Linguaggi di programmazione

Transcript

1. Linguaggi di programmazione Elementi comuni
2. Variabili Una variabile è una coppia <identificatore, valore> dove: • l’identificatore è un nome assegnato dal programmatore – segue regole precise, per es. non inizia mai con un numero, e convenzioni • il valore può anche non essere assegnato – si parla di variabile non inizializzata • il valore può cambiare durante l’esecuzione del programma
3. Costanti Una costante è una coppia <identificatore, valore> dove: • l’identificatore è un nome assegnato dal programmatore – segue regole precise, per es. non inizia mai con un numero, e convenzioni • il valore dovrebbe essere assegnato inizialmente • il valore non può cambiare durante l’esecuzione del programma – ma può cambiare in esecuzioni diverse
4. Lessico Ogni linguaggio ha uno specifico lessico • un insieme di parole chiave (keyword) che hanno un preciso significato • le parole chiave non possono essere utilizzate come identificatori di variabili/costanti Anche la nostra lingua ha un lessico: • la parola nave ha un ben preciso significato • la parola jvjnvj non ha alcun significato
5. Sintassi (grammatica) Ogni linguaggio ha una sintassi • un insieme di regole che consentono di comporre frasi significative a partire dal lessico • le frasi di un programma si chiamano istruzioni (statement) • i programmi “sgrammaticati” non possono essere eseguiti Anche la nostra lingua ha una sintassi: • “io studio informatica” è una frase sintatticamente corretta • “io studiamo informatica” è una frase sintatticamente errata
6. Semantica La semantica si occupa del significato delle frasi di un linguaggio • occorre conoscere la semantica delle istruzioni per comprendere che cosa fa un programma – e individuare eventuali errori Anche la nostra lingua ha una semantica ma è ambigua, perché dipende dal contesto • La frase “che bel piatto!” ha almeno due significati – apprezzamento di un piatto di porcellana – apprezzamento di una ricetta
7. Linguaggi formali e naturali I linguaggi come l’Italiano sono detti naturali – sono ambigui e devono essere interpretati in base al contesto I linguaggi di programmazione sono formali – le frasi (istruzioni) non sono mai ambigue e hanno un solo significato indipendente dal contesto
8. Analizzatore sintattico (parser) • Modulo software che analizza un programma e individua gli errori di sintassi • Esistono diversi parser per differenti linguaggi
9. Assegnazione • L’assegnazione è un’istruzione che consente di attribuire un valore ad una variabile o costante • Nei linguaggi C like (sintassi simile al C) l’assegnazione ha la seguente sintassi identificatore = valore; • per esempio num = 8; nome = “Mario”; arrivato = false; • la semantica è: prendi il valore a destra dell’uguale e assegnalo alla variabile che si trova a sinistra dell’uguale
10. Linguaggi C like Alcuni linguaggi C like: • C++ • C# • Java • Perl • PHP • JavaScript
11. Tipizzazione dei dati Nei linguaggi tipizzati, un dato, variabile o costante, è associato a un tipo <identificatore, valore, tipo> • il tipo è l’insieme dei valori che il dato può assumere – intero: solo valori numerici interi – alfanumerico: solo caratteri e simboli speciali – booleano: solo i valori vero (true), falso (false) – carattere: solo caratteri singoli Esistono linguaggi non tipizzati • tipicamente i linguaggi di scripting (PHP, JavaScript,...) – cioè linguaggi le cui istruzioni possono essere inserite nel codice HTML di una pagina web
12. Dichiarazioni • Nei linguaggi tipizzati le variabili e le costanti devono essere dichiarate prima dell’uso – occorre specificare nome e tipo – è possibile assegnare un valore già in fase di dichiarazione • I tipi sono identificati da apposite parole chiave • Per esempio, nei linguaggi C like – int dichiara un intero – double dichiara un razionale – char dichiara un carattere – boolean dichiara un booleano
13. Dichiarazioni • Sintassi per dichiarare una variabile con un linguaggio C like tipo identificatore; • Per esempio int num; double stipendio; char lettera; boolean arrivato; • Semantica: alla variabile identificatore è possibile assegnare solo valori del tipo specificato (o di tipo compatibile)
14. Tipi compatibili • In generale – I tipi numerici sono tutti compatibili fra loro – gli altri tipi non sono tra di loro compatibili e non sono compatibili con i tipi numerici • Per rendere l’idea – posso assegnare ad una variabile di tipo double un valore intero poiché un intero può essere pensato come un numero razionale con uno zero dopo la virgola – non posso assegnare a una variabile di tipo double il carattere “k” poiché numeri e caratteri sono cose diverse • Approfondiremo parlando di promozione e casting
