Unità G2 Scomposizione funzionale. Obiettivi Comprendere il concetto di programmazione modulare...

Unità G2

Scomposizione funzionale

Obiettivi

• Comprendere il concetto di programmazione modulare

• Conoscere procedure e funzioni

• Comprendere il concetto di visibilità delle variabili

• Conoscere il concetto di funzione parametrica

• Conoscere le tecniche di passaggio di parametri

• Conoscere il significato di ricorsività

• Conoscere il significato di conversione di tipo

• Essere in grado di progettare procedure e funzioni

• Essere in grado di effettuare il passaggio di parametri per valore e per riferimento

• Essere in grado di realizzare funzioni ricorsive

• Essere in grado di effettuare la conversione di tipo

Progettazione modulare

• La difficoltà nell’affrontare un problema e nel descrivere i metodi di risoluzione è proporzionale alla sua dimensione.

• La tecnica dei raffinamenti successivi suggerisce di scomporre il problema in problemi più semplici (sottoproblemi)

• … e di applicare anche a questi sottoproblemi la stessa tecnica fino ad ottenere problemi facilmente risolvibili

• Questa tecnica è definita top-down:– Si parte da una visione globale del problema

(alto livello di astrazione) [top]– Poi si scende nel dettaglio dei sottoproblemi

diminuendo il livello di astrazione [down]

• Viene fornita inizialmente una soluzione del problema che non si basa però su operazioni elementari, ma sulla soluzione di sottoproblemi

Un semplice esempio

• Problema: si vuole conoscere il costo per la verniciatura di tre pannelli– Dati di input:

dimensione dei pannelli costo della vernice al mq

– Dato di output: costo della vernice necessaria per completare l’opera

Pannello 1Pannello 2

Pannello 3

Top-down

Costo complessivo

Calcolare l’area dei pannelli

Moltiplicare l’area Per il costo al mq

della vernice

Calcolare l’area del quadrato

(primo pannello)

Calcolare l’area del triangolo

(secondo pannello

Calcolare l’area del terzo pannello

Calcolare l’area del rettangolo

(del terzo pannello)

Calcolare l’area del triangolo

(del terzo pannello)

Live

llo d

i ast

razi

one

Live

llo d

i com

ples

sità

La scomposizione in sottoproblemi

• Se il sottoproblema è semplice allora viene risolto, viene cioè scritto l’algoritmo di risoluzione

• Se il sottoproblema è complesso viene riapplicato lo stesso procedimento scomponendolo in sottoproblemi più semplici

• Diminuisce il livello di astrazione (si affrontano problemi sempre più concreti)

• Diminuisce il livello di complessità (i sottoproblemi devono essere più semplici del problema che li ha originati)

• Fino ad arrivare alla stesura di tutti gli algoritmi necessari

Moduli

• modulo = codice di implementazione dell’algoritmo di risoluzione di un sottoproblema

• Si parla quindi di progettazione e di programmazione modulare

• Introduzione di una nuova complessità: l’interazione tra i moduli; perché il problema sia risolto nella sua interezza i moduli devono infatti necessariamente comunicare tra loro.

• Perché questa nuova complessità sia governabile i moduli devono essere il più possibile indipendenti l’uno dall’altro e le interazioni definite da regole semplici e chiare.

Procedure

• Gli strumenti messi a disposizione dai vari linguaggi per la programmazione modulare sono le procedure e le funzioni, per questa ragione si parla di scomposizione funzionale.

• La procedura racchiude il codice necessario alla soluzione di un sottoproblema (modulo)

• Individuiamo due fasi:– Dichiarazione della procedura: fase in cui viene definito il

suo nome e l’insieme delle istruzioni che la compongono– Esecuzione (chiamata) della procedura: fase in cui vengono

eseguite le istruzioni che la compongono

Dichiarazione e definizione di procedura

• E’ la fase in cui viene definito il nome (<NomeProcedura>) e l’insieme delle istruzioni

• PseudolinguaggioProcedura <NomeProcedura> <istruzioni> <…>Fineprocedura <NomeProcedura>

• Linguaggio C<NomeProcedura> (){ <istruzioni> <…>}

Esecuzione (chiamata della procedura)

• In qualunque punto del programma può essere invocata (chiamata) la procedura

• La chiamata è inserita nel programma mediante una istruzione composta dal nome della procedura

