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FondamentidiInformaticaIntroduzioneal laProgrammazione

Prof. Chr i st ian Espos i toCorso d i Laurea in Ingegner ia Meccanica e Gest iona le (C lasse I )A .A . 2017/18

IntroduzioneallaProgrammazione

IProgrammi– 1/2• Negliultimiannil’Information&Communication Technology(ICT)èdiventatounelementostrategicoperilbusiness,oltrecheunostrumentoessenzialeintutteleattivitàlavorativeesociali• Haacquisitounvaloreirrinunciabilepertutteleistituzionipubblicheeprivate,perleimprese,masoprattuttopertuttinoi

• Ilprogrammarappresental’elementodibaseperilmondodell’ICT

IntroduzioneallaProgrammazione 01/46

IProgrammi– 2/2• Fannoormaipartediogninostraattività• SistemiOperativi• Virus,Troian,Malware• Videogiochi• ATM,semafori,ilmotorediricercaGoogle,sistemiperilsupportodeltrasporto

• Emoltoaltroancora…

• Differisconosottovariaspetti• Obiettivi• Funzionalità• Algoritmi• Risorse• Etc


Perchéimparareaprogrammare?– 1/7• Automatizzareazionieprocessi• Risparmiaretempo• Risparmiarerisorse

• Imparareunnuovomododipensare(Computational Thinking)• Utilizzodell'informaticaedellacomputazioneperrisolvereproblemi

• Usarel’informaticainareeacuilepersonenonhannoancorapensato

• Programmarerichiedespessodifarfronteanuovesfide,quindiunprogrammatoreinconsciamenteacquisiràcapacitàdiproblem solving

• Questaabilitànonèsoloutilenellaprogrammazione,maèancheessenzialenellavitareale

• Aggiungereunanuovalingua(linguaggio)edun’importanteabilitàallenostrecompetenze


Perchéimparareaprogrammare?– 2/7• Imparareunnuovolinguaggiopermettedi• Usarenuoveformeespressive• Creareoggetticheinrealtàsembranonontangibili,macheinrealtàlosono

• Losonoperchéinmolticasihannocambiatoilnostromododivivere,maancheperilloroimpattoeconomico


Perchéimparareaprogrammare?– 3/7• Utilizzandoideecreativeecompetenzediprogrammazioneèpossibilecrearetecnologierivoluzionariestandocomodamentesedutialpropriocomputer• Laprogrammazioneconsenteallenostreideediprendereformaematerializzarsi• Disolitoiltuttonascedallanecessitàdirisolvereproblemiconcreti


Perchéimparareaprogrammare?– 4/7• IlCERN(Conseil européen pourlarecherche nucléaire),ilpiùgrandelaboratorioalmondodifisicadelleparticelle,avevanecessitàdistrumentisoftware(programmi)chepermettesseroladiffusionediinformazionifraisuoidiversicentridiricerca• Perrisolverequestoproblema,SirTimothyJohnBerners-LeesviluppòiprogrammicherappresentanolabaseconcettualeperilWorldWideWeb(WWW)


Perchéimparareaprogrammare?– 5/7• DuranteisuoianniuniversitariMarkZuckerberg nonriuscivaatrovareunmodoefficaceperraccogliereinformazionisuglialtristudentidellasuauniversità(Harvard)• PerrisolverequestoproblemahacreatoFacebook• Originariamenteprogettatoperglistudentidell’UniversitàdiHarvard,fuprestoapertoancheaglistudentidialtreuniversitàescuole

• “Facebook”prendespuntodaunelencoconnomeefotografiadeglistudenti,chealcuneuniversitàstatunitensidistribuisconoall'iniziodell'annoaccademicoperaiutaregliiscrittiasocializzaretraloro


Perchéimparareaprogrammare?– 6/7• Finoalfebbraio2005nonerapossibilecondividereerenderepubblicisullareteInternetiproprivideo• Perrisolverequestoproblema,3ragazzichelavoravanoaPaypal (ChadHurley,SteveChen eJawed Karim)crearonoYouTube


