il programma con le direttive al precompilatore (per es. #define unoeun 1.1), ed i prototipi dei sottoprogrammi, la funzione massimo, la procedura visual che mancano, le costanti … farlo girare; con l’ introduzione delle tabelle realizzare anche la procedura memovis che memorizza in una tabella (= vettore v) i dati originali. Farlo per martedì prossimo! per domani costruire una matrice mat[5][4] di valori float ottenuti con: mat[i][j]= (float) i*(j+1)

fond. di informatica1 parte 5 void scambia(float *a, float *b) /* Esegue lo scambio del valore float puntato da a con il valore puntato da b moltiplicato per w che tramite un #define vale 2.0 */ { /* Inizio scambia */ float com; /* variabile LOCALE di comodo per fare lo scambio */ com = *a; /* pone il valore numerico puntato da a in com */ *a = w*(*b); /* sovrappone il valore numerico puntato da b moltiplicato per w nel posto di memoria puntato da a .....! NON DA’ ERRORI!!!*/ *b = com; /* sovrappone il valore numerico assunto da com nel posto di memoria puntato da b: scambio effettuato! */ } /*Fine scambia */ fond. di informatica1 parte 5

E per emulare la memoria? prima di fare nuovi discorsi, occorrono precisazioni sull’ uso di array, sulla sinteticita’ del C e C++, su errori comuni …. e altro! E’ bene ricordare le 2 versioni della procedura: void strcp(char *s, char *t) /* strcp copia la stringa puntata da t in quella puntata da s */ { while ((*s=*t)!=‘\0’) /*fintantoche’ il contenuto di t assegnato alla cella puntata da s e’ diverso da ‘\0’ (=fine stringa) fai*/ { s++; t++}; // + sintetica ?! while (*s++=*t++); // dove manca != ‘\0’ !! } fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 Frasi sintetiche Questo tipo di sintesi e’ normale nei programmi in C o in C++ ed e’ utile conoscerla ed abituarcisi per poter leggere programmi C e C++ in circolazione; si tratta di “compattare” alcuni tipi di frasi in una sola. Es. lettura e calcolo indicate nel progetto logico posto in parte 4 diapo 69: fintantoche’ il carattere letto non è il punto, aggiungi 1 all’ elemento che indica la frequenza del carattere letto… ma come si scrive in C o C++ sintetic … ? fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 Sinteticamente … ? Non e’ in linea con la sintesi leggere la sequenza di caratteri in un array di char e poi analizzare il vettore ... Sarebbe comunque corretto farlo se fosse necessario tenere memoria della sequenza di caratteri per altri scopi per es. per successive analisi. In tal caso occorre dimensionare l’ array con il numero di caratteri +1 per salvare un posto dove posizionare ‘.’. Se invece l’ analisi e’ solo quella indicata allora: while( (cin >> ch) /* fintantoche’ c’e’ un ch (carattere) da leggere*/ && ( ch != ‘.’) ) /* e inoltre questo ch e’ diverso da punto FAI */... fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 In definitiva il significato di queste considerazioni riguarda l’ utilizzo di matrici e/o vettori. E’ bene usarli quando richiesto e/o esiste la necessita’ di tenere memoria dei valori calcolati o letti: se tali condizioni sono false, allora usare il valore corrente (per es. appena letto) per i calcoli ad esso relativi e passare ad altro valore (per es. il successivo). E poi bisogna essere attenti ad errori ed a esigenze comuni come indicato nel seguito. fond. di informatica1 parte 5

Funzioni e procedure “predefinite” del C, C++, MATLAB, di tutti i liguaggi di programmazione, sono comode,ma non voglio presentarvele …troppe. Perchè? Può capitare che cambiando compilatore cambino in qualcosina, non tanto, ma qualcosina può essere diversa. Così preferisco darvi i concetti logici che devono essere realizzati ed indicarvi come farlo in C++. Comunque qualche funzione é standard, comoda e ve la indico qui di seguito fond. di informatica1 parte 5

Attenzione al fallimento dell’ input ! In iostream.h del C++ esiste una funzione collegata al flusso cin ossia cin.fail() che restituisce il valore true se l’ input fallisce, per es. se si ha: int x,y; while(true) {cin>>x; if ( cin.fail() ) break; else { y= x; …. } Il fallimento dell’ input può avvenire per esempio per un errore di battitura attribuendo ad x un carattere fond. di informatica1 parte 5

Attenzione alla fine file ! In iostream.h del C++ esiste una funzione collegata al flusso cin ossia cin.eof() che restituisce il valore true se si incontra EOF. Nell’ es. precedente si analizzerà la fine file solo dopo il fallimento dell’ input: int x,y; while(true) {cin>>x; if ( cin.fail() ) {if ( cin.eof()) break ;} else {x--; …. } fond. di informatica1 parte 5

Attenzione alle condizioni di confronto! Ricordarsi le codifiche Fixed e Floating point(!!!) quando si devono confrontare i numeri in virgola mobile che hanno precisione limitata. Per es. avendo: double r= sqrt(2.0); if (r*r == 2.0) cout << “il quadrato di sqrt(2) è 2\n”; else {cout<< “il quadrato di sqrt(2) NON è 2, ma “<< r*r<<endl; } La visualizzazione sarà: il quadrato di sqrt(2) NON è 2, ma 2 !!!? Ponendo {cout<< “il quadrato di sqrt(2) NON è 2, ma “<< setprecision(16)<< r*r<<endl; } la visualizzazione sarà: il quadrato di sqrt(2) NON è 2, ma 2.000000000000004 fond. di informatica1 parte 5

Attenzione alle richieste di dati Quale può essere la risposta implementativa ad una richiesta di un valore float <1.0 ? Le seguenti 3 frasi: { float val; cin >> val; if (val > 1.0) cin >>val; } sono una soluzione valida? … NO! PERCHé ripete la lettura solo una volta e invece deve essere ripetuta fintantochè é errata, quindi: while (val > 1.0) cin >> val; fond. di informatica1 parte 5

Attenzione ai dimensionamenti errati come nel project27 che vuole ampliare array e produce errore in esecuzione …! void riscrivamplia (int t[]) //attivata con: riscrivamplia(tab); (e tab[MAX]) { int i; /* Inizio riscrivamplia */ cout<<"\nin riscriviamplia t = vettore tab ampliata"; for( i= 0; i<MAX; i++) cout<< "\n "<< t[i]; cout<<"\nin riscriviamplia oltre MAX"; for( i= MAX; i<3*MAX; i++) {cout<< "\nprima "<< t[i]; t[i]=99; cout<< " dopo "<< t[i]; } /* il compilatore non segnala errori, ma in fase di esecuzione c'e l' indicazione + Access violation .... e problemi in chiusura*/ } /* Fine riscrivamplia*/

fond. di informatica1 parte 5 Break e altro La frase break si può usare anche in cicli while, do… while, for: vedere project 20 - 22 di programm4 dove si esce con un break da un ciclo infinito come qui riportato CON : bool attiva = false; forever { switch (menu(!attiva)) { case 1: cout <<"\nnumero 1 e ris: "; ris = elabora(menu(attiva)); cout <<ris; break; case 2: cout <<"\nnumero 2 e ris: "; ris = elabor1(menu(attiva)); cout <<ris; break; case 99: cout<< " Un numero 99 =>fine forever”; break; default: cout <<"\n intero non previsto\n";}//fine switch if (menu(attiva) == 99) break; // fine forever } fond. di informatica1 parte 5

… e dove la funzione int menu(bool); è: int menu(bool attua) { /* Inizio menu che mostra anche come da una funzione se ne puo' attivare un' altra */ static int c; // c e' var. locale di menu' if (attua) leggi(&c); // passaggio per indirizzo: c da inizializzare return( c); // ritorma sempre il valore letto con attua=TRUE } /* Fine menu */ fond. di informatica1 parte 5

A proposito della variabile logica da usare in project22… riprendiamo qui il discorso Ossevare i project 21 e 22. Quando la funzione menu() viene attivata nella frase switch e’ giusto che richiami la funzione leggi(n) in quanto n deve dirottare il controllo al caso ennesimo; invece quando la funzione menu() viene attivata nelle 2 funzioni di elaborazione non occorrera’ una nuova lettura purche’ n sia ancora disponibile. Questo e’ il punto: n e’ ancora disponibile? NO se menu() è richiamata come in project21 ed al suo interno non si dichiara: static int n;

