Ugo de'Liguoro - Informatica 2 a.a. 03/04 Lez. 7 Tipi di dato e strutture dati Specifica e...
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Ugo de'Liguoro - Informatica 2 a.a. 03/04 Lez. 7
Tipi di dato e strutture dati
Specifica e realizzazione di strutture informative come classi
Ugo de'Liguoro - Informatica 2 a.a. 03/04 Lez. 7
Che cos’è un tipo di dato?
• Tutti i linguaggi di programmazione tipati forniscono tipi ed operatori predefiniti
• Linguaggi di programmazione come Pascal, C, C++ o Java consentono all’utente di definirne di nuovi
Cos’è un tipo?
Ugo de'Liguoro - Informatica 2 a.a. 03/04 Lez. 7
Insieme di valori + operatori
+
0, 1, 2, …, n, …
Interi
true, false
Booleani
not
I tipi di dato sono modelli matematici
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I numeri razionali
Le rappresentazioni più usate sono quella decimale
(imprecisa), oppure le frazioni
,3
5,
2
1bd
cbad
d
c
b
a
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Specifica: la sintassi
Consiste nel definire nuovi identificatori:• nome del tipo definito:
Es. Ratio
• nomi e tipi degli operatoriEs.
NewRatio: void RatioAssign: Int, Int RatioSum: Ratio, Ratio RatioInvert: Ratio RatioLessOrEqual: Ratio, Ratio Bool
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Specifica: la semantica
Consiste nel definire il significato/ comportamento degli operatori
Equazionalmente:
LessOrEqual(Assign(a, b), Assign(c, d)) = (ad bc)
Bene per le proprietà del campo dei razionali, ma problematico per
esprimere side effects
Ugo de'Liguoro - Informatica 2 a.a. 03/04 Lez. 7
Specifica: la semantica
Consiste nel definire il significato/ comportamento degli operatori
Con pre e post-condizioni
NewRatio(): Post: produce la frazione 0/1
Assign(n, m): Post: ritorna n/m
Sum(r, s): Post: ritorna r + s
…
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Il significato dell’astrazione
Quanto fa 2/3 + r ?
Sum(Assign(2,3), r)
Il razionale r è maggiore o eguale
a 0 ?LessOrEqual(Assign(0,1), r)
Utente
Ugo de'Liguoro - Informatica 2 a.a. 03/04 Lez. 7
Il significato dell’astrazione
Vorrei sapere se le frazioni sono ridotte ai
minimi termini
Questi sono affari privati
Posso conoscere il denumeratore di r?
La specifica non prevede questo operatore
Utente
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Il significato dell’astrazione
Utente
L’utente interagisce con i valori di tipo Ratio solo attraverso gli
operatori: non può né deve conoscere i dettagli della loro
realizzazione
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Il significato dell’astrazione
Implementazione dell’ADT
barriera
operatoreProgramma applicativo
Programma applicativo
Accesso diretto ai dati
ADT = Abstract Data Type
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Che cos’è una struttura dati?
modo sistematico di rappresentare ed organizzare datiStruttura dati =
a f k z q d i w
vettore
2 5 1 9
lista
0010011010010111
numero intero rappr. in binario
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Primitive di accesso
Una struttura dati deve essere dotata di primitive che consentano di costruire, distruggere, esplorare e modificare gli aggregati di dati:
a f k z q d i w
base = indirizzo del primo elemento
V[i] = valore all’indirizzo
base + i dim(valore)
V
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Primitive di accesso
Una struttura dati deve essere dotata di primitive che consentano di costruire, distruggere, esplorare e modificare gli aggregati di dati:
5 1 9
L = Puntatore al primo el.
p
p.next
p.info2
Cons(2, L)
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Primitive di accesso
Una struttura dati deve essere dotata di primitive che consentano di costruire, distruggere, esplorare e modificare gli aggregati di dati:
0010011010010111
not
1101100101101000
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Invarianti di struttura
Una proprietà di una struttura dati che deve essere mantenuta dopo qualunque accesso alla struttura è un invariante di struttura
2 5 1 9
lista
I puntatori di una lista devono concatenare tra loro tutti i singoli elementi
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Invarianti di struttura
Una proprietà di una struttura dati che deve essere mantenuta dopo qualunque accesso alla struttura è un invariante di struttura
numeratore
denumeratore
denumeratore 0
Se così abbiamo deciso, possiamo chiedere che num. e den. siano primi tra loro
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I numeri razionali: realizzazione
numeratore
denumeratore
Struttura dati: un record typedef struct ratio {
int num, den;
} Ratio;
Ratio Sum (Ratio a, Ratio b)
{ Ratio c;
c.num = a.num*b.den + b.num*a.den;
c.den = a.den*b.den;
return c;
}
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Una rivoluzione copernicana
Universo centrato sulle funzioni:i nomi dei dati sono passati alle funzioni che così vi accedono
Universo centrato sulle funzioni:i nomi dei dati sono passati alle funzioni che così vi accedono
Universo centrato sui dati:i nomi delle funzioni sono
passati ai dati, che li interpretano e usano per modificare sé stessi
Universo centrato sui dati:i nomi delle funzioni sono
passati ai dati, che li interpretano e usano per modificare sé stessi
Ugo de'Liguoro - Informatica 2 a.a. 03/04 Lez. 7
Oggetti
Un oggetto consiste di:• una collezione di dati nascosti (stato)• un insieme M di metodi pubblici in grado di
manipolare lo stato e di comunicare all’esterno informazioni sullo stato
Un oggetto consiste di:• una collezione di dati nascosti (stato)• un insieme M di metodi pubblici in grado di
manipolare lo stato e di comunicare all’esterno informazioni sullo stato
Programmazione orientata agli oggetti:
• le unità di base di un programma sono gli oggetti
• l’esecuzione di un programma consiste nell’inviare messaggi agli oggetti, i quali attivano in risposta i loro metodi
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Oggetti: esempio
value 0
get (codice di get)
set (codice di set)
riferimento
oggetto
mycell.set(0); … mycell.get() = 0 …
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Una realizzazione più efficiente
value 0
value 1
get (codice di get)
set (codice di set)
Il processo che identifica i metodi che appartengono ad un oggetto realizzato in questo modo prende il nome di method lookup.
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Classi
Una classe è una descrizione (un prototipo) di una collezione di oggetti, consistente in:
1. un elenco di campi e dei loro tipi (che realizzano lo stato)
2. un elenco di metodi, incluse le loro definizioni (corpo)
Una classe è una descrizione (un prototipo) di una collezione di oggetti, consistente in:
1. un elenco di campi e dei loro tipi (che realizzano lo stato)
2. un elenco di metodi, incluse le loro definizioni (corpo)
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Classi: esempio
class cell is
var value: Integer := 0;
method get(): Integer is
return this.value;
method set(n: Integer) is
this.value := n;
this è un riferimento all’oggetto che esegue il metodo
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Istanziazione
In un linguaggio “class based” gli oggetti sono istanze di classi
var myCell: TypeOf(cell) := new cell;
In alcuni linguaggi (C++, Java) il tipo di una classe coincide con la classe stessa
L’operatore new è un allocatore (in C++ è una evoluzione di malloc)
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Dichiarazione e definizione
class nome della classe {
private: lista di variabili e metodi privati
public: lista di variabili e metodi pubblici
};
Una classe si dichiara utilizzando la sintassi:
Per definire un metodo si usa invece la sintassi:
tipo del valore nome della classe::nome del metodo (lista argomenti)
{corpo del metodo }
operatore di risoluzione
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Esempio: numeri complessiclass Complex {
private:float real, imag;
public:void assign_real(float);void assign_imag(float);float get_real();float get_imag();Complex add(Complex);Complex multitly(Complex);// ecc.
};void Complex::assign_real(float re) {real = re;}float Complex::get_real() {return real;}
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OggettiGli oggetti sono istanze delle classi; condividono i metodi e le variabili della classe (precedute dal qualificatore static), mentre posseggono propri campi per le variabili oggetto.
Es.
Complex a, b, c; // crea tre oggetti della classe
Una volta definiti, gli oggetti possono invocare metodi per notificare o modificare il proprio stato:
a.assign_real(7.2);
float x = a.get_real() ; // x vale 7.2
Inoltre un oggetto può essere definito attraverso un’assegnamento:
a = b.add(c); // significa a = b + c;
Ugo de'Liguoro - Informatica 2 a.a. 03/04 Lez. 7
Il puntatore this
Un metodo appartenente ad una classe può accedere direttamente ai campi privati; per sottolineare che questi campi sono quelli dell’oggetto cui appartiene il metodo si usa il puntatore this (in altri linguaggi self):
Es. Un modo più esplicito di scrivere il metodo assign_real della classe Complex è
void Complex::assign_real(float re)
{this->real = re;}
Dalla stessa sintassi usata risulta che il tipo di this in un metodo appartenente alla classe X ha tipo X* (puntatore a oggetti di tipo/classe X).
Ugo de'Liguoro - Informatica 2 a.a. 03/04 Lez. 7
Funzioni inlineQuando il corpo di un metodo si riduce ad un’assegnazione ovvero a ritornare il valore di una variabile di campo privato, allora può essere inserito direttamente nella dichiarazione della classe (il metodo allora si dice inline):class Complex {
private:float real, imag;
public:void assign_real(float re) {real = re;}void assign_imag(float im) {imag = im;}float get_real() {return real;}float get_imag() {return imag;}Complex add(Complex);Complex multitly(Complex);// ecc.
};
Nota: le funzioni inline possono essere precedute dalla parola inline.
inline functions
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Costruttori
Ciascuna classe dispone di uno o più costruttori. Un costruttore è un metodo con lo stesso nome della classe, il cui compito è di allocare gli oggetti della classe, eventualmente inizializzandone i campi.
class Complex {
private: float real, imag;
public:
Complex(float re=0, float im=0)
{real=re,imag=im;}
// ecc.
};
Complex a; // a.real = 0.0, a.imag = 0.0
Complex b(7.3); // b.real = 7.3, b.imag = 0.0
Complex c(7.3,5.1); // c.real = 7.3, c.imag = 5.1
valori di default
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Razionali in C++
class Ratio {
public:
Ratio (int n=0, int d=0);
void Assign (int n, int d);
Ratio Sum (Ratio r);
bool LessOrEqual (Ratio r);
void print ();
private:
int num, den;
};
Interfaccia:
corrisponde alla specifica sintattica
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Razionali in C++
Ratio::Ratio(int n, int d)
{ num = n;
den = d;
}
void Ratio::Assign (int n, int d)
{ num = n, den = d;
}
costruttore
:: operatore di risoluzione
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Razionali in C++
Ratio Ratio::Sum (Ratio r)
{ Ratio q (num*r.den+den*r.num,den*r.den);
return q;
}
Si usa come:
Ratio a (2, 3);
Ratio b (5, 4);
Ratio c = a.Sum(b); // c = a + b;