Perchéimparareaprogrammare?– 7/7• LarryPageeSergey Brin immaginaronounluogochepermettesselorodiaccedere,inmanierasempliceerapida,atutteleinformazionipresentisullareteInternet• PerfarequestohannocreatoGoogle,unpotentemotorediricercachevieneutilizzatodadiversimiliardidipersoneintuttoilmondo


Cos’èunProgramma– 1/2• Definizione1: implementazionediunalgoritmoespressainunlinguaggiodiprogrammazionespecifico

• Definizione2: notazione(formaleenonambigua)concuièpossibiledescrivereglialgoritmi

Problema ModellazionedelProblema Algoritmo Programma


Cos’èunProgramma– 2/2• Osservazione: “ilcalcolatoredevecapirequellocheglivienedettoedevesaperfareciòcheglivienechiesto”• Risolvereproblemicomplessimedianteazionielementari• Leistruzioni corrispondonoadazionielementari• Somma,differenza,prodotto,divisione(epocopiù)

• Istruzioni edati sononumeribinari

• Problemiconnessi• Interagireconlamacchinamedianteunlinguaggiopiùvicinoagliumani

• Soluzione• Linguaggidialtolivello(MATLABedaltri)• Traduttori/Compilatori/Interpreti


ChiCreaunProgramma?• Ilprogrammatore sioccupadi• Progettareunalgoritmoefficaceperlarisoluzionediunproblemadato• Tradurrequestoalgoritmoinistruzionieseguibilidauncomputermedianteunlinguaggiodiprogrammazione


ComevieneScrittounProgramma?– 1/8• Laprogrammazione consistenellascrittura diuntesto,dettoprogramma(ocodice)sorgente,chedescriveinterminidiistruzioninoteallamacchinalasoluzioneperundatoproblema• Esempio:ricercadelvalormassimoinunaseriedinumeri

• Ingeneralenonesisteunasolasoluzioneaduncertoproblema• Lesoluzionipotrebberoesserenumerose

• Laprogrammazioneconsisteneltrovarelastrada“migliore”checonduceallasoluzionedelproblemainoggetto1. Disolitosipartedaltrovareunaprimastrada,chenondeveessereper

forzalamigliore2. Successivamente,sicercanoeventualialtrestrademigliori


ComevieneScrittounProgramma?– 2/8• Programmare èun’operazionecreativa• Nonesisteunproblemaugualeaunaltroenonesistonosoluzioniuniversali

• Programmatoridiversiscrivonoprogrammidiversiperrisolverelostessoproblema• Lesoluzionipossonoessereugualmenteefficienti

• Programmareèun’operazioneorganizzataperstep successivi

• Ècompletamenteinefficienteunapproccio“diretto”• Scriveredirettamenteilprogrammadefinitivopartendodalproblema


ComevieneScrittounProgramma?– 3/8• Obiettivo: risolvereunproblema• Fasidelprocessodiprogrammazione

1. Modellazionedelproblema2. Ricercadellasoluzionemigliore(idea)3. Conversionedell’ideainunasoluzioneformale (algoritmo)4. Traduzionedell’algoritmoinunasequenzadiistruzioni

comprensibiliall’esecutore(inquestocasol’elaboratoreelettronico)• Programma

5. Valutazionedelprogrammaconuninsiemesignificativodidatipergarantirechefunzioneràinognioccasione(qualsiasisianoidatidiinput)

6. Opportunadocumentazionedelprogrammaabeneficiodichilouseràedeventualmentelomodificherà


ComevieneScrittounProgramma?– 4/8• Iprogrammi sonointesiperessereeseguitidaicomputer maancheperesserelettidallepersone• Chepossonoessereanchediversedaquellechehannoscrittoilprogramma