• La chiamata provoca l’interruzione momentanea dell’esecuzione del programma, l’esecuzione del codice interno alla procedura e la ripresa poi del programma dall’istruzione successiva alla chiamata

• Nel programma è possibile chiamare più volte una procedura

Programma

Procedura

chiamata

ritorno

chiamata

ritorno

Un problema d’esempio

• Problema: Per la valutazione di una prova scritta viene fornito il numero degli studenti ed il voto ottenuto da ognuno di questi.Viene controllato che ogni voto sia ammissibile (non sono ammessi voti minori di 0 e maggiori di 10) poi viene calcolata la valutazione media

• Input: numero studenti, voti degli studenti.• Output: voto medio

Algoritmo VotoMedio

/* Procedura che visualizza un messaggio di errore */

// dichiarazione e definizione della procedura

Procedura messaggioErrore

Scrivi("Errore nell'immissione di un dato")

Scrivi("Immetterlo di nuovo. Corretto per favore!")

FineProcedura messaggioErrore

voto Di Tipo Intero //voto di uno studente

sommaVoti Di Tipo Reale //somma dei voti

numeroStudenti Di Tipo Intero //numero degli studenti

s Di Tipo Intero //variabile di ciclo

Ripeti

Scrivi("Quanti studenti compongono la classe: ")

Leggi(numeroStudenti)

Se (numeroStudenti<=0) Allora

messaggioErrore // chiamata della procedura

FineSe

Finquando (numeroStudenti<=0)

sommaVoti<-0; //inizializzazione

/* Richiesta voti degli studenti */

Per s da 1 a numeroStudenti

Ripeti

Scrivi("Voto studente n. ", s);

Leggi(voto);

Se (voto<0 || voto>10) Allora

messaggioErrore // chiamata della procedura

Altrimenti

sommaVoti<-sommaVoti+voto

FineSe

Finquando ( voto<0 || voto>10 )

FinePer

Scrivi("Il voto medio ottenuto e' ", sommaVoti/numeroStudenti);

FineAlgoritmo VotoMedio

/* Voto medio */

#include <stdio.h>

/* Funzione che visualizza un messaggio di errore */


messaggioErrore()

{

printf("\nErrore nell'immissione di un dato\n");

printf("Immetterlo di nuovo. Corretto per favore!\n\n");

}

main()

{

int voto; //voto di uno studente

float sommaVoti; //somma dei voti

int numeroStudenti; //numero degli studenti

int s; //variabile di ciclo

do

{

printf("Quanti studenti compongono la classe: ");

scanf("%d", &numeroStudenti);

if(numeroStudenti<=0)

messaggioErrore(); // chiamata della procedura

}

while (numeroStudenti<=0);

sommaVoti=0; //inizializzazione


for(s=1; s<=numeroStudenti; s++)

{

do

{

printf("Voto studente n. %d: ", s);

scanf("%d", &voto);

if(voto<0 || voto>10)


else

sommaVoti+=voto;

}

while(voto<0 || voto>10);

}

printf("Il voto medio ottenuto e' %f\n", sommaVoti/numeroStudenti);

}

/* Voto medio */

#include <iostream.h>

#include <conio.h>

/* Funzione che visualizza un messaggio di errore */


messaggioErrore()

{

cout<<endl<<"Errore nell'immissione di un dato"<<endl;

cout<<endl<<"Immetterlo di nuovo. Corretto per favore!";

}

main()

{

int voto; //voto di uno studente

float sommaVoti; //somma dei voti

int numeroStudenti; //numero degli studenti

int s; //variabile di ciclo (studente)

do

{

cout<<"Quanti studenti compongono la classe: ";

cin>>numeroStudenti;

if(numeroStudenti<=0)


}

while (numeroStudenti<=0);

sommaVoti=0; //inizializzazione


for(s=1; s<=numeroStudenti; s++)

{

do

{

cout<<"Voto studente n. "<<s<<" ";

cin>>voto;

if(voto<0 || voto>10)


else

sommaVoti+=voto;

}

while(voto<0 || voto>10);

}

cout<<"Il voto medio ottenuto e' "<<sommaVoti/numeroStudenti;

getch();

}

Riusabilità del codice

• Identiche porzioni di codice sono spesso utilizzate più volte all’interno di un programma

• La duplicazione pone due tipi di problemi:– Aumento della lunghezza del codice e quindi minore

leggibilità– Difficoltà nell’apportare modifiche che devono essere

effettuate in tutte le copie del codice

• Con le procedure si evita di duplicare parti del codice sorgente, quando si chiama o invoca una procedura si esegue il codice corrispondente. A ogni nuova chiamata il suo codice è eseguito nuovamente.

