IL VENETO terza regione industriale . slides lezione 24.03.2010
Terza Lezione
description
Transcript of Terza Lezione
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()
C
S
End Sub
Sub()
C
S
End Sub
falsofalsovero
vero
Schema di iterazione Nota:1. 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
2. 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
Iterazione
Inizializzazione
IterazioneCondizionedi fine ciclo
Condizionedi fine ciclo
vero
vero
falso
falso
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
Assegna ad a,b,c ivalori d’ingresso
Metti il valori dib2-4ac in delta
Inizio: ingressi 1,2,1
delta<0? delta=0?
MESSAGGIO:“nessuna soluzione”
MESSAGGIO:“radici coincidenti=”
-b/2a
MESSAGGIO:“radici distinte=”
(-b-radice(delta))/2a(-b-radice(delta))/2a
Fine
vero vero
falso falso
RADICIRADICI:Diagramma di Flusso a : float
1
b : float
2
c : float
1
delta : float
0
MESSAGGIO:radici coincidenti = -1
Stato della memoriaStato della memoria
Esercizi
Ricerca di un elemento in un vettore Media di un vettore
Soluzione: Trova
i=0
Sub()
V(i)=k
i=100
insuccesso
end
i=i+1
successo
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: Leggi_dato_A Leggi_dato_B 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:
Leggi_dato_A
Leggi_dato_B
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:
Errori sintattici 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)
ValoreValore di una variabile = contenuto 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 costantecostante 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’espressioneespressione 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 SubSub (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 InputOutput
L’esecuzione modifica lo stato del programma. Si parla di stato iniziale, corrente e finalestato 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)write(Variabile): aggiunge il valore corrente di
VariabileVariabile all’output read(Variabile)read(Variabile): toglie il primo valore della lista
input e lo assegna a VariabileVariabile
Assegnamento Si utilizza per assegnare il valore correntecorrente di
un’espressione ad una variabile Variabile = Espressione
Se nello stato corrente Espressione si valuta in valval allora Variabile varrà valval dopo l’esecuzione dell’assegnamento
Es. x=x+1L’espressione x+1 va valutata nello stato corrente. Il risultato dell’espressione è assegnato nuovamente a x.
Istruzione condizionale Sintassi:
If CondizioneCondizione Then Lista IstruzioniLista Istruzioni11Else Lista IstruzioniLista Istruzioni22End If
CondizioneCondizione = Espressione booleana
CondizioneCondizione
Lista Lista IstruzioniIstruzioni11
Lista Lista IstruzioniIstruzioni22
vero falso
Se la condizione si valuta verovero si esegue ilramo then, altrimentisi esegue il ramo else
EsempiLeggi da tastieraLeggi da tastiera e e scrivi su videoscrivi su video::
Sub Es1()
Dim s As String
read(s)
write(s)
End Sub
Leggi due numeri, Leggi due numeri, sommali e stampa sommali e stampa il risultato:il risultato:Sub Es2()
Dim x As Integer, y As Integer, somma As integer
read(x)
read(y)
somma=x+y
write(somma)
End Sub
Trova il massimo Trova il massimo tra 2 numeri:tra 2 numeri:Sub Es3()
Dim x As Integer, y As Integer
read(x)
read(y)
If x>y Then
write(x)
Else write(y)
End If
End Sub
Istruzione ciclica Sintassi:
Do While CondizioneCondizione Lista IstruzioniLista Istruzioni
Loop
Lista Istruzioni Lista Istruzioni viene eseguita fintantoché CondizioneCondizione si valuta in vero.vero.Quando CondizioneCondizione si valuta in falsofalso si passa all’istruzione seguente del programma.
CondizioneCondizione
Lista Lista IstruzioniIstruzioni
- Iterazione
vero
falso
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=0Do While k>0
read(x)S=S+x k=k-1
Loopwrite(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 Euclidealgoritmo 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 MCDSub 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 IfLoopwrite(n) (Nota: a questo punto n=m!)
End Sub
Strutture dati complesse Oltre a variabili di tipo interointero, stringastringa, 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 LPLP abbiamo solo arrayarray e recordrecord
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) NomeVarArray(N) As Integer (N costante)
Nelle espressioni, assegnamenti, ecc. si utilizza poi: NomeVarArrayNomeVarArray(Exp) dove Exp è un espressione che si
valuta in un valore da 0…N-1
Esempio: ArrayLeggere k<=10 valori e Leggere k<=10 valori e stamparli in ordine inverso: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
Loop
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
CoordinateCoordinate
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 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 loaderloader 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