• Ènecessarioquindimigliorare ilpiùpossibilelaleggibilitàe lachiarezzadeiprogrammi• Ilcodice relativoadunprogramma presentaunastrutturagerarchica:leistruzioni possonoessereannidateall’internodialtre istruzioni• Quindibisognausarel’indentazione (rientro)inmodoopportuno

• Aggiungere commenti significativi (icommentisonoistruzioninoneseguitedall’elaboratore)• Primadiunadichiarazionedifunzione/proceduraspiegareacosaessaserveequalisonoisuoiparametri

• Dopoimportantidichiarazionidivariabili• Primaodopoistruzioniimportanti


ComevieneScrittounProgramma?– 5/8

INIZIOALGORITMOtrovaMax% La funzione A(1) restituisce il valore dell’elemento in posizione 1max = A(1) % La variabile max memorizza il massimo valore corrente in A Per i che va da 2 a 10

%La funzione A(i) restituisce il valore dell’elemento in posizione iSe A(i) > max

max = A(i) % Istruzione eseguita se A(i) > maxIncrementa i

restituisci maxFINEALGORITMOtrovaMax


Comm

enti

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ComevieneScrittounProgramma?– 5/8


INIZIOALGORITMOtrovaMaxmax = A(1) For i = 2 to 10 %Inizio ciclo a condizione iniziale

If A(i) > max %Inizio blocco di selezione semplicemax = A(i) %Unica istruzione appartenente al

blocco di selezione sempliceEndIf %Fine blocco di selezione sempliceIncrementa i

EndFor %Fine ciclo a condizione inizialerestituisci maxFINEALGORITMOtrovaMax

Istruzioniappartenentialbloccodelcicloacondizioneiniziale

Istruzioniappartenentialbloccoprincipaledell’algoritmotrovaMax

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ComevieneScrittounProgramma?– 6/8• Alcunefunzionalitàrichiedonopocherighedicodice• Èbuonaprassiilraggruppare/mantenere questefunzionalitàall'internodiblocchiseparatidicodice• Ades.,raggruppandoilcodiceinfunzioni

• Consistent Naming Scheme• I nomidivariabiliefunzionidevonoaveredelimitatoridiparola.Sonodueleopzionipiùcomuni• camelCase: Primaletteradiogniparolaèinmaiuscolo(disolitotrannelaprimaparola)

• underscore: Underscoretraleparole(_),comeadesempio:trova_max_nella_lista(A)

• Ledueopzionipossonoancheesserecombinate


ComevieneScrittounProgramma?– 7/8• PrincipiodelDon’t Repeat Yourself• Loscopo perlamaggiorpartedeiprogrammi (edeicomputeringenerale)èquellodiautomatizzare leoperazioniripetitive

• Questoprincipiodovrebbeesseremantenutointuttoilcodice• Lostessopezzodicodicenondeveessereripetuto

• Evitaretroppilivellidiannidamento/indentazione• Troppilivellidiindentazione possonorendereilcodice piùdifficiledaleggereeseguire

• Evitare discrivere inorizzontale lungherighe dicodice


ComevieneScrittounProgramma?– 8/8• Usarenomisignificativiecoerentiperlevariabili• Levariabili devonoesseredescrittive• Usarenomicoerentiperlevariabilichehannolostessotipodiruolo

• Refactoring delcodice• Quandosifa“refactoring”,siapportanomodifichealcodicesenzacambiarenessunadellesuefunzionalità

• Nonincludecorrezionidierrori

• Sipuòpensareal“refactoring”comeadun’operazionedipulizia,fattaalloscopodimigliorarelaleggibilitàelaqualitàdelcodice,soprattuttoinchiavefutura

• Èpossibilemigliorarelaleggibilitàdelcodiceduranteilprocessodirefactoring utilizzandoiconcettivistipoc’anzi


LinguaggidiProgrammazione– 1/2• Definizione: unlinguaggiodiprogrammazioneèunlinguaggioartificiale percomunicareconlemacchine

• Piùprecisamente,ilinguaggidiprogrammazionesonodisolitousatiper• Esprimerealgoritmi• Controllareilcomportamentodellemacchine