15. Inizializzazioni • Inizializzazione assegnazione di un valore iniziale a una variabile/costante • Dichiarazione e assegnazione possono essere effettuate contemporaneamente, con la sintassi tipo identificatore = valore; • Per esempio int num = 8; double stipendio = 1500.00; char lettera = ‘k’; boolean arrivato = false;
16. Perché la tipizzazione? • Perché in fase di assegnazione viene effettuato un controllo di coerenza tra il tipo del valore e il tipo della variabile/costante – int num = 8; è corretto – double stipendio = 8; è corretto, anche se 8 è un valore intero – int num = 2.1589 è errato perché il valore è razionale – char lettera = ‘k’; è corretto – char lettera = ‘1’; è corretto, 1 tra apici rappresenta il carattere 1 – char lettera = “Mario”; è errato perché il valore è una stringa – boolean arrivato = false; è corretto – boolean arrivato = true; è corretto – boolean arrivato = vero è errato perché vero non appartiene al lessico
17. Promozione e casting • double stipendio = 8; è un esempio di promozione (conversione di tipo automatica) – 8 viene trasformato automaticamente in 8.0 e assegnato a stipendio • int num = 10.5; è errato perché 10.5 non è intero, però..... – il programmatore può forzare l’assegnazione effettuando un cast (una conversione di tipo forzata) – basta anteporre al valore il tipo a cui si vuole convertire il valore, tra parentesi tonde int num = (int) 10.5;
18. Casting • Il casting, cioè la conversione forzata tra tipi, può avvenire solo se i tipi sono compatibili • Nel caso precedente int num = (int) 10.5; – il valore 10.5 viene trasformato in intero troncando la parte decimale – il valore effettivamente assegnato a num è pertanto 10 • Con il cast rischiamo di perdere una parte di informazione – passando da 10.5 a 10 abbiamo perso precisione numerica • Questo non costituisce un problema se il programmatore ne è consapevole
19. Rappresentazione dei dati in memoria • Ogni variabile ha a disposizione un certo numero di bit in memoria, in base al tipo • Generalmente: – gli interi occupano 32 bit (4 byte) – i double occupano 64 bit (8 byte) – i caratteri occupano da 8 a 16 bit (1 – 2 byte) – i booleani 8 bit (1 byte) – le stringhe occupano un numero di bit variabile in base alla lunghezza • La dichiarazione di tipo consente di riservare in memoria lo spazio necessario per i valori di una variabile/costante
20. Il compilatore • Controlla la corrispondenza tra valore assegnato e tipo della variabile/costante (segnalando gli errori) • Riserva in memoria lo spazio necessario alla variabile, in base al tipo • Effettua la promozione da un tipo ad uno compatibile ... e fa altre cose...
21. Il compilatore • Modulo software che si occupa di tradurre un programma in linguaggio ad alto livello in un linguaggio comprensibile per una data macchina reale o virtuale – una macchina virtuale è detta interprete • Il codice originale, scritto in linguaggio ad alto livello, si chiama codice sorgente • Il risultato della compilazione e un codice detto codice oggetto • Il codice oggetto è un codice che può essere immediatamente eseguito sulla macchina per la quale è stato generato
22. Linguaggio macchina • Il linguaggio macchina è un linguaggio binario • Ogni famiglia di elaboratori ha un suo linguaggio macchina, che dipende dall’hardware • Ne consegue che – per un dato linguaggio ad alto livello esistono (o dovrebbero esistere) tanti compilatori quante sono le famiglie di elaboratori esistenti
23. Interpreti • Un compilatore può tradurre il codice sorgente in un codice comprensibile da una macchina virtuale – una macchina virtuale è detta interprete • Un interprete è un programma che non genera codice intermedio ma – prende un’istruzione alla volta, la traduce nel linguaggio di un’altra macchina e la esegue • Alcuni linguaggi possono essere – solo interpretati (es. PHP) – solo compilati (es. C) – prima compilati e poi interpretati (es. Java)
24. Assegnazioni ed espressioni La sintassi dell’assegnazione può essere ampliata identificatore = espressione; dove espressione è un’espressione aritmetica, di confronto o logica che restituisce un risultato compatibile con il tipo della variabile Esempi di espressioni – espressione aritmetica: 100 + x / z – espressione di confronto: x >= 100 – espressione logica: (x < 10) AND (y != 0) OR (z = x)
