Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 1 Il linguaggio C Il preprocessore La sostituzione di macro Le compilazioni condizionali Linclusione di file C.

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1 Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 1 Il linguaggio C Il preprocessore La sostituzione di macro Le compilazioni condizionali Linclusione di file C L a n g u a g e

2 Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 2 Il preprocessore

3 Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 3 Introduzione 1 preprocessore Il preprocessore del linguaggio C è un programma a sé stante, che viene eseguito prima del compilatore, con propria sintassi e grammatica, orientate alle linee Le principali funzioni offerte dal preprocessore sono: Elaborazione di macro Inclusione di file sorgente Compilazione condizionale Compilazione condizionale, che consente di compilare porzioni distinte di codice sorgente in dipendenza del valore di unespressione aritmetica diesis Tutte le direttive per il preprocessore iniziano con il carattere diesis, (il cancelletto), che deve essere il primo carattere della linea a meno di spazi bianchi

4 Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 4 Introduzione 2 Le direttive del preprocessore possono apparire ovunque nel codice sorgente (prima, dopo, o inframezzate a istruzioni C) macronewline Una definizione di macro termina con un newline invece che con un punto e virgola backslash\ Per suddividere una definizione di macro su più linee occorre dunque inserire un backslash, \, immediatamente prima del newline Esempio Esempio: define LONG_MACRO Questa è una macro molto lunga\ che si estende su due linee

5 Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 5 La sostituzione di macro 1 macro corpo della macro Per macro si intende un nome a cui è associata una stringa testuale, detta corpo della macro Per convenzione, i nomi di macro dovrebbero essere costituiti da sole lettere maiuscole e dovrebbero essere significativi del contenuto della macro Per lo standard ANSI, due nomi di macro sono distinti se differiscono in almeno uno dei primi 31 caratteri corpo della macro espansione di macro Quando un nome di macro viene invocato nel codice al di fuori del punto di definizione, viene sostituito dal corpo della macro: si ha una espansione di macro Luso più comune delle macro consiste nella definizione di costanti numeriche: luso diretto di costanti nel codice costituisce una pratica di programmazione scadente, perché il programma diventa difficile da (leggere e) manutenere

6 Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 6 Oltre alle macro che definiscono costanti, esiste unulteriore forma di macro, simile ad una funzione C, che accetta argomenti che possono essere utilizzati nel corpo della macro La sintassi è: Esempio Esempio: La sostituzione di macro 2 define MULT_BY_TWO(a) ((a) (a)) ) Argomento di macro define Corpo di macro,( Nome di macro Sintassi di una macro di tipo funzione

7 Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 7 La sostituzione di macro 3 MULT_BY_TO MULT_BY_TO può essere utilizzata allinterno del programma, come una funzione: le prestazioni migliorano perché la somma costa meno della moltiplicazione a Il parametro attuale 5 viene sostituito al parametro formale a, in ogni sua occorrenza allinterno del corpo della macro a Le parentesi che delimitano a ed il corpo della macro sono necessarie per assicurare la corretta istanziazione del parametro quando la macro viene espansa I parametri di una macro non sono variabili: non è definito il loro tipo, né viene loro assegnata memoria non sono in conflitto con variabili esistenti con lo stesso nome j 10; j MULT_BY_TWO(5);

8 Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 8 La sostituzione di macro 4 Le macro vengono normalmente eseguite più velocemente delle funzioni, perché non è necessario il salvataggio degli argomenti sullo stack Esempio Esempio: Trasformazione da maiuscole a minuscole, nel caso di codifica ASCII La conversione di funzioni in macro comporta effetti significativi sui tempi di esecuzione del programma quando la frequenza di attivazione della funzione è elevata define TO_LOWER(c) ((c) (a A))

9 Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 9 Errori comuni 1 ; Lintroduzione di un ; al termine di una definizione di macro è un errore molto diffuso e molto pericoloso Esempio Esempio: Il punto e virgola diviene parte integrante della stringa da espandere, per cui Lerrore non viene segnalato dal compilatore, che interpreta il secondo punto e virgola come unistruzione vuota Viceversa, produce un errore lespansione di… define size 10; x 10;; x size; int array[size]; La linea a cui viene fatto riferimento nel messaggio di errore è corretta!

10 Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 10 Errori comuni 2 Lerrore più pericoloso si verifica quando, a seguito dellespansione della macro, listruzione risultante è sintatticamente corretta, ma ha una semantica non corrispondente alle attese Esempio Esempio: while whilevar Il ; che segue (var 1) viene interpretato come unistruzione vuota, che costituisce il corpo del ciclo while la chiamata alla funzione non fa parte del corpo del while e se var coincide con 1 si produce un ciclo infinito I compilatori prevedono unopzione per eseguire solo il preprocessore, così da esaminare il codice risultante dopo lespansione di tutte le macro while (var 1); foo(); define GOOD_CONDITION (var 1); … … … while GOOD_CONDITION foo();

11 Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 11 Errori comuni 3 Altro errore molto diffuso è luso delloperatore di assegnamento nella definizione di una macro, in analogia allinizializzazione di variabili Lerrore può condurre ad anomalie nel codice di difficile individuazione Esempio Esempio: produrrebbe… Lassegnamento diviene unespressione relazionale sintatticamente corretta, che il compilatore non evidenzia errore difficile da rilevare define MAX 100 for (j 100; j>0; j ) for (j MAX; j>0; j )

12 Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 12 Errori comuni 4 La parentesi sinistra che racchiude il parametro (/i) deve seguire immediatamente il nome della macro, senza la presenza di spazi bianchi: lerrore viene normalmente segnalato in compilazione Esempio Esempio: produrrebbe… Se invece fosse stato inserito uno spazio bianco, lespressione viene espansa in a f perfettamente lecita se a è un nome di variabile ed f una funzione define NEG_A_PLUS_F(a) ( (a) f) j (x) f; j NEG_A_PLUS_F(x); j (a) (a) f(x);

13 Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 13 Luso del nome di macro nella definizione Esempio Esempio: Lo standard ANSI stabilisce che, se un nome di macro compare nella propria definizione, allora non viene espanso: si evita il problema delle espansioni infinite sqrt Lespansione della macro sqrt produrrebbe… Nota Nota: luso di un nome di macro, allinterno della propria definizione, ha senso solo se esiste una funzione con lo stesso nome y ((5<0) ? sqrt( 5) : sqrt(5)); define sqrt(x) ((x<0) ? sqrt( x) : sqrt(x)) y sqrt(5);

14 Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 14 Assenza di controllo per gli argomenti di macro 1 Dal punto di vista operativo… …lutilizzo di una macro o di una funzione non produce un risultato equivalente; infatti: Sul parametro della macro non viene eseguito alcun controllo di tipo; la funzione (nellesempio), invece, presuppone un argomento intero e restituisce un valore intero Se alla funzione viene passata una costante reale, il compilatore può comportarsi diversamente, in dipendenza dellesistenza del prototipo (in assenza di prototipo il risultato è imprevedibile) MULT_BY_TOa MULT_BY_TO può ricevere un parametro a di tipo qualsiasi int mult_by_to(a) int a; { return a a; } define MULT_BY_TWO(a) ((a) (a))

15 Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 15 Assenza di controllo per gli argomenti di macro 2 Lassenza di controlli di tipo sugli argomenti delle macro aggiunge flessibilità alla programmazione Esempio Esempio: ab funziona con a e b sia interi che reali Fra funzioni e macro esiste anche una sostanziale differenza sul controllo del numero dei parametri, tra definizione e invocazione: Nelle funzioni, il compilatore C effettua il controllo solo se esiste un prototipo; in caso contrario la funzione viene compilata correttamente, con impredicibilità del comportamento in fase di esecuzione Per le macro, si ha una segnalazione di errore in fase di compilazione define MIN(a, b) ((a) < (b) ? (a) : (b))

16 Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 16 Gli effetti collaterali negli argomenti di macro Esempio Esempio: bcb se b<c, b viene incrementato due volte Per non incorrere in comportamenti indesiderati, occorre non utilizzare, nelle chiamate di macro, operatori che implicano effetti collaterali (operatori di incremento, decremento, assegnamento, etc.) a ((b )<c ? (b ) : (c)); a MIN(b, c);

17 Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 17 Il binding degli argomenti binding Luso di espressioni in cui le parentesi non siano utilizzate correttamente, come argomenti di macro, può produrre comportamenti indesiderati, a causa della precedenza degli operatori e del binding Esempio Esempio: Se si passa alla macro unespressione aritmetica… j …che assegna il valore 22 a j, piuttosto che il valore corretto 98 Il corpo e gli argomenti di una macro devono essere sempre racchiusi fra parentesi define SQUARE(a) a a j 2 3 4 3 4;j 2 SQUARE(3 4);

18 Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 18 La cancellazione di una definizione di macro undef La definizione di una macro mantiene la sua validità fino al termine del file sorgente, o fino a quando non viene esplicitamente cancellata, per mezzo della direttiva undef Non è possibile ridefinire una macro senza prima averla cancellata con luso della direttiva apposita, a meno che le definizioni coincidano

19 Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 19 Macro vs Funzioni 1 Sia macro che funzioni consentono di rappresentare con un singolo nome un insieme di operazioniVantaggi Le macro sono più veloci, perché non richiedono le operazioni connesse con le chiamate di funzione (salvataggio del contesto) Il numero degli argomenti delle macro è sempre soggetto a controllo da parte del compilatore Non è imposto alcun vincolo sul tipo degli argomenti (la stessa macro può essere utilizzata su più tipi di dati)