• Quantisonoilinguaggidiprogrammazionepresentialmondo?• Piùdi1000• Ipiùdiffusisonoelencatiqui:http://www.tiobe.com/tiobe-index/

• Sinoticheognilinguaggiodiprogrammazionehaavutooriginedamotivazionispecifiche


LinguaggidiProgrammazione– 2/2


LinguaggidiProgrammazione:ElementiCostitutivi• Ognilinguaggiodiprogrammazione• Disponediuninsiemedi“parolechiave”• Keyword• Ècaratterizzatodaduecomponenti,complementaril’unaconl’altra• Sintassi: insiemedelleregolechespecificanocomecomporreistruzionibenformate

• Semantica: specificailsignificatodiogniistruzionebenformata,valeadirelasuccessionedelleoperazionichevengonocompiutequandol’istruzionevieneeseguita


LinguaggidiProgrammazione:Classificazione

• Linguaggidialtolivello(viciniall’utente)• Vgenerazione: linguaggididescrizionedeiproblemiorientatiallarisoluzioneautomatica

• IVgenerazione: linguaggiperspecificiambitiapplicativi(ades.MATLAB)• IIIgenerazione: linguaggiimperativieproceduralidiusogenerale

• Linguaggidibassolivello (viciniall’hardware)• IIgenerazione: linguaggiassemblativi(usodicodicimnemoniciperleistruzioni)

• Igenerazione: linguaggimacchina(sequenzedibit)

Utente

Hardware


LinguaggidiProgrammazionediPrimaGenerazione• Glielaboratoricomprendonoinmanieradirettasoloistruzioniinbinario• Ciascunelaboratorehailpropriosetdiistruzioni

• I primiprogrammieranofortementedipendentidallamacchina• Piùprecisamenteeranoscrittiinlinguaggiomacchina (ocodicemacchina)

• Pro• Moltoefficienteperlemacchine

• Contro• Difficiledaprogrammarepergliumani• Nonportabile

• Ancoramotoutilizzatoperlaprogrammazione difunzioni abassolivello• Driver,interfacceversofirmwareehardware,etc


LinguaggioMacchina• Illinguaggiomacchinaèdirettamente eseguibile dall’elaboratore• Senzanessunatraduzione

• Istruzioni edoperandi relativialprogrammainesecuzione sonocaricatiinmemoria equindisonomemorizzatiinformabinaria

• Vincolo: conoscenzadeimetodidirappresentazionedelleinformazioniutilizzati

• Esempio• Istruzione:carica nelregistro• 10010000 11001100


LinguaggidiProgrammazionediSecondaGenerazione– 1/2• Unlinguaggioassembly (oassemblativo)utilizzacodicimnemoniciperrappresentareleistruzioni• Ilcodicepuòesserelettoescrittodaprogrammatoriumani• Maèancorafortementedipendentedallamacchina

• Peressereeseguitodaunelaboratore,uncodiceassembly deveessereconvertito (daunassemblatore),inunaformacomprensibiledallamacchina• Medianteunprocessochiamatoassemblaggio


LinguaggidiProgrammazionediSecondaGenerazione– 2/2• Pro• Adattiadessereusatiinelaborazioniestremamenteintensive• Giochi,videoediting,manipolazionegrafica,rendering,etc

• Contro• Necessitàdiconoscereindettagliolecaratteristichedellamacchina(registri,dimensionedeidati,setdiistruzioni,etc)• Anchesemplicialgoritmirichiedonomolteistruzioni


LinguaggidiProgrammazionediTerzaGenerazione– 1/2• Ilinguaggidiprogrammazionedialtolivello usanoparole English-like,notazionematematica epunteggiatura perscrivereprogrammi• Sonopiùviciniailinguaggiumani• Ilprogrammatorepuòastrarredaidettaglilegatiall’architetturaedesprimereiproprialgoritmiinmodosemplice