25. Operatori • Ogni linguaggio è dotato di una serie di operatori predefiniti • Tipici operatori sono: – aritmetici: + - * / % – di confronto: < <= > >== == != – logici (o booleani): && || ! oppure rispettivamente AND OR NOT • Spesso gli operatori predefiniti sono estesi con funzioni di libreria
26. Funzioni di libreria • Per comporre espressioni si possono usare funzioni di libreria – moduli software aggiunti che consentono di effettuare operazioni complesse semplicemente usando il loro nome ed eventuali parametri • Per esempio – int x = abs(-10); calcola il valore assoluto del parametro – double y = sqrt(25); calcola la radice quadrata del parametro • Le librerie devono essere esplicitamente incluse nel programma, prima di poter usare le loro funzioni, mediante apposite direttive (es. include in C, import in Java)
27. Linker • Nei linguaggi compilati, il codice oggetto deve subire un ulteriore passaggio prima di poter essere eseguito – occorre collegare le librerie esterne • Il linker (collegatore) è il modulo software che effettua tale operazione, trasformando il codice oggetto in codice eseguibile
28. Dati strutturati Dati costituiti da un insieme di valori • dello stesso tipo (omogenei), detto tipo base <variabile, valore1, valore 2, ..., valore N> – per esempio gli array (vettori), gli insiemi (enum, set), le stringhe • di tipo diverso (eterogenei) <(variabile1, valore1di tipo1), ..., (variabileN, valoreN di tipoN)> – per esempio i record
29. Array o vettori indice 2 indice 1 indice 0 valore3 valore2 valore1 • ha un solo nome (a) • ha una dimensione (numero di elementi) che non varia dopo la creazione (3) • ogni elemento occupa una posizione con indice (a partire da 0) • per accedere all’elemento di indice i si scrive a[i] • il tipo array è predefinito nei moderni linguaggi a
30. Esempio di array indice 2 indice 1 indice 0 -4 24 35 •array di temperature •il tipo base è int •temperature[1] è uguale a 24 temperature
31. Stringhe indice 2 indice 1 indice 0 carattere3 carattere2 carattere1 • ha un solo nome (s) • ogni carattere occupa una posizione con indice (a partire da 0) • l’accesso al carattere di indice i dipende dal linguaggio – solitamente avviene mediante funzione di libreria • I valori stringa sono rappresentati sempre tra virgolette e, in alcuni linguaggi si possono usare anche gli apici s
32. Record campo3 di tipo3 campo2 di tipo2 campo1 di tipo1 valore3 valore2 valore1 • ha un solo nome (r) • è costituito da diversi campi o attributi che possono essere di tipo diverso fra loro • usato solitamente per rappresentare le proprietà di un’entità complessa • per accedere a un campo si scrive r.nomeCampo • si dicono anche “definiti dall’utente” r
33. Esempio di record 22 Rossi Mario eta di tipo intero cognome di tipo stringa nome di tipo stringa 25 Verdi Lucia • record che rappresenta l’entità studente • ogni istanza ha un suo identificatore • per accedere al nome dell’istanza stud1 si scrive stud1.nome studente schema del record istanze del record stud1 stud2
34. Struttura di un programma nome_programma { dichiarazioni di variabili istruzioni } • Nei linguaggi C like, ogni coppia di parentesi graffe definisce un blocco • Ogni linguaggio ha una specifica sintassi per definire un programma
35. Istruzioni Oltre all’assegnazione esistono: – istruzioni per il controllo del flusso (es. IF, WHILE, FOR) – istruzioni di I/O
36. Linguaggi ad alto livello I linguaggi di programmazione ad alto livello – si distinguono dai linguaggi a basso livello perché non dipendono dall’architettura del sistema di elaborazione – sono solitamente general purpose, cioè adatti per qualsiasi tipo di applicazione anche se... – alcuni linguaggi sono preferibili rispetto ad altri per la realizzazione di applicazioni complesse, grazie alle loro caratteristiche peculiari – per esempio: • Java è particolarmente adatto per lo sviluppo di applicazioni web, di applicazioni per dispositivi mobili e di dispositivi embedded; • C è adatto allo sviluppo di software di base (sistemi operativi)
37. Paradigmi Ogni linguaggio è stato creato per seguire un determinato paradigma – ma può essere usato anche con altri paradigmi Alcuni paradigmi: – imperativo – programmazione strutturata – procedurale – modulare – a oggetti Ogni nuovo paradigma racchiude le caratteristiche positive dei paradigmi precedenti