Terza Lezione

1. Terza Lezione Introduzione alla programmazione lll

2. 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

3. 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

4. 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

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

6. 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

7. 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

8. 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

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

10. Esercizi • Ricerca di un elemento in un vettore • Media di un vettore

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

12. 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

13. 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.)

14. 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.

15. 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: • Leggi_dato_A • Leggi_dato_B • Somma <addendo, addendo2>

16. 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.

17. 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

18. 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.

19. 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

20. 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

21. 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

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

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

24. Algoritmo • Soluzione in pseudocodice • Soluzione in diagramma a blocchi strutturato

25. Codifica • Traduzione dell’algoritmo in istruzioni del linguaggio di programmazione

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

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

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

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

30. 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

31. 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

32. 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

33. 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

34. 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 “;”

35. 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

36. 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

37. 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.

38. 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

39. Esempi

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

41. 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

42. 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 V1su 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

43. 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

44. 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

45. 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

46. 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

47. 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

48. Esempio: Array

49. 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)

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