• Leistruzioniesprimonounaseriediazioni

• Pro• Portabili,indipendentidallamacchina• Human-friendly

• Contro• Nonsempresonomoltoefficienti


LinguaggidiProgrammazionediTerzaGenerazione– 2/2

• Lemacchinecomprendonoedeseguonosoltantocodicimacchina

• Ilprogrammaprimadiessereeseguitodeveesseretradottoinlinguaggiomacchina

• Traduttore

• Latraduzionevieneeffettuatadauncompilatore,uninterprete,ounacombinazionedientrambi


Traduttore• Iltraduttoreèunprogrammacheconverte ilcodicediprogrammiscrittiinundatolinguaggiodiprogrammazione (sorgenti)nellacorrispondenterappresentazioneinlinguaggiomacchina (eseguibili)


Faciledacapireperil

programmatore

Contieneparoleininglese

Programmatraduttore

Illinguaggiodeicomputer

NumeriBinari

Linguaggiodialtolivello

Linguaggiomacchina

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Assemblatorevs.Traduttore

Programma inlinguaggio diprogrammazione (Codicesorgente)

Programma inlinguaggiomacchina (Codice oggetto)

Traduttore

Programma inlinguaggioassemblativo (Codice sorgente)

Programma inlinguaggiomacchina (Codice oggetto)

Assemblatore


TipidiTraduttore:Compilatorevs.Interprete– 1/2• Compilatore• Accettainingressol’interoprogramma(istruzionichelocompongono)eproduceinuscitalarappresentazionedell’interoprogrammainlinguaggiomacchina

• Interprete• Traduceedeseguedirettamenteciascunaistruzionedelprogrammasorgente• Istruzioneperistruzione• Unaallavolta


TipidiTraduttore:Compilatorevs.Interprete– 2/2• Qualedelleduesoluzionièlamigliore?• Compilazione• Pro: applicazionipiùveloci• Contro:maggiorlavoronelprocessodimessaapuntoemanutenzione• Interpretazione• Pro: consentetempidisviluppopiùcontenuti• Contro: produceprogrammimenoefficienti


Compilatore


Interprete

Unità CentralediElaborazione Memoria

Busdisistema

ProgrammaP inunlinguaggioadaltolivelloLDatidelprogrammaP

Programmainterprete dellinguaggio adaltolivello L

Datidell’interprete


CPUcomeInterpretedelsuoLinguaggioMacchina

Unità CentralediElaborazione(CPU): interprete ed esecutore dellinguaggio macchina L

Memoria

Busdisistema

ProgrammaP inlinguaggiomacchinaL

DatidelprogrammaP


ParadigmidiProgrammazione– 1/2• Èpossibileaffrontareilproblemadelladescrizionedeiprogrammiinmodidifferenti

• Definizione: unparadigmadiprogrammazioneèunmodelloconcettualecheforniscela“struttura”diunprogramma

• Perparadigmidiprogrammazionesiintendonoi“modi”incuivengonospecificatiiprogrammi

• Nonsitrattadeltipodilinguaggiousato,madelcontestopiùampioalqualeuncertolinguaggioappartiene• Comevieneorganizzatalaprogrammazione econqualicaratteristiche• Stile,livellodidettaglio,“formamentis”delprogrammatore,etc


ParadigmidiProgrammazione– 2/2• Soluzionidifferenti costituisconoparadigmidiprogrammazionedifferenti

• Iparadigmi piùcomuni sono• Imperativo/Procedurale• AdOggetti• Funzionale


ProgrammazioneImperativa/Procedurale• Iprogrammisonosequenzedicomandicheagisconosuidatiosull’ordinediesecuzionedelleistruzioni

• Ilprogrammatoredevedefiniretuttelestrutturedatietuttiglialgoritmicheoperanosudiesse

• Chiamateasottoprogrammigestitecompletamentedalprogrammatore• Anchesenonsempre

• Costruttitipici: assegnamento,cicli,if-then-else,procedureconpassaggiodiparametri,etