Introduzione alla programmazione lll Terza Lezione Introduzione alla programmazione lll

Schema di iterazione Schema di iterazione (ciclo o loop) Modo conciso per descrivere azioni che devono essere ripetute Sub() Sub() S S C C vero falso falso vero End Sub End Sub

Schema di iterazione Nota: I due schemi non sono equivalenti: in un caso lo schema S è eseguito almeno una volta e nell’altro potrebbe non essere mai eseguito La condizione vero/falso può essere invertita: si parla di iterazione per vero quando S è eseguito finché la condizione su C è vera e iterazione per falso nell’altro caso

Note sullo schema di iterazione Quando è necessario eseguire lo stesso insieme di operazioni più volte si adotta un particolare schema di iterazione: una sequenza di azioni di assegnazione dette istruzioni di inizializzazione Una iterazione (ripetizione) di una sequenza di azioni (iterazione) per un numero specificato di volte

Note sullo schema di iterazione Inizializzazione Inizializzazione falso Iterazione Condizione di fine ciclo vero Condizione di fine ciclo Iterazione falso vero

Uscita dal ciclo La condizione di fine ciclo viene controllata dopo l’esecuzione di ogni blocco di iterazione Può essere con controllo in coda al ciclo o con controllo in testa

Ciclo enumerativo Un ciclo è detto enumerativo quando è noto a priori il numero di volte che deve essere eseguito Si usa la tecnica del contatore per controllarne l’esecuzione, si usa cioè una variabile detta contatore del ciclo che viene inizializzata opportunamente prima di iniziare il ciclo e poi viene incrementata (o decrementata) fino a raggiungere un valore prefissato, permettendo così di eseguire una iterazione un numero specificato di volte

Ciclo indefinito Un ciclo è detto indefinito quando non è noto a priori il numero di volte che deve essere eseguito Questo accade quando la condizione di fine ciclo dipende dal valore di una o più variabili che o dipendono dall’interazione con l’esterno o vengono modificate all’interno dell’iterazione in modo complesso

Esempio: Diagramma di flusso RADICI: Diagramma di Flusso a : float 1 b : float 2 c : float delta : float Inizio: ingressi 1,2,1 MESSAGGIO: radici coincidenti = -1 Assegna ad a,b,c i valori d’ingresso Stato della memoria Metti il valori di b2-4ac in delta delta<0? falso delta=0? falso vero vero MESSAGGIO: “radici distinte=” (-b-radice(delta))/2a MESSAGGIO: “nessuna soluzione” MESSAGGIO: “radici coincidenti=” -b/2a Fine

Esercizi Ricerca di un elemento in un vettore Media di un vettore

Soluzione: Trova Sub() i=0 i=i+1 V(i)=k i=100 insuccesso successo end

I programmi Per fare sì che un algoritmo sia effettivamente utilizzabile da un esecutore automatico occorre eliminare le ambiguità circa la codifica dei dati e l’interazione con gli esseri umani In generale durante la stesura di un programma ci si deve preoccupare dei limiti nell’intervallo di rappresentazione dei numeri, della durata non nulla delle operazioni, ecc. La soluzione integrata di queste problematiche e di quelle dell’algoritmo in sé risulta complessa e richiede alta competenza

D. Il programma Disegnato il diagramma di flusso e quindi delineato in tutte le sue parti l’algoritmo non resta che tradurlo in un programma che il calcolatore sarà in grado di eseguire Il programma verrà scritto usando un linguaggio di programmazione (ad es. C, Java, Matlab, ecc.)

Linguaggi di programmazione Linguaggi di Basso Livello. Sono linguaggi di programmazione caratterizzati da istruzioni molto elementari (ad es. l’Assembler). Richiedono uno sforzo di codifica maggiore da parte del programmatore. Linguaggi di Alto Livello. Sono linguaggi di programmazione in cui ad ogni istruzione corrisponde un insieme di azioni più articolato. Richiedono uno sforzo di codifica inferiore.

Esempio Il linguaggio L1 mette a disposizione i comandi: Aggiungi_una_unità_al_dato_A Leggi_dato_A Leggi_dato_B Esegui_per <numero di volte> Il linguaggio L2 mette a disposizione i comandi: Somma <addendo, addendo2>

Esempio (segue) Vogliamo scrivere un programma per la somma di due numeri memorizzati rispettivamente nei registri A e B. L2 è un linguaggio di livello più alto rispetto a L1, perché offre al programmatore la possibilità di usare istruzioni che sono meno “vicine” al modo i cui lavora il processore. In L1: Leggi_dato_A Leggi_dato_B Esegui_per B volte: Aggiungi_una_unità_al_dato_A In L2: Somma (A,B)

Il linguaggio macchina Il processore è in grado è in grado di riconoscere (e quindi di eseguire) solo programmi scritti in un proprio linguaggio di basso livello. Ogni modello di processore (es: Intel, Pentium, Motorola, PowerPC) ha un proprio linguaggio macchina diverso da quello degli altri processori. Un programma scritto in un linguaggio diverso dal linguaggio macchina deve essere quindi tradotto nel linguaggio che il processore sa individuare

Linguaggi di programmazione Invece di codificare algoritmi in linguaggi macchina si utilizzano linguaggi ad alto livello. Le istruzioni dei linguaggi ad alto livello sono facilmente comprensibili ai programmatori. Compilatore: (programma che) traduce automaticamente un programma ad alto livello in linguaggio macchina.

Linguaggi di alto livello Per facilitare la stesura dei programmi sono stati definiti linguaggi di programmazione di alto livello che permettono di descrivere le soluzioni dei problemi ad un livello di astrazione di poco inferiore a quanto visto fino ad ora per gli algoritmi permettono di descrivere le operazioni di ingresso/uscita sono traducibili automaticamente in linguaggio macchina

Diversità dei linguaggi Sono stati sviluppati diversi linguaggi Fortran, Lisp, Cobol, Basic, Pascal, C, C++, Java, Prolog I linguaggi si caratterizzano per sintassi: l’insieme delle regole che specificano come comporre istruzioni ben formate semantica: l’insieme delle regole che specificano come associare ad una istruzione una azione da compiere La diversità fra i vari linguaggi può consistere nella sintassi (le stesse azioni vengono descritte con termini diversi) o nella semantica

L’arte della programmazione La soluzione di un problema tramite un programma è un procedimento che non si esaurisce solo nello scrivere linee di codice in un dato linguaggio di programmazione, ma comprende una fase di progetto che precede e una di verifica che segue la scrittura del codice

L’arte della programmazione Definizione del problema Algoritmo per la soluzione del problema Codifica Debugging Validazione Documentazione Manutenzione

Definizione del problema Definizione degli ingressi e delle uscite quali variabili quale dominio per ogni variabile Risoluzione delle ambiguità Scomposizione in problemi più semplici

Algoritmo Soluzione in pseudocodice Soluzione in diagramma a blocchi strutturato

Codifica Traduzione dell’algoritmo in istruzioni del linguaggio di programmazione

Debugging Correzione degli errori sintattici e semantici: espressioni non valide o non ben formate nel linguaggio di programmazione Errori semantici Comportamento non aderente alle aspettative/alla intenzionalità del programmatore

Validazione Test su tutte le condizioni operative del programma Caso degli input estremi (vettori di dimensioni 0 o 1, variabili nulle, file vuoti, ecc.)

Documentazione Inserimento di commenti esplicativi nelle varie parti del programma per facilitarne la comprensione dopo molto tempo dalla sua stesura per terze persone

Manutenzione Modifica del programma per soddisfare il cambiamento delle specifiche con cui deve operare

Commenti L’importanza dei commenti e della documentazione: i programmi possono essere utilizzati più volte nel corso di tempi lunghi (mesi, anni) fare cambiamenti (aggiunta di caratteristiche) risolvere errori documentare il programma serve per rendere chiaro ed evidente lo scopo delle varie parti del codice

Scrittura del programma: nozione di variabile Come si indirizzano le celle di memoria? Invece di usare gli indirizzi fisici si usano dei nomi simbolici (es. x, y, nome, …) che vengono mappati n indirizzi fisici attraverso la fase di compilazione Le variabili vanno dichiarate all’inizio del programma (celle diverse, nomi diversi) Valore di una variabile = contenuto corrente della cella di memoria associata alla variabile

Scrittura del programma: nozione di costante Per esprimere direttamente valori prefissati (cioè che non devono essere modificati dal programma) si utilizzano le costanti Una costante è una rappresentazione simbolica di un numero, stringa, ecc. (es. 1, “ciao”, 3.14, ecc.) Il set di costanti disponibile dipende dal linguaggio di programmazione

Scrittura del programma: espressioni Le espressioni servono per rappresentare calcoli a livello simbolico Un’espressione può coinvolgere nomi di variabili, costanti, operatori aritmetico-logici, ecc. Es. 3+4 x+y-1 (dove x è una variabile) x>0 and y>1

Programma VBA La sintassi di un programma consiste di due blocchi Dichiarazione di variabili e costanti: Const pi As Single = 3,14, nome As String= “Beatrice” Dim x As Integer, y As String, z As Variant Sono liste di dichiarazioni introdotte rispettivamente dalla keyword const e dim Sequenza di istruzioni racchiusa tra le parole chiave Sub (nome()) … End Sub e separate dal punto e virgola “;”

Esecuzione di un programma Qual è il significato (semantica) di un programma? Trasformazione da Input iniziale a Output finale Un programma deve essere eseguito per poter calcolare la trasformazione InputOutput L’esecuzione modifica lo stato del programma. Si parla di stato iniziale, corrente e finale L’esecuzione dipende dalla semantica dei singoli costrutti

Lettura e scrittura Le operazioni di lettura e scrittura servono per ottenere valori in input (es. tastiera) o fornire valori in output (es. video) Assumiamo che input e output siano sequenze di valori: write(Variabile): aggiunge il valore corrente di Variabile all’output read(Variabile): toglie il primo valore della lista input e lo assegna a Variabile

Assegnamento Si utilizza per assegnare il valore corrente di un’espressione ad una variabile Variabile = Espressione Se nello stato corrente Espressione si valuta in val allora Variabile varrà val dopo l’esecuzione dell’assegnamento Es. x=x+1 L’espressione x+1 va valutata nello stato corrente. Il risultato dell’espressione è assegnato nuovamente a x.

Istruzione condizionale Sintassi: If Condizione Then Lista Istruzioni1 Else Lista Istruzioni2 End If Condizione = Espressione booleana Se la condizione si valuta vero si esegue il ramo then, altrimenti si esegue il ramo else vero Condizione falso Lista Istruzioni1 Lista Istruzioni2

Esempi Leggi da tastiera e scrivi su video: Sub Es1() Dim s As String read(s) write(s) End Sub Leggi due numeri, sommali e stampa il risultato: Sub Es2() Dim x As Integer, y As Integer, somma As integer read(x) read(y) somma=x+y write(somma) Trova il massimo tra 2 numeri: Sub Es3() Dim x As Integer, y As Integer If x>y Then write(x) Else write(y) End If

Istruzione ciclica Sintassi: Do While Condizione Lista Istruzioni Loop Lista Istruzioni viene eseguita fintantoché Condizione si valuta in vero. Quando Condizione si valuta in falso si passa all’istruzione seguente del programma. - Iterazione Condizione falso vero Lista Istruzioni

Esempio: somma di k numeri Problema: leggere k e quindi calcolare la somma di k valori letti dall’input. Memorizziamo k, la somma e i valori letti V1, V2, … ,Vk poiché si usa ogni Vi una sola volta, bastano 3 variabili: k, x ed S x manterrà il valore Vi corrente, S la somma progressiva Sub Es4() Dimr k As Integer,x As Integer,S As Integer read(k) S=0 Do While k>0 read(x) S=S+x k=k-1 Loop write(S) End Sub

Esecuzione del while Inizialmente: val(x),val(k)=indefiniti, val(S)=0 Si legge il valore 3: val(k)=3 Poiché val(k)>0, si entra nel ciclo Si legge il primo valore in input V1 su cui fare la somma e si memorizza in x Si calcola S=S+x e si decrementa k Quindi, dopo l’esecuzione delle istruzioni dentro il ciclo, val(x)=3, val(S)=3, val(k)=2 Si prosegue con il ciclo fino a che val(k)=0 A questo punto si esce dal ciclo e si scrive il valore finale di S

Esempio: Calcolo MCD Calcolare il massimo comun divisore tra due numeri interi letti da input, utilizzando l’algoritmo di Euclide: mcd(m,n)=m=n se n=m mcd(m,n)=mcd(m-n,n) se m>n mcd(m,n)= mcd(m,n-m) se n>m

Algoritmo di Euclide Leggo m e n (*) Fino a che m diverso da n se m>n allora sottraggo n ad m se n>m allora sottraggo m ad n torno a (*) Quando m=n stampo, ad esempio, n

Es. Calcolo MCD Sub Es5() Dim m As Integer,n As Integer read(m) read(n) Do While m<>n If m>n Then m=m-n Else n=n-m End If Loop write(n) (Nota: a questo punto n=m!) End Sub

Strutture dati complesse Oltre a variabili di tipo intero, stringa, ecc. può essere molto utile utilizzare dati strutturati (ad es. liste, insiemi, ecc.) Molti linguaggi di programmazione forniscono vari tipi di dato, quali: array record list Nel linguaggio didattico LP abbiamo solo array e record

Array Un array (vettore) rappresenta una sequenza di celle consecutive contenenti dati omogenei (es. interi) Una variabile V di tipo array denota la sequenza di celle Per accedere direttamente alla cella i-esima si utilizza il suo indice i come segue: V(i) Sintassi dichiarazione: Dim NomeVarArray(N) As Integer (N costante) Nelle espressioni, assegnamenti, ecc. si utilizza poi: NomeVarArray(Exp) dove Exp è un espressione che si valuta in un valore da 0…N-1

Esempio: Array Leggere k<=10 valori e stamparli in ordine inverso: Dobbiamo leggere V1, … ,Vk, memorizzarli e poi stamparli in ordine Vk, … , V1. Usiamo un array A di N>k posizioni per memorizzare i dati in input. Dopo aver memorizzato i dati, li scriviamo scorrendo l’array dall’indice k all’indice 1. Sub Dim A(10) As Integer Dim i As Integer, k As Integer read(k) i=1 Do While i≤k read(A(i)) i=i+1 Loop i=k Do While i>0 write(A(i)) i=i-1 End Sub

Record Tipo di dato per gestire dati strutturati di tipo eterogeneo; ogni dato viene chiamato campo del record Sintassi: Variabile: record Campo1: Tipo1; … CampoN: TipoN; end Per accedere ai campi di un record si utilizza: Variabile.Campoi (rappresenta l’i-esimo campo)

Esempio di record Coordinate var Punto:record x,y:int end; z:int; Punto.x=3; Punto.y=2; z=Punto.x*Punto.y;

Compilatore e Loader Un compilatore è un programma che traduce un programma scritto in linguaggio ad alto livello in un programma scritto in linguaggio macchina Un compilatore produce quindi un programma eseguibile (Es. .exe in Windows) Il loader è il programma che carica un programma in linguaggio macchina in memoria centrale ( e quindi mappa indirizzi logici in indirizzi fisici)

Come funziona la compilazione Un compilatore (che abbia anche la funzione di loader) deve: riconoscere la sintassi del linguaggio ad alto livello associare uno spazio in memoria centrale per poter gestire le variabili dichiarate nel programma tradurre i costrutti di alto livello in sequenze di istruzioni in linguaggio macchina