Scambio di dati fra programma e procedura

• Nell’esempio precedente la procedura messaggioErrore non scambiava nessun dato con il programma chiamante

• Molto spesso si rende necessario uno scambio di dati fra il programma e la procedura e fra la procedura e il programma chiamante

• I linguaggi di programmazione offrono vari metodi per realizzare questo scambio

Variabili globali

• Il metodo più semplice per scambiare informazioni è l’uso di uno spazio di memoria comune.

• La visibilità di una variabile definisce le parti del programma in cui questa è utilizzabile

• Una variabile locale è visibile solo all’interno di una procedura

• Una variabile globale è visibile in tutto il programma

Variabili locali in linguaggio C

• Avrete notato che la struttura di un programma C prevede un main che ha la stessa struttura di una procedura

• In effetti main è una procedura particolare, la procedura principale

• Ogni variabile dichiarata all’interno di una procedura è locale e visibile solo all’interno di questa

• Ogni variabile dichiarata esternamente alle procedure di un programma è globale e quindi visibile in ogni punto

Un esempio di scambio di dati

• Riprendiamo un problema affrontato nell’unità E1: determinare se un numero è primo

• Il procedimento utilizzato cerca il minimo divisore intero maggiore di 1 del numero, se è uguale al numero stesso allora il numero è primo.

/* Controllo se un numero è primo */

#include <stdio.h>

int numero; //numero da analizzare (variabile globale)

int divisore; //divisore trovato maggiore di 1 (globale)

/* Procedura che individua il piu' piccolo divisore maggiore di 1 */


divisoreMaggiore1()

{

int resto; //variabile locale

divisore = 1;

do

{

divisore=divisore+1;

resto = numero % divisore;

}

while(resto!=0);

}

main()

{

printf("Immetti un numero intero positivo: ");

scanf("%d", &numero);

divisoreMaggiore1();

if(divisore==numero)

printf("%d e' un numero primo\n", numero);

else

printf("%d non e' un numero primo\n", numero);

}

/* Controllo se un numero è primo */

#include <iostream.h>

#include <conio.h>

int numero; //numero da analizzare (variabile globale)

int divisore; //divisore trovato maggiore di 1 (globale)

/* Procedura che individua il piu' piccolo divisore maggiore di 1 */


divisoreMaggiore1()

{

int resto; //variabile locale

divisore = 1;

do

{

divisore=divisore+1;

resto = numero % divisore;

}

while(resto!=0);

}

main()

{

cout<<"Immetti un numero intero positivo: ";

cin>>numero;

divisoreMaggiore1();

if(divisore==numero)

cout<<numero<<" e' un numero primo";

else

cout<<numero<<" non e' un numero primo";

}

La memoria dell’esempio

Memoria globale

Memoria main

Memoria divisoreMaggiore1

numero

divisore

resto

Ad ogni attivazione delle procedura viene allocata nuova memoria per i dati locali di questa. Al termine della procedura la memoria locale “scompare”.

Le funzioni

• Una funzione svolge, come la procedura, un compito ma, a differenza di questa, restituisce un valore

• Nella dichiarazione di una funzione è necessario specificare il tipo del valore ritornato

• Nella definizione è necessario utilizzare una specifica istruzione che fa terminare l’esecuzione della funzione e specifica il valore ritornato

Dichiarazione e definizione di funzione

• PseudolinguaggioFunzione <NomeFunzione> Di Tipo <TipoRisultato>

<istruzioni>

Ritorna <Espressione>

FineFunzione <NomeFunzione>

• Linguaggio C<tipoFunzione> <NomeFunzione> ()

{ <istruzioni>

return <Espressione>

}

Un esempio

• La funzione cubo di tipo intero restituisce il valore della variabile globale intera x elevato al cubo

• PseudolinguaggioFunzione cubo Di Tipo Intero c Di Tipo Intero

c x * x * x Ritorna cFineFunzione cubo

• Linguaggio Cint cubo (){ int c;

c = x * x * x; return c;}

Chiamata di funzione

• La chiamata di una funzione è sempre inserita in una espressione e provoca l’esecuzione della funzione e l’utilizzo del valore di ritorno

• Esempi:int potenza;

potenza = cubo();

…

printf(”%d al cubo vale %d”,x,cubo());

potenza = cubo() * x;

/* Uso della funzione cubo */

#include <stdio.h>

int x; //variabile globale

/* Funzione che restituisce il valore di x elevato al cubo */

// dichiarazione e definizione della funzione

int cubo()

{

int c;

c=x*x*x;

return c;

}

main()

{

printf("Immetti il valore: ");

scanf("%d", &x);

printf(”%d al cubo vale %d”,x,cubo());

}

Dichiarazione e definizione

• In linguaggio C è possibile separare le due fasi di dichiarazione e definizione di funzione

• Nella dichiarazione viene specificato solo il nome della funzione ed il suo tipo

• Nella definizione viene inoltre specificato il corpo della funzione

• La dichiarazione deve sempre precedere ogni chiamata della funzione

Indipendenza funzionale

• L’uso delle variabili globali vincola l’uso delle procedure e funzioni ad essere utilizzate in contesti particolari

• La funzione cubo presentata in precedenza restituisce il cubo della variabile x

• In uno stesso programma può risultare utile utilizzare la funzione per calcolare il cubo di differenti valori, in questo caso è necessario “spostare” questi valori nella variabile x prima di richiamare la funzione

• La funzione può essere utilizzata anche all’interno di un altro programma in cui potrebbe essere già presente una variabile x utilizzata per memorizzare dati di diverso tipo

I parametri

• I parametri permettono di rendere indipendente la procedura o la funzione dal contesto in cui viene inserita

• La procedura o funzione viene definita utilizzando i parametri formali

• Al momento dell’esecuzione vengono poi specificati i parametri attuali che vengono passati al sottoprogramma

• I parametri vengono specificati in fase di dichiarazione

Passaggio dei parametri per valore

• Al momento dell’esecuzione del sottoprogramma il valore dei parametri attuali viene assegnato ai parametri formali

• La sintassi della dichiarazione di procedura viene quindi ampliata per specificare i parametri.

• Possono essere presenti più parametri di vario tipo

• PseudolinguaggioProcedura <NomeProcedura> (<par1> di Tipo <tipoPar1>,…) <istruzioni> <…>Fineprocedura <NomeProcedura>

• Linguaggio C<NomeProcedura> (<tipoPar1> <par1>, …){ <istruzioni> <…>}

Un esempio di procedura con parametri

• Procedura che visualizza i divisori di un numero interovoid divisori(int n) //procedurra che visualizza i divisori di n{ int divisore; //variabile locale - possibile divisore di n for (divisore=1;divisore<=n;divisore++) //per tutti i valori fra 2 e n-

1 if (n%divisore==0) //se ho trovato un divisore cout<<divisore<<endl; //visualizza il divisore trovato}

• La procedura opera formalmente sul parametro n• Al momento della chiamata viene specificato il valore del

parametro attuale che viene assegnato al parametro formale– divisori(10); //visualizza i divisori di 10– divisori(k); //visualizza i divisori di k

// (k deve essere dichiarata come variabile int)– divisori(k+2); //come parametro attuale è possibile utilizzare

// una qualunque espressione di tipo int

Una funzione con due parametri

/* Funzione che ritorna la potenza con base base ed esponente esp

base : float base della potenza

esp : int esponente (positivo)

*/

float potenza(float base, int esp)

{

float prod=1; //locale : per il calcolo della potenza

for (int i=1;i<=esp;i++) // esp volte

prod=prod*base;

return prod;

}

Esecuzione della funzione

float b; //input valore che rappresenta la base

int e; //input valore che rappresenta l'esponente

cout<<"Inserire il valore della base ";

cin>>b;

cout<<"Inserire il valore dell'esponente ";

cin>>e;

cout<<b<<" elevato a "<<e<<" = "<<potenza(b,e)<<endl;

cout<<"Il quadrato di "<<b<<" = "<<potenza(b,2)<<endl;

cout<<"10 elevato a "<<e<<" = "<<potenza(10,e)<<endl;

cout<<"Il cubo del doppio di "<<b<<" = "<<potenza(2*b,3)<<endl;

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