Significato delle variabili automatiche e statiche Meo 1 lez.33 Significato delle variabili automatiche e statiche In C e C++ ogni variabile e’ caratterizzata oltre che dal tipo dalla sua classificazione rispetto alla sua allocazione in memoria ed alla sua durata. Le variabili finora trattate sono dette automatiche perche’ iniziano ad esistere (sono allocate in memoria) quando la funzione in cui sono definite e’ attivata e “spariscono” all’ uscita dalla funzione. Non conservano il loro valore tra una attivazione e l’ altra della funzione. Per conservarlo devono essere dichiarate static: senza questo attributo sono automatiche. fond. di informatica1 parte 5

Static => protezione Tutte la variabili (locali o globali) definite static sono create ed inizializzate prima che il main inizi l’ esecuzione e sono distrutte solo al termine dell’ esecuzione del main program: la loro inizializzazione e’ eseguita una sola volta, se manca sono inizializzate a 0. Anche una var. globale (o esterna) puo’ essere dichiarata static: in tal caso diventa visibile e usabile solo all’ interno delle funzioni definite nello stesso file sorgente in cui essa e’ definita, ma diventa invisibile ad altri file: è un tipo di protezione. fond. di informatica1 parte 5

Conclusione per menu() Per salvare il valore di n letto solo la prima volta bisogna dichiarare n static (non solo int) e quindi scrivere menu cosi’ (come in project22): int menu (bool attiva) /* attiva param. formale di tipo logico che deve essere True solo al primo richiamo e False ai richiami successivi in cui si potrà usare il suo duale senza cambiarlo */ {static int n; // n inizializzata a 0 if (attiva) leggi(&n) /*se attiva = True in n va il valore digitato che resta immutato fino a nuova lettura che non si verifica se attiva = False */ return n; } fond. di informatica1 parte 5

Attenzione a leggere e scrivere matrici void leggi(int m[][MAX-5]) /* m è una matrice di MAX righe e MAX-5 colonne */ { /* Inizio leggi */ int ic,n; cout<<"\n dammi i valori della tabella per righe"; for (n=0; n<MAX; n++) { cout<<"\n dammi i MAX-5 valori di riga n="<< n<<" "; for (ic=0; ic<MAX-5; ic++) cin>> m[n][ic]; }// fine lettura riga ennesima }// fine righe

Ancora un esempio sui giochi sempre più importanti … Nell’ ultimo convegno su Vita Artificiale e Computazione Evolutiva é stata presentata da ricercatori dell’ Un. Urbino, un’ Applicazione di algoritmi genetici a contesti videoludici dove per l’implementazione dei giochi evolutivi è stato sviluppato un package Java. Come esempio del funzionamento del package è stato utilizzato lo sviluppo di un semplice gioco evolutivo il cui protagonista è un topolino che si muove in uno spazio bidimensionale quadrato (MATRICE!!!) popolato da un cane (che si muove in modo casuale) e da un gatto (che si muove nel tentativo di mangiare il topo e di tenersi alla larga dal cane). Il topolino si muove in base ad un istinto dettato dal suo “genotipo” (descrittore del suo “DNA”….) …

Senza parlare di genotype vediamo il gioco delle 3 carte … o, per semplicità dei 3 interi positivi. Il main attiva una procedura Giocatore che legge 3 lettere, le modifica in interi, li memorizza come static, e visualizza solo l’ intervallo in cui si trovano (0-500 per es.); il main cerca di indovinare i numeri che non vede: per farlo apre un ciclo, legge o calcola un intero nell’ intervallo (tra 0 e 500) con un certo criterio, lo memorizza in un vettore ed attiva di nuovo la procedura Giocatore passandole l’ intero letto; la procedura esegue i confronti e se il numero è uguale ad uno dei 3, visualizza OKEY ed il numero, altrimenti visualizza NOT OKEY ed il main deve riprovare con un altro numero diverso dal precedente fino a scoprire i 3 numeri. Sono concessi 3 tentativi: al terzo tentativo sbagliato il main perde.

Volendo complicare il gioco dalla scoperta dei 3 numeri a quella delle 3 carte, sarebbero stati necessari 2 vettori cards e namecards con: _ inizializzazione del vettore cards con 54 interi, da 1 a 54, corrispondenti alle carte da gioco secondo la seguente corrispondenza: 1 corrisponde all' Asso di Picche, 2 al Due di Picche,.... 10 al 10 di Picche, 11 al Fante di Picche, 12 alla Donna di Picche, 13 al Re di Picche, 14 all' Asso di Cuori, etc. etc. fino al 52 che corrisponde al Re di Fiori, mentre 53 e 54 corrispondono ai 2 jolly. La corrispondenza e' effettuata ponendo nel vettore namecards 54 stringhe di caratteri con i nomi suddetti; _ attivazione della procedura estrai che estrae una carta a caso: per far ciò, occorre utilizzare la funzione int random(num) -Random number generator- e usare il valore da essa restituito, che é un numero casuale compreso tra 0 e num-1. In particolare per utilizzare la funzione random(num) in un programma in C occorre premettere le seguenti frasi: #include <time.h> e #include <stdlib.h> ............. e poi in estrai: randomize(); /* inizializza il generatore di numeri casuali ed usare int indice_casuale= random (55); */ )

E…per tornare al problema del SORT Si riprende il project26 che ordina un vettore di interi con l’algoritmo di selezione o scelta diretta con il quale l‘ ordinamento di una tabella di n elementi si ottiene in n-1 passi come indicato nella diapo seguente. fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 SORT & Algoritmo di Scelta diretta. Con questo metodo l'ordinamento di una tabella di N elementi si ottiene in N-1 passi. Al passo 1 si ricerca il minimo tra gli N elementi con N confronti (il CONFRONTO è l’ operazione dominante!) e trovatolo si scambia (di posto) col primo elemento; al passo 2 si ricerca il minimo tra gli N-1 elementi (dal secondo all'ennesimo con N-1 confronti ) e trovatolo si scambia (di posto) col secondo elemento ; cosi' di seguito fino al passo N-1 quando si potranno scambiare di posto l' elemento N-1 con l'elemento N. Ad ogni passo #confronti  N #passi  N #operazioni effettuate dall'algoritmo è dell' ordine di N*N ... QUINDI da usare se N <10. fond. di informatica1 parte 5

void ordina(int x[], int n) / void ordina(int x[], int n) /* x è “orlata” cioè l’ elemento x[0] è trascurato. Effettua l' ordinamento di x (tabella di n elementi) con Alg. Scelta Diretta. Variabili locali usate: i,j,k,min Parametri in ingresso: n,x; per es. n=3, x[1] =3, x[2] = 4 x[3] =1 Parametri che escono definiti: x; x[1] =1, x[2] = 3, x[3] = 4 */ { int i,j; /* var. di controllo cicli */ int k; /* indice del minimo */ int min; /* var. contenente il minimo */ /* Inizio parte esecutiva di ordina */

fond. di informatica1 parte 5 for (i = 1; i <= n-1; i++) { min = x[i]; k = i; // se i=1 allora min = 3 e k =1 for (j = i+1; j <= n; j++) //ciclo ricerca minimo { if (x[j] < min) /* solo per j=3 questa condizione è vera (1<3) */ { k= j; min = x[j]; /*per i=1 si ha: k=3 e min= 1 se i=2  k=3 e min= 3*/ } }// fine del for su j x[k] = x[i]; /* per i=1 scambio tra x[3] e x[1] ottenendo 1, 4, 3 e tra x[3] e x[2] ottenendo 1, 3, 4 per i=2 */ x[i] = min; /* per ricerche del min. senza successo queste due frasi non hanno effetto */ } //fine del for su i }/* fine di ordina */ fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 E… vedere +oltre …cercare altri algoritmi di SORT per esempio da pag. 503 del testo di Franco Crivellari: “Elementi di programmazione con il C++”, Franco Angeli; (primo riferimento in Bibliografia) dove sono descritti METODI (Algoritmi) DI ORDINAMENTO come: 1) selezione (per minimi successivi) complessita’ = O(n2) 2) scambi (bubble sort) 3) inserzione complessita’ = O(n2) 4) ad albero: doppio indice (quicksort) heap-sort 5) distribuzione e fusione o MergeSort Per la Complessità diapo seguente complessita’ = O(n log(n)) fond. di informatica1 parte 5

La complessità computazionale di un ALGORITMO A ne indica il COSTO come numero di operazioni eseguite per arrivare al risultato desiderato: fornisce una misura del “running time” t del Programma realizzato con A; il COSTO é funzione del tipo di elaborazione ( scansione lineare ? doppio ciclo o ciclo al quadrato ? è una funzione logaritmica ?…), e del tipo e dimensione n dei dati di ingresso: COSTO= f(n). Interessa soprattutto il Costo per n ELEVATO  COSTO ASINTOTICO  lim f(n) n  e NEL CASO PEGGIORE (meno spesso nei casi migliore e medio!) Quindi il Costo si indica con la notazione O(f(n)) fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 NO Saltare 3 diapo Altro metodo di ORDINAMEN. CON DOPPIO INDICE (quicksort) se N 10 1) algoritmo di separazione: scelto nell’ array un elemento X come perno (o elemento di separazione), si effettuano spostamenti nell’ array in modo da ripartirlo in due parti: sinistra (ps) e destra (ds) che, rispetto a X (elemento di separazione), siano: elementi ps  X  elementi ds 2) Si ripete “ricorsivamente” l’algoritmo di separazione per ps e ds fino all'ordinamento completo fond. di informatica1 parte 5

ALGORITMO DI SEPARAZIONE _ si sceglie un valore dell’ array (p.e. il mediano) come elemento di separazione X _ si cerca da sinistra il primo elemen. > X e lo si sposta a destra di X se c' e’ un elem. _ si cerca da destra il primo elemen. < X e lo si sposta a sinistra di X se c' e’ un elem. _ si prosegue da sinistra e da destra per gli elementi successivi finche’‚ la ricerca di sinistra non si "incrocia" con quella di destra Si ottiene: elementi ps  X  elementi ds fond. di informatica1 parte 5

ESEMPIO ALGORITMO SEPARAZIONE con N=10 LISTA SIN. X LIS. DESTRA 9 1 6 4 5 8 2 7 3 0 s d 1ø riordinamento 0 1 6 4 5 8 2 7 3 9 s d 2ø riordinamento 0 1 6 4 5 3 2 7 8 9 d s s e d si "incrociano": separaz. Finita #operaz. fatte <= n; #passi da fare  log2 n se le liste sono sempre divise a metà altrimenti n fond. di informatica1 parte 5

COMPLESSITA' QUICKSORT Caso peggiore: n2 (liste “sbilanciate”, per es. ps di 2 termini ds di n-2 termini) Caso medio: n log2 n (liste sempre divise a metà) non richiede extra memoria si realizza facilmente con una procedura ricorsiva fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 La ricorsione Che cosa è ? la sua definizione appare immediata dalla figura successiva tratta dal testo “Algorithm + Data Structure = Programs” di N. Wirth creatore del linguaggio Pascal; la definizione di un oggetto in modo ricorsivo si avvale dell’ uso di versioni “più semplici” dell’ oggetto stesso. Si pensi alla definizione ricorsiva di numero naturale: 1 è un numero naturale; il successore di un numero naturale è un numero naturale con successore(n)=n+1. fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 Algoritmi ricorsivi Usano una funzione che si definisce attraverso se stessa. Vantaggi della forma ricorsiva: formulazione naturale di problemi matematici definiti in termini di se stessi; programmi +facili da leggere. Svantaggi della forma ricorsiva: attenzione a non entrare in cicli senza fine: occorre porre un limite alla definizione ricorsiva di un oggetto! Talvolta può essere utile una soluzione di tipo iterativo! fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 Ricorsione in C e C++ Un sottoprogramma ricorsivo e’ attivato ricorsivamente con un SOLO richiamo per ogni attivazione. Come esempio illustrativo si considera il fattoriale di n che si può definire in 2 modi: n! = n.(n-1).(n-2)….3.2.1 (“produttoria”) n! = n.(n-1)! (forma ricorsiva) Occorre porre un limite alla definizione ricorsiva della funzione fattoriale(n) limite dato dalla matematica che stabilisce: n>0 e 0!=1. Quindi la funzione ricorsiva fattoriale di n è la seguente: fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 int fattoriale (int n) /* funzione che calcola il fattoriale di n in modo ricorsivo: se n>0 si autoattiva con n-1 ponendo in risultato il valore di n * fattoriale (n-1)… continua così finchè n diventa 0. A quel punto ritorna 1, ma a chi ? A chi l’ ha attivata l’ ultima volta ossia a se stessa ... */ { int risultato; if (n <= 0) return 1; //CONDIZIONE INDISPENSABILE!!! else risultato = n * fattoriale (n-1); //Autoattivazione con n-1 return risultato; } fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 In programm7 si trovano sia il programma per il calcolo del fattoriale con una funzione ricorsiva, sia la procedura di ordinamento che usa l’ algoritmo Quick descritto precedentemente e che segue… A voi il compito di fare una funzione ricorsiva per calcolare i numeri di Fibonacci! Ricordare: Fib0 = 0; Fib1 = 1; Fibn+1 = Fibn + Fibn-1 con n>0 (In Programm7 project33 risolve il problemino…., mentre il project32 ordina una tabella col metodo ricorsivo del Quik-Sort … qui di seguito NO saltare) fond. di informatica1 parte 5

Quick-Sort void ordina(int x[],int sin, int des) /* Effettua l' ordinamento di x (tabella di n elementi) col metodo Quick da sin a des Parametri in ingresso: sin, des, x; Parametri che escono definiti: x; Variabili locali usate: i,j,k,w,perno; */ { int i,j,k; /* var. di controllo */ int w; /* var. di comodo */ int perno; /* var. col perno */ /* Inizio parte esecutive di ordina */ i = sin; j = des; k= (sin +des)/2; perno= x[k]; while (x[i]<perno) i++; while (perno< x[j]) j--; if (i<=j) {w= x[i]; x[i]=x[j]; x[j]=w; }//scambio if (sin < j) ordina (x, sin,j); //cout<<"\n finii sin ora des i="<<i<<" des="<<des; if ((i+1) < des) ordina (x,i+1,des); }/* fine di ordina */

L’ emulazione della menoria introduce il ritorno all’ hardware Mezzalama 2 lez. 18 & seg. Vai a pag. 31 L’ emulazione della menoria introduce il ritorno all’ hardware con lo scopo di parlare del linguaggio di E.E. Si ricordi: C.M. & CPU: indirizzo di ogni locazione di C.M. => in registri della CPU ( es. registro P =Punta- tore, registro I.C.= Instruction Counter ...); Contenuto di ogni locazione di C.M. => in altri registri della CPU (per es. A = Accumulatore...); C.M. (RAM): scandibile e rintracciabile per es. col Registro P : IndirizziMemoria <=> Registro P; CPU = Unita’ Centrale = Unita’ Elaborativa = MicroProcessore per Personal Computer fond. di informatica1 parte 5

Si ricordi anche la struttura funzionale di EE gia’ vista: Temporizzatore Unita’ Centrale di Controllo Unita’ Aritmetico - Logica CPU Registri Flag Unita’ di controllo di I/O Memoria Centrale Memorie di massa Periferiche fond. di informatica1 parte 5

La CPU controlla tutte le operazioni di E.E. Le operazioni possono essere: interne alla CPU (per es. Somma i contenuti di 2 Registri); esterne come trasferimenti di dati verso la (o dalla) C.M. o verso le (o dalle) interfacce (Controller Unit) dei dispositivi periferici. Notare: la CPU non invia i dati al dispositivo, ma alla sua interfaccia! fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 La CPU lavora in stretto contatto con la C.M. e per svolgere i suoi compiti usa i registri, i Flag (indicatori di stato) e inoltre le Unita’ di Controllo e Aritmetico-Logica (A.L.U.). I registri piu’ usati sono: Registri P e I.C. (Istruction Counter) per tenere gli Indirizzi, Registri tipo Accumulatore (A, B, C … ed anche Reg.1, Reg.2 ...) per tenere i Dati , Registro Istruzione (I.R.) per tenere le Istruzioni del linguaggio della macchina. fond. di informatica1 parte 5

CPU: funzionamento ciclico nell’ esecuzione di un programma Ogni ciclo della CPU si compone di 3 fasi: fase di fetch (=prelievo) dell’ istruzione, fase di decodifica dell’ istruzione, fase di esecuzione dell’ istruzione. In ogni fase sono usati alcuni Registri. Le operazioni relative ad ogni fase sono indicate alla diapo seguente, ma SALTARE 13 diapo, riprendere dai BUS, diapo65. fond. di informatica1 parte 5

Prelievo e decodifica saltare 13 diapo fase di fetch (=prelievo: uso dei Reg. IC e IR): 1) Esame del Reg. I.C.; 2) Accesso alla locazione di C.M. indirizzata da I.C.; 3) Trasferimento del contenuto della locazione di C.M. in I.R.; fase di decodifica: (uso del Reg. IR): 4) Interpretazione del contenuto di I.R.; 5) SE non e’ un' istruzione ALLORA segnalazione ERRORE e STATO DI ATTESA fond. di informatica1 parte 5

Esecuzione istruzione … altrimenti fase di esecuzione: SE si tratta di un’ istruzione di salto alla locazione di memoria di indirizzo xyzv allora I.C.= xyzv ed il controllo delle operazioni passa a xyzv e da qui si prosegue in sequenza; ALTRIMENTI: l' istruzione viene eseguita ed e’ incrementato I.C.= I.C.+(lunghezza istruz.) per passare all’ istruzione successiva. Si noti: in assenza di istruzioni di salto esiste un ordinamento sequenziale tra le istruzioni. fond. di informatica1 parte 5

Accesso alla Memoria: per estrarre info. = leggere dalla Memoria; per deporre info. = scrivere in Memoria; Operazioni realizzabili: a Hardware con codici propri della CPU a Software con istruzioni di un Linguaggio Artificiale, tradotte nei codici della CPU (ossia nelle Istruzioni del linguaggio della macchina) dal programma traduttore. Esempio fase di esecuzione con uso del reg.P (e non I.C. per brevità di scrittura) Sia: Istruzione = Leggi un dato dal disco e ponilo in C.M. all' indirizzo 00116

fond. di informatica1 parte 5 Registro P di 4 bit =>16 byte indirizzabili (qui la freccia sintetizza il contenuto di P) CPU = “Ragnetto” Central Memory 0000 0001 REG. P . Accumulat. Registro P.= Pointer 1111 fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 Esempio: continua C.P.U. pone 00116 nel Registro P cioe’ P= 00116 (cfr. grafico precedente) e passa il controllo all’ Unita’ di Controllo della Periferica disco. Questa, attivato il lettore che legge il dato (per es. 3.14), lo pone in un proprio registro: da qui C.P.U. lo preleva e lo trasferisce nell’ Accumulatore ossia A = 3.14 Infine C.P.U. trasferisce il contenuto di A nella Memoria indirizzata da P ossia Mem(P)=A (cfr. grafico seguente) fond. di informatica1 parte 5

Registro P di 4 bit => 16 byte indirizzabili CPU = “Ragnetto” Central Memory 0000 0001 3.14 REG. P. 3.14 Accumulat. Registro P.= Pointer 1111 fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 Ancora esempi Analogo comportamento se Istruzione = Visualizza un dato su video … Se poi Istruzione = Somma i dati delle locazioni di indirizzo 55516 e 12316 e metti il risultato in C.M. all' indirizzo 66616 allora C.P.U. effettua le operazioni seguenti (dove => significa sposta e il registro B  A) 55516 => P Mem(P) => A (per es. 891710 => A) 12316 => P Mem(P) => B (per es. 7910 => B) A+B => A (per es. 891710+7910 => A) 66616 => P A => Mem(P) fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 Deduzioni logiche Cosa vogliono evidenziare i precedenti esempi? 1) ogni accesso in C.M. avviene con il deposito in un registro di CPU (I.C., P, …) dell’ indirizzo della locazione (cella, byte, voce …) di C.M; 2) ogni insieme di istruzioni (ossia ogni programma) per essere eseguito deve risiedere in C.M. 3) se un salto rimanda ad un indirizzo dove non c’e’ un’ istruzione, ma un dato: ERRORE! fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 Le istruzioni del linguaggio macchina sono praticamente comandi in codice. Il codice e’ quello capito dalla CPU di E.E. con comandi indicati qui con sigle simboliche, da immaginare in binario. Per es. somma avra’ il codice ADD poni in memoria “ “ “ STORE carica in un registro “ “ “ LOAD salta (branch) “ “ “ B salta e torna indietro(back)“ “ “ BB confronta (compare) avra’ il codice CMP etc. fond. di informatica1 parte 5

Il formato delle istruzioni del linguaggio della macchina varia da C.P.U. a C.P.U. col vincolo che ogni istruzione deve poter stare nel registro I.R. della C.P.U. per essere decodificata e poi eseguita. Il numero dei bit di I.R. varia da C.P.U. a C.P.U…. Se per es. IR ha 32 bit allora si potrebbero usare: 8 bit per il codice operativo (leggi, scrivi, somma …), 4 bit indicare il supporto, 4 bit il tipo di indirizzamento (immediato, diretto, indiretto) e 16 bit per indirizzare la memoria o altro. Segue un esempio in un ipotetico linguaggio macchina, non usando però codici binari, ma mnemonici. SALTARE 3 diapo.

Come fare la somma S=S i=0-7 5 in linguaggio macchina ? In C++ o C  {int S = 0, i; for ( i=0; i<8; i=++) S+ = 5;} In ling.macchina le addizioni si fanno in A=Acc. e per gli indici si usano i Reg.i e cosi’ a parole: Azzera A e Carica in Reg.1 0 COME Confronta Reg.1 con 8 Se sono uguali salta a VIA (se no) Aggiungi ad A 5 Incrementa Reg.1 di 1 Salta a COME VIA Memorizza A in S (A => MemS) fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 E quindi: CLEAR A LOAD R1 #0 (#indica dato immediato) COME CMP R1 #8 (se il compare da’ 0 FlagZero=1) BZ VIA (salta a VIA se FlagZero=1) ADD A #5 INC R1 (incrementa di 1 R1) B COME VIA STORE A ADDRS (--> ADDRS => P e inoltre A => Mem(P)) fond. di informatica1 parte 5

o anche e meglio (con 1 giro ed 1 istruzione in meno): CLEAR A LOAD R1 #7 COME ADD A #5 DEC R1 (decrementa di 1 R1 : quando R1= 0 . FlagZero=1) BZ VIA (salta a VIA se FlagZero=1) B COME VIA STORE A ADDRS fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 BUS Tra le unita’ di E.E. viaggiano dati e indirizzi … DOVE? Nei BUS ! BUS = l' insieme dei collegamenti (cavi e connettori) tra C.P.U. e le altre componenti su cui sono trasferiti le informazioni in parallelo a pacchetti di n bit BUS indirizzi => n da 16 a 20 bit e BUS dati => n da 16 a 64 ” Attualmente si usano 2-3 livelli di BUS per accelerare i trasferimenti. fond. di informatica1 parte 5

Memoria di massa : Funzione: uguale a quella della C.M. (memorizzare !!!), ma tecnologia di tipo magnetico ... Caratteristica: permanenza delle informazioni (come la ROM !!!), ma il Tempo di accesso che dipende dal tipo,  10-100msec. Enorme divario con la C.M. !!! Questo divario deve essere “compensato” con operazioni di input/output che scambino un notevole numero di informazioni in ogni accesso (vedere tra 5 diapo) Supporto: disco fisso, floppy, nastro, C.D. , unità esterna collegabile tramite USB... Lettura/scrittura: Unita’ di Lettura/scrittura dotata di una testina apposita o di raggio laser.

fond. di informatica1 parte 5 Tipo di accesso: sequenziale e, per dischi (hard e floppy), diretto o casuale (= random) tramite gli indirizzi di settore e traccia creati (cfr.parte 2) con la formattazione che divide il disco in tracce ed ogni traccia in settori a partire da punti di riferimento. RICORDARE che la Formattazione annulla il contenuto preesistente! PERICOLO! Capacita’ dei dischetti:  da 1200 Kbyte in su Capacita’ dei dischi: da 10 Gigabyte “ “ Capacita’ dei C.D.-D.V.D.:  oltre 1 Gigabyte; Capacita’ dei nastri: variabile secondo il tipo di unita’ fond. di informatica1 parte 5

Unita’ periferiche: sistema video E’ costituito da un display e da una scheda grafica ed ha 2 modalita’ di funzionamento: alfanumerica (p.e. 25righe x 80colonne di testo) e grafica con necessita’ di un software pilota (=driver) della scheda grafica che permette diverse modalita’, risoluzioni … num. di colori; elemento base: PIXEL (PIcture ELement) in un raster o matrice (griglia) di PIXEL (1280x1024; …) usabili singolarmente in alta risoluzione, a gruppi in bassa risoluzione. fond. di informatica1 parte 5

Comunicazioni tra elaboratori Si basano su strumenti Hard./Soft. che permettono di collegare elaboratori di vari tipi in reti locali (LAN) e geografiche (WAN); occorrono dispositivi di interfaccia tra elaboratori (per es. “schede di rete”) e protocolli (regole) di comunicazione; si puo’ anche usare la rete telefonica con l’ uso di dispositivi che permettono di convertire il segnale analogico (voce) a segnale digitale (bit) e viceversa. fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 E inoltre … parlando di comunicazioni, il mezzo piu’ semplice per trasferire qualunque informazione sia da C.M. a memoria di massa sia tra Elaboratori di tipo diverso resta il file tipo testo sequenziale memorizzato su memoria di massa. Nel file tipo testo i byte sono interpretati come caratteri ASCII (in altri file, quelli binari, ogni byte e’ considerato come 8 bit di un dato binario, per es. float); I file tipo testo possono essere usati in lettura, scrittura e aggiornamento. fond. di informatica1 parte 5

Come si costruisce un file tipo testo in C, C++ ? Occorre usare le librerie e le funzioni giuste … ma comunque sempre le informazioni al / dal file sequenz. sono trasferite a blocchi, 1 blocco per volta, da / a una zona di C.M. che funge da tampone o buffer (= “interfaccia” tra i 2 tipi di memoria) e da qui smistate (Cfr. parte2, file & C.M.) Il C e C++ considerano un file sequenziale come un flusso (stream) o successione continua di byte proveniente da/inviata a memoria di massa (analogia con cin e cout). Per gestirlo pero’ usano procedure diverse. fond. di informatica1 parte 5

Tipi di File I file si distinguono in sequenziali e ad accesso diretto o casuale (random qui non trattati). La differenza sta nella struttura del file: concettualmente il file sequenziale si puo’ assimilare ad una successione di informazioni dove per raggiungere l’ informazione i-esima occorre leggere le precedenti i-1; il file ad accesso diretto si puo’ assimilare ad una tabella dove per mezzo di un indice si puo’ raggiungere qualunque informazione direttamente. Proprio a causa dell’ uso di un indice si dicono indexed file.

Gestione di file sequenziali in C++ A differenza del C (che usa funzioni i cui prototipi sono dichiarati in stdio.h), il C++ usa le funzioni con prototipi dichiarati in fstream.h dove sono anche definiti nuovi tipi di dati che usano la classe fstream con sottoclassi, come per es. il flusso di input e il flusso di output (ifstream, ofstream) da/a un file. Il discorso completo sarà ripreso subito dopo l’ introduzione delle classi. SALTARE 2 diapo.

NO Gestione di file sequenziali in C Il C usa le funzioni i cui prototipi sono dichiarati in stdio.h e una struttura FILE anche definita in stdio.h e accessibile con puntatori definiti nel programma-utente. (La struttura FILE - visionarla!- contiene al suo interno anche puntatori al buffer.) Il collegamento con il file fisico si ottiene con la funzione fopen che associa il nome del file al puntatore a FILE dichiarato nel programma utente: lo definisce. I nomi delle altre funzioni utilizzate sono: fscanf, fprintf (analoghe a scanf e printf) per leggere e registrare info. Dove ? fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 NO …dove ? Lettura e registrazione avvengono (tramite il buffer) sul file aperto dalla fopen e identificato da un puntatore a FILE dichiarato dall’ utente; fopen definisce tale puntatore collegandolo al file fisico; fscanf, fprintf usano tale puntatore come primo argomento. Il collegamento e’ terminato dalla fclose che lo chiude quando il file non serve piu’. Vedere i programmi in C che usano le funzioni prototipate in stdio.h per costruire un file (mat2 mat2pro e strutt) ed i programmi per leggerlo (fileper, filequa) tutti in program8. fond. di informatica1 parte 5

E … per emulare la memoria? Le matrici non bastano: per i dati occorrerebbe una zona a dimensione variabile (che si puo’ ottenere con l’uso di funzioni come malloc o new) di int ove porre valori interi e poi un’ altra zona di float, una di char …; una per gli indirizzi e le istruzioni in linguaggio macchina e poi ancora occorrerebbe un’ altra zona per gli interi unsigned, etc. Insomma un contenitore di elementi di tipo diverso, non omogenei ed anche a dimensione variabile. Un tipo di variabile strutturata che permette di mantenere in memoria un insieme fisso di elementi non omogenei e’ la struct del C e C++ simile al record del Pascal.

Esempio di struct in C e C++ struct studente {char nome[20]; char cognome[25]; int eta; float peso; float altezza; }; Concettualmente con la keyword struct si definisce un tipo di tabella non omogenea con elementi di vari tipi che in C e C++ possono essere anche funzioni: cosi’ fatta la struct puo’ servire a introdurre la class del C++…ma questa e’ un’ altra storia che inizia con… fond. di informatica1 parte 5

Il paradigma O.O. (Object Oriented) Si tratta di un modello che mette in luce l’ aspetto dell’ astrazione dei tipi di dati. I dati sono spesso di tipo complesso composti per esempio da suoni, immagini oltre che da valori numerici e alfanumerici. Occorre scrivere software adeguato alla loro gestione. Si raggiunge questo obiettivo con la definizione di nuovi tipi di dati che si dicono “tipi di dati astratti” e si distinguono da quelli predefiniti come int, float… Come i predefiniti sono gestiti con proprie funzioni (per es. operazioni aritmetiche intere per il tipo int) anche i tipi di dati astratti sono gestibili solo con proprie funzioni dette metodi. fond. di informatica1 parte 5

Un esempio: il tipo pila E’ un esempio semplice, ma che ha tanti esemplari nel mondo reale: pila di pratiche, pila di piatti, pila di parentesi, pila di registri di memoria…. Si puo realizzare considerando una struttura sequenziale di valori in cui le inserzioni ed i prelievi avvengono allo stesso estremo: la cima o TOP della pila  il primo entrato A è l’ ultimo ad uscire: questo è il criterio di gestione della pila: LIFO Last In First Out C B A

fond. di informatica1 parte 5 Tipi di dati astratti Come si definisce un Tipo di dato astratto ? per esempio il tipo pila? La definizione del tipo pila si chiarisce con la sua struttura e con l’indicazione dell’ algoritmo LIFO di gestione tipico della pila   per un Tipo di dato astratto e’ importante definire: la struttura dati (proprietà statiche); le proprietà dinamiche (gli algoritmi usati per la relativa gestione) ossia le funzioni associate al tipo detti metodi. Quindi  il Tipo astratto e’ definito sia in senso statico con la sua struttura che dinamico con i suoi metodi che lo possono (loro soltanto!!!) manipolare. Al Tipo astratto è associata una classe di Oggetti ciascuno con il proprio Valore. fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 ed in C++ ? La class del C++ permette la definizione e la costruzione di tipi di dati astratti che si definiscono per gestire oggetti complessi e da proteggere come la memoria, la pila, lo studente, il tempo, il punto… Il tipo pila diventa la class pila che può avere una tabella per memorizzare i suoi elementi ed i metodi impila per inserirci nuovi elementi ed espila per estrarre elementi: ad altre procedure sarà vietato l’ accesso alla pila. Si realizza così anche la protezione di oggetti! fond. di informatica1 parte 5

Sintassi d’ uso! In qualunque oggetto del C++ il punto “.“ collega l’ oggetto alle sue caratteristiche. Per il tipo pila un oggetto p della class pila avrà p.tab[n] come struttura statica e come metodi p.impila(), p.espila(). Definita la class pila un oggetto p appare come una variabile di tipo pila: pila p; La progettazione-costruzione di nuovi tipi di oggetti (di cui un esempio è in program7 project 92 e qui di seguito) non è elementare, anche perché prevede una sintassi particolare. Non è difficile invece utilizzare oggetti già progettati e che si ritrovano nelle librerie del C++ … e questo proveremo a fare.

prima però: PROGRAM contator /*Il programma contator.cpp deve: mostrare come si usano le classi in C++ con una classe di contatori. Viene definito Contatore come class con i tipi dei suoi dati e le relative funzioni. Queste funzioni (e solo loro) permettono di lavorare con oggetti della classe: con esse si azzera, si incrementa, si decrementa, si interroga un contatore. Esaminare il main qui di seguito ! Esaminare le definizioni di Contatore e delle sue funzioni (metodi). Far girare il prg. project92 e alla fine chiuderlo ! fond. di informatica1 parte 5

. /* Inizio Modulo principale */ { int n; contatore c1,c2; #include "iostream.h" //"Libreria richiesta I-O C++ #include "conio.h" // " " I/O speciale (clrscr) #define MAX 9 /* seguono la dichiarazione della classe contatore (nuovo tipo) e del prototipo della funzione attendi */ class contatore {unsigned int valore; public: void azzera(); void incrementa(); void decrementa(); unsigned int contenuto(); }; void attendi(); main() /* Inizio Modulo principale */ { int n; contatore c1,c2; /* INIZIO Parte esecutiva */ clrscr(); /* Azzeramento*/ c1.azzera(); c2.azzera(); /* Incremento */ for (n=0; n<MAX; n++) { c1.incrementa(); c2.incrementa(); } /* Decremento */ c2.decrementa(); cout<<"\n alla fine c1 e':" << c1.contenuto() <<" mentre c2 e':"<< c2.contenuto() << endl; attendi(); return (0); } /* seguono la definizione delle funzioni dichiarate nella classe contatore e della funzione attendi() */ void contatore :: azzera() { this->valore = 0; return; } ….

Oggetti In C++ oggetti sono: le stringhe, i flussi di input/ouput, i pixel o in generale i punti… definiti come oggetti delle relative class Cominciamo con i flussi di informazioni e con la gestione di file sequenziali in C++ (rimasta in sospeso). C++ gestisce i file sequenziali con le funzioni i cui prototipi sono dichiarati in fstream.h dove sono anche definiti nuovi tipi di dati che usano la classe fstream (flusso) con sottoclassi, come per es. il flusso di input e il flusso di output (ifstream, ofstream) da/a un file. Incluso fstream.h nel programma si deve definire una variabile di tipo flusso e poi collegarla o con un file fisico presente su disco (quindi da leggere) o col file da creare (registrare) su disco o da aggiornare.

Apertura del file Questa operazione di collegamento si chiama apertura del file e richiede: o l’ indicazione sul tipo di gestione del file: lettura, scrittura, aggiornamento ? oppure l’ uso delle sottoclassi che il C++ fornisce ossia ifstream come tipo di flusso di input e ofstream come tipo di flusso di output (seguono esempi); per l’ aggiornamento si usa invece un’ altra specifica qui non trattata. Si noti che anche cin è un oggetto della classe iostream con cin.fail, cin.eof(), cin.get(char*,... ) … sue funzioni… o metodi !

Lettura file sequenziale in C++ Per leggere il file numeri.txt si puo’ scrivere: … int n, elabora(int); ifstream fi;//fi=var. tipo flusso input (analogia con cin) fi.open(“numeri.txt”); /* si richiede di aprire il file numeri.txt collegandolo al flusso fi */ if (!fi) // se fi = 0 l’ apertura e’ fallita {cout<<“non trovo il file”<<endl; return(1); } else while (!fi.eof()) { fi >> n; /*finche’ non trovi EOF, leggi, poni in n e visualizza n e il risultato*/ cout <<“\n n=“;<<n<<“ Ris=“<< elabora(n);} fi.close(); //si richiede di chiudere il file numeri.txt ... fond. di informatica1 parte 5

Un esempio della lettura di un file di struct è project43 in program7 in cui viene letto un file tipo testo (infdat.txt) e sono visualizzate le informazioni in esso contenute insieme ad altre calcolate. In project43 viene richiesta la registrazione di tutte le informazioni in un nuovo file. A voi provare usando le informazioni della diapo seguente. fond. di informatica1 parte 5

Costruzione file sequenziale Per registrare nel file risult.ati una sequenza di interi in C++ si puo’ per esempio scrivere : … int i, elabora(int), n [100]; /*si pensi ad inizializzare il vettore n con un for... */ ofstream fa; // fa=var. tipo flusso output (…cout) fa.open(“risultati.txt”); /* si richiede di aprire il file risultati.txt e di collegarlo al flusso fa */ if (fa) // se fa = true il file gia’ esiste cout<<“il file gia’ esiste: lo copro”<<endl; for (i =0; i<99; i++) fa << n[i]<<endl; /* con endl si registra un numero per linea (=record !) */ fa.close(); //si richiede di chiudere il file ... fond. di informatica1 parte 5

Continuiamo con un cenno agli oggetti grafici La grafica è un capitolo importante della programmazione, ma qui solo un accenno indicativo: vedere e capire project39 (Grafica1) che è un’ applicazione VISUAL e disegna 2 linee, un rettangolo ed un’ ellisse. Sono tutti oggetti che si ricavano dall’ oggetto grafico fondamentale che è il punto. (…comunque per fare semplicemente un disegno in C++ della Borland: aprire un’ applic. visual che apre una finestra form1 con i Pixel in evidenza; trasportarci col mouse il botton OK a cui dare il nome Run e associarlo al funzionamento; andare nella guida, cercare Tpoint, Canvas (tela) e vedere gli esempi …

fond. di informatica1 parte 5 Gli esempi In programm7 il project43 usa una tabella di struct definita come variabile locale del main. Si noti come il passaggio alla procedura visualizza avviene per indirizzo usando semplicemente il nome della struct da passare. Anche per le struct il nome è sinonimo dell’ indirizzo che si può anche porre in un puntatore, ma questo è un modo di utilizzo meno elementare. Il project 92 fa un esempio di class. Il project39 fa un’ ellisse e 2 linee: per usare punti vedere gli esempi in tpoint (tipo punto) Il project 30 in program6 risponde alla domanda di ieri e cerca un elemento nella tavola pitagorica. I suoi obbiettivi sono: fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 /*Il programma deve: costruire la tavola pitagorica della moltiplicazione e visualizzarla per righe e ricercarvi un elemento con la funz. int ricerca(...) che restituisce o il valore trovato, o 99 e gli indici del valore trovato: poi il main l’esamina e se il valore restituito é 99 dice che la ricerca é fallita. seguono: prototipo, attivazione nel main e funz. ricerca*/ int ricerca (int [][MAX], int, int*, int*); … cout<<"dammi un intero "; cin >>ricercato; cout<<endl<<"VAL RICERCATO = "<< ricercato<<endl; restituito = ricerca (tavola,ricercato, &ir, &ic); …. . fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 int ricerca (int t[][MAX], int v, int* p1, int* p2) { /* Inizio ricerca che cerca in t il valore v e se lo trova lo pone in reso e pone in *p1 e in *p2 i suoi indici */ int reso =99, ir, ic; for (ir=1; ir<MAX; ir++) for (ic=1; ic<MAX; ic++) if( t[ir][ic] ==v) {reso =v; *p1=ir; *p2=ic; break; } return reso; fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 Argomenti del main Per trasmettere ad un programma C o C++ informazioni (per es. il nome del file di lavoro dati.per) si usano i parametri della main function che finora era sempre scritta main(). La main function ha 2 forme di intestazione: int main() int main(int argc, char* argv[]) dalle quali si nota che il valore di ritorno e’ int (come quello indicato nella frase return (0) !!), ma spesso int è omesso. fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 main Nella seconda forma si notano: int argc che e’ il numero di parametri trasmessi, char* argv[] che e’ un vettore di puntatori a stringhe= nomi dei parametri trasmessi. In argv[0] c’ e’ il puntatore al nome del programma, primo argomento presente sulla linea di attivazione del programma stesso; nei successivi ci sono puntatori alle stringhe che sono gli altri argomenti presenti sulla linea di attivazione del programma stesso. fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 … Ancora esempi Avendo scritto la frase main cosi’: main(int argc, char *argv[]) la linea di attivazione potra’ essere cosi’ fatta: fileper.exe dati.per dove il file di dati da leggere (dati.per) e’ fornito in argv[1], in argv[0] va fileper (nome del programma) e argc viene posto =2. Tutto questo deve servire da guida, ma per imparare occorre FARE e poi provare e riprovare con pazienza! fine … anzi no, prima ecco un regalino! fond. di informatica1 parte 5

S A T O R A R E P O T E N E T O P E R A R O T A S E’ una formula (magica ?) che é incisa nella parete esterna sinistra (gurdando la facciata) del Duomo di Siena. Era usata nella realizzazione di opere importanti come buon augurio. Si legge in tutti i sensi … ma cosa significa? fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 Il Significato sembra il seguente: Il Seminatore Tiene con l’ Opera le Ruote dell’ Aratro (Arepo dal greco Arotron) che però potrebbe essere anche un nome magico come Aleppe (in Dante: “Pape Satan, Pape Satan Aleppe”). Permutando tutte le lettere del quadro magico si ottiene: P A T E R P A T E R N O S T E R O S R un esempio di permutazione che vi lascio da fare con un programma in C++!!! FINE ! fond. di informatica1 parte 5

Appendice a): perplessita’ 1 RICORDARSI: l’ operatore >> preleva un dato dal un flusso di input: che tipo di dato? Il tipo che e’ stato dichiarato: char, int, float, ... 2) RICORDARSI: non abusare di matrici e/o vettori; usarli solo quando esiste la necessita’ di tenere memoria dei valori calcolati o letti: se tale necessita’ manca allora usare il valore letto per i calcoli necessari e passare al successivo valore da leggere. fond. di informatica1 parte 5

Appendice a): perplessita’ 2-1 Ricordare che gli indici di un array sono SEMPRE di tipo “discreto”, MAI floating-pont!!! NON CONFONDERE INDICE CON CONTENUTO DI UN ELEMENTO !!! Ed ancora array e strutture sono passati a procedure per indirizzo, ma il loro indirizzo è rappresentato dal loro NOME e NON da &nome o da *nome!!! fond. di informatica1 parte 5

Ancora su array: perplessita’ 2-2 se si vuole fare una ricerca in un array ad una dimensione (vettore) si può usare il metodo lineare esaminando un elemento dopo l’ altro con un for oppure il metodo della bisezione (dividendo il vettore a metà e poi a metà delle metà e così via) accelerando la ricerca. In array a 2 dimensioni (matrici) il modo più semplice da usare è il metodo lineare: si esamina una riga alla volta e dentro ogni riga un elemento dopo l’ altro con 2 for nidificati. fond. di informatica1 parte 5

Appendice a): perplessita’ 2 3) La funzione elabora usata in tanti esempi di programmi indica col suo nome una elaborazione di tipo generale. Quando l’ elaborazione e’ di un tipo specificato e’ meglio usare nomi di funzioni pertinenti, come fatto nell’ esempio sulla valutazione del minimo e del massimo (parte 4) dove si usavano nomi come minimo, massimo, rivaluta e memovis. Cosi’ il programma diventa +comprensibile e -generico Come ulteriore esempio, se in un programma ... fond. di informatica1 parte 5

Appendice a): perplessita’ 3 … se in un programma e’ richiesto di leggere una matrice di valori interi e ricercarvi un certo valore (letto anch’esso da tastiera) le funzioni da usare e costruire saranno: leggi(matrice); cin>> valore; if (ricerca(valore, matrice, &riga, &colonna)) visualizza(“\ntrovo valore in ”, riga,colonna); else cout<< “\nIl valore non c’e’ !”<<endl; QUI la funzione elabora e’ la ricerca che ritorna un valore bool! fond. di informatica1 parte 5

Appendice a): GIA’ FATTO perplessita’ 4 4) RICORDARE: la codifica F.P. normalizzata fa riferimento alla base 2 e quindi il valore dell’ esponente riguarda la base 2. Col metodo delle moltiplicazioni successive ogni moltiplicazione per la base isola una nuova cifra nella nuova base. Per es.  =3.1410 avra’ 112 come parte intera e 00100011112 come parte decimale. Normalizzando  +.1100100011112 E+102 con S=0, M=1100100011112, E=0102 . fond. di informatica1 parte 5

Appendice a): perplessita’ 5 5) RICORDARSI di fare attenzione alle specifiche di progetto di un programma: IN PARTICOLARE alle specifiche di progetto del programma da costruire all’ esame che stanno nelle relative richieste. Analizzarle e riflettere! UN CONSIGLIO per l’ esame: scrivere il programma in modo semplice e chiaro, con qualche commento, ma senza fronzoli, badando a rispondere a tutte e sole le richieste. Privilegiare la sostanza ! Se resta tempo aggiungere … i “fiorellini” ! fond. di informatica1 parte 5

Appendice a): perplessita’ 6 6)RICORDARE quanto detto in fondinf3 diapo 48 e seg. “Primo motivo per l' introduzione dei sottoprogrammi: Si inserisce una sola volta il codice del sottoprogramma (per es. la printf ….”) Se si devono leggere 10 matrici si scrive una procedura di lettura di una matrice generica e si richiama 10 volte per leggere le 10 matrici una alla volta!!! NON scrivere una procedura con la lettura di 10 matrici … (e capita anche che qualcuno la richiami 10 volte!!!)

Appendice a): perplessita’ 7 Attenzione al significato del while che è: fin tanto che, per tutto il tempo che è vera la condizione tra parentesi E NON: fino al momento in cui diventerà vera!!! Se si deve leggere un valore <0 si scriverà: cin>> comodo; while (comodo >=0) cin>> comodo; ed anche, se A e B sono array: if (tot<soglia) cout<<"\n Soglia non raggiunta da tot = "<<tot<<endl; else { while ((tot=somma (A,B))>= soglia) diminuisci(A,B); …. } e ricordarsi l’ else, ma solo quando occorre !!! fond. di informatica1 parte 5

Appendice a): continua perplessita’ 7 ed inoltre: usare il while appropriatamente! NON si deve scrivere: cin>> comodo; while (comodo >=0) { } va in loop !!! fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 Ancora ricordare: nella provetta non sarà richiesto l’ uso di file che invece potranno essere richiesti nei temi d’ esame dove potranno essere anche domande su algoritmi ricorsivi, sul funzionamento della CPU, sui tipi di dati astratti, sugli argomenti del main … insomma su quello che si trova in quest’ ultima dispensa. Come appare dal file Notifica.doc sono ammessi alla seconda provetta TUTTI E SOLI gli studenti che hanno fatto la prima provetta, NON ALTRI. Presentarsi alla provetta con il libretto da RITIRARE alla fine della provetta. fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 Iscrizione agli esami Per gli esami occorre ISCRIVERSI, nel foglio che si troverà sulla porta del mio studio. Sono valide le iscrizioni fatte fino a 2 giorni prima dello scritto. NON SI POSSONO FARE 2 APPELLI CONSECUTIVI !!! Presentarsi all’ esame scritto col libretto da ritirare alla fine dello scritto. fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 Appendice b): esempi di temi d’esame del 2000: simili saranno anche nel 2006 Fondamenti di Informatica 1 TEMPO = 1 ORA e 1/2, NON AMMESSI TESTI, APPUNTI, CALCOLATRICI. 1) Conversioni di base (punteggio =2) Esprimere in base 10 l' intero positivo piu' grande rappresentabile con 6 bit in base 2. Scrivere la rappresentazione binaria normalizzata di 3/4 2) (punteggio =1) Come sono effettuate le divisioni per 2 dei numeri interi dall' Unita' Aritmetico-Logica? fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 Appendice b; continua 2 3) (punteggio =2) NO In un circuito logico a 3 ingressi (V,X,Y) la funzione Z vale 1 quando la combinazione di ingresso e’ dispari: scrivere la funzione Z. 4) (punteggio =5) Scrivere in C o C++ un programma strutturato in sottoprogrammi che provveda a costruire in Memoria Centrale una matrice F di N*M elementi float. Ogni elemento di F deve contenere il valore della funzione f = 0.5*x2 +1.5*y +1 per x variabile con passo dx=0.5 nell' intervallo 0.0  x  2.0 e y variabile con passo dy=0.1 nell' intervallo 0.0  y  0.3 (Estremi inclusi!) fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 Appendice b; continua 3 (SI NOTI che N ed M vanno calcolati in funzione degli intervalli di definizione di x e y e dei passi dx e dy sopra specificati). Dopo la costruzione della matrice F, il programma deve: visualizzare su video i valori N e M e la matrice F per righe. N.B. E' SCONSIGLIATO L' USO DI VARTIABILI GLOBALI Fondamenti di Informatica 1 TEMPO = 1 ORA e 1/2, NON AMMESSI TESTI, APPUNTI, CALCOLATRICI. 1) Conversioni di base (punteggio =2) Dare la forma normalizzata binaria Floating Point con 1 bit per S, 3 bit per E , 4 bit per M del valore X=1/4 in base 10. fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 Appendice b; continua 4 Dare la rappresentazione binaria in complemento a 2 con 8 bit di X = 1510. 2) (punteggio =1) Indicare quante sono e quali sono le fasi di cui si compone il ciclo della CPU (Unita' Centrale di Elaboraz.) 3) (punteggio =2) Indicare sinteticamente come lavora un Sistema operativo multiprogrammato e dove si trovano i "molti" programmi da essere eseguiti. 4) (punteggio = 5) Scrivere in C++ un programma strutturato in sottoprogrammi che faccia le seguenti azioni tramite apposite procedure o funzioni: _ costruire in Memoria Centrale un vettore (tabella) di 10 elementi interi ordinati dove ogni elemento e' divisibile per 3 e per 5 ossia 15, 30, 45, 60, ... e visualizzarlo fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 Appendice b; continua 5 _ chiedere all' utente 2 valori interi (non compresi tra quelli posti nel vettore); _ aggiungere nel vettore i 2 valori letti posizionandoli nei posti voluti dall' ordinamento e visualizzare il vettore cosi' modificato. (Se per esempio i valori letti sono 7 e 31 il vettore modificato risultera': 7, 15, 30, 31, 45, 60, ... ) N.B. E' SCONSIGLIATO L' USO DI VARTIABILI GLOBALI Fondamenti di Informatica 1 TEMPO = 1 ORA e 1/2, NON AMMESSI TESTI, APPUNTI, CALCOLATRICI. 1) Conversioni di base (punteggio =2) Usando l' aritmetica binaria e la notazione in complemento a 2 fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 Appendice b; continua 6 calcolare: la differenza tra 01012 e 10112 ; il valore di un registro a 4 bit contenente 11112. 2) (punteggio =1) Indicare la funzione del linker e quando e' usato. 3) (punteggio =2) NO !Indicare come viene realizzata la dipendenza dal tempo nei circuiti elementari di memoria FF_SR utilizzati per memorizzare i bit. Indicare anche la loro struttura. 4) (punteggio =5) Scrivere in C++ un programma strutturato in sottoprogrammi che in Memoria Centrale utilizzi 3 matrici bidimensionali di interi e di dimensione 3x3, A, B, C, e dotato di un programma principale consistente dei passi seguenti: fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 Appendice b; continua 7 P1. init (A); init (B); P2. C = A*B; P3. stampa(A), stampa(B), stampa(C). NOTE: Le matrici A e B devono essere opportunamente inizializzate tramite una procedura di lettura da tastiera, con prototipo del tipo: void init(X) dove X e' una matrice 3x3 che in uscita da init contiene i valori letti; Le 2 matrici A e B cosi' inizializzate, devono essere moltiplicate tramite la procedura: void product(....) con tre parametri (matrice C in uscita, matrici A e B in ingresso), ossia il risultato di product( ...) e': C = A*B (ricordando che un elemento C[i][j] e' dato dalla sommatoria in k di A[i][k] * B[k][j] ); fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 Appendice b; continua 8 Le matrici A, B, C devono essere visualizzate tramite la procedura void stampa(X) che visualizza per righe sul display la matrice X di dimensioni 3x3. N.B. E' SCONSIGLIATO L' USO DI VARTIABILI GLOBALI. Fondamenti di Informatica 1 TEMPO = 1 ORA e 1/2, NON AMMESSI TESTI, APPUNTI, CALCOLATRICI 1) Conversioni di base (punteggio =2) da base 2 in forma Floating Point normalizzata con Segno = 0, Esponente= 0012 Mantissa Normalizzata=10102 a base 10 =? da base 10 a base 16: 12310 = ? fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 Appendice b; continua 9 2) (punt. =1) Indicare la differenza tra file e directory del DOS. 3) (punteggio =2) In cosa consistono le fasi di Fetch (prelievo) e decodifica di un' istruzione in linguaggio macchina ? chi le attua ? 4) (punteggio = 5) Scrivere in C++ un programma strutturato in sottoprogrammi che: legga da tastiera un insieme di valori interi da memorizzare in T array monodimemnsionale (vettore) di al massimo 99 elementi; attivi una procedura Conta che esamini T e restituisca 2 valori e cioe': il numero degli elementi effettivamente presenti in T, e il numero degli elementi che hanno un valore non divisibile per 2 ne' per 3 e visualizzi sul video tali numeri. N.B. E' SCONSIGLIATO L' USO DI VARTIABILI GLOBALI fond. di informatica1 parte 5

Esempio di provetta: esame del 28.6.2005 Scrivere un programma strutturato in sottoprogrammi che in Memoria Centrale utilizzi 3 matrici bidimensionali di interi e di dimensione 3x3, A, B, C, e dotato di un programma principale consistente dei passi seguenti: P1. (punteggio =3) init (A); init (B); P2. (punteggio =3) C = A*B; P3. (punteggio =2) stampa(A), stampa(B), stampa(C). NOTE: Le 2 matrici A e B devono essere (inizializzate tramite una procedura che genera numeri casuali compresi tra 0 e 8, escludendo però 3 ed i suoi multipli) lette da tastiera per righe; le 2 matrici A e B cosi' inizializzate, devono essere moltiplicate tramite una procedura che ne effettua il prodotto e lo pone in C. (Ricordare che un elemento C[i][j] e' dato dalla sommatoria per k che varia da 0 a 2 di A[i][k] * B[k][j] ); Le matrici A, B, C devono essere visualizzate tramite apposita procedura che visualizza per righe sul display una matrice di dimensioni 3x3. La soluzione è in program6, project35 e di seguito

fond. di informatica1 parte 5 /* Dichiarazione dei Prototipi dei MODULI usati */ void scrivi(int [][MAX], char); /*si dichiara di usare una mat. di MAX colon. e con un carattere che sarà il nome della mat. */ void attendi(); void leggi(int [][MAX]); void prodotto(int [][MAX],int [][MAX],int [][MAX]); //3 mat. main() {/* Inizio Modulo principale */ int A[MAX][MAX],B[MAX][MAX],C[MAX][MAX]; /* INIZIO Parte esecutiva */ leggi (A); leggi(B); prodotto(A,B,C); clrscr(); scrivi(A, 'A'); scrivi(B, 'B'); scrivi(C, 'C'); attendi(); return(0); } /* Fine Modulo principale */ fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 void scrivi (int t[][MAX], char nome) /* t =nome della matrice */ { /* Inizio scrivi */ int ic,n; cout<<"\nMatrice "<<nome; cout <<" valori per righe (scrivi) \n"; for (n=0; n<MAX; n++) for (ic=0; ic<MAX; ic++) cout<< setw(4)<< t[n][ic]<<" "; cout<< "\n"; } } /* Fine scrivi*/ fond. di informatica1 parte 5

fond. di informatica1 parte 5 void prodotto(int a[][MAX],int b[][MAX],int c[][MAX]) //i nomi sono minuscoli !!! { /* Inizio prodotto */ int i,j,k; //var. di controllo for (i=0; i<MAX; i++) for (j=0; j<MAX; j++) { c[i][j] =0; for (k=0; k<MAX; k++) c[i][j]= c[i][j] +a[i][k]*b[k][j]; } // calcolato C [i][j] } fond. di informatica1 parte 5