20 Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 20 Macro vs Funzioni 2 Svantaggi Gli argomenti di macro vengono valutati ogni volta che compaiono allinterno del corpo della macro possibili effetti collaterali indesiderati Il corpo delle funzioni è compilato una sola volta: molteplici chiamate alla stessa funzione usufruiscono dello stesso codice eseguibile; le macro vengono espanse ad ogni occorrenza Nelle macro non vi è controllo di tipo sugli argomenti; le funzioni definite con prototipi controllano sia il numero che il tipo degli argomenti debugging La fase di debugging per programmi contenenti macro è più complicata: il codice sorgente è sottoposto a due fasi di traduzione il codice oggetto è più distante dal sorgente

21 Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 21 Le compilazioni condizionali 1 if else elif endif Il preprocessore consente di selezionare le porzioni di codice che devono essere compilate, attraverso le direttive if, else, elif, endif Esempio Esempio: Codice sorgente C Espressione condizionale endif if Espressione condizionale elif Codice sorgente C else La sintassi delle direttive di compilazione condizionale if x 1 undef x define x 0 elif x 2 undef x define x 3 else define y 4 endif

22 Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 22 Le compilazioni condizionali 2 if elif Lespressione condizionale contenuta in una direttiva if o elif deve essere una costante, che non deve necessariamente essere racchiusa tra parentesi (sono opzionali) elifelse if La direttiva elif è equivalente al costrutto else if del linguaggio C elif else endif I blocchi di istruzioni dipendenti da una direttiva condizionale di preprocessore non sono racchiusi tra parentesi graffe, ma sono delimitati da unistruzione elif, else, o endif if elif else Ogni blocco if può contenere un numero qualsiasi di blocchi elif, ma un solo blocco else, che deve essere lultimo if endif Ogni blocco if deve essere terminato da una direttiva endif

23 Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 Inoltre… Le macro che compaiono in unespressione condizionale vengono espanse prima della valutazione dellespressione if Le direttive condizionali di preprocessore possono essere innestate (come gli if nel linguaggio C) Le istruzioni comprese in blocchi condizionali possono essere anche istruzioni del linguaggio C debugging Le compilazioni condizionali sono particolarmente utili nella fase di debugging, durante lo sviluppo di un programma, per attivare o disattivare porzioni di codice Le direttive if e endif controllano la compilazione delle istruzioni C racchiuse nel blocco condizionale, non la loro esecuzione 23 Le compilazioni condizionali 3 if DEBUG if (exp_debug) { … … … } endif

24 Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 24 Il controllo dellesistenza di una macro 1 if elif Le direttive if e elif consentono la compilazione condizionale, in dipendenza del valore di unespressione aritmetica ifdef ifndef endif Si può compilare in modo condizionale anche in dipendenza dellesistenza o meno di una macro, mediante le direttive ifdef, ifndef e endif TESTprintf() Se la macro TEST è definita, viene compilata la prima printf(), altrimenti viene compilata la seconda ifdef TEST printf(Questo è un test. \n); else printf(Questo non è un test. \n); endif

25 Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 25 Il controllo dellesistenza di una macro 2 if ifdef ifndef Nella maggior parte dei casi è possibile utilizzare if invece di ifdef e ifndef, poiché un nome di macro viene espanso a zero se non è definito ifdef ifndef Leccezione che richiede luso di ifdef e ifndef è costituita dalle macro definite come zero EsempioFALSE Esempio: Si supponga di definire la macro FALSE come zero… ifndef FALSE define FALSE 0 elif FALSE undef FALSE define FALSE 0 endif FALSE FALSE viene comunque ridefinita se è stata definita come zero, mai altrimenti if !FALSE define FALSE 0 endif Soluzione

26 Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 26 Linclusione di file 1 include La direttiva include può presentarsi in uno dei due formati: UNIXLINUX /usr/include …nel primo caso, il preprocessore cerca il file in un insieme di directory dipendenti dal sistema (ad esempio, in UNIX come in LINUX, i file standard di include sono contenuti in /usr/include) …nel secondo caso, il preprocessore cerca il file secondo le usuali regole di ricerca per lo specifico sistema operativo (tipicamente la ricerca viene effettuata nella directory corrente); se la ricerca fallisce, si procede come nel primo caso include file header Il comando include consente di creare file di definizione comuni, i file header, che possono essere condivisi da più file sorgente include nome_file include

27 Fondamenti di Informatica I a.a. 2008-09 27 Linclusione di file 2.h I file header sono caratterizzati dallestensione.h e contengono le definizioni delle strutture dati, delle macro e dei dati globali, necessari alla comunicazione fra moduli Scopo dei file header è quello di sintetizzare in un unico file le informazioni comuni, invece di replicarle in ogni file sorgente si semplifica la programmazione e la manutenzione del codice UNIXLINUX Molti sistemi operativi (UNIX, LINUX) forniscono file header contenenti la definizione di strutture interne del SO Anche le librerie di run time prevedono un insieme di file header che occorre includere per poter richiamare le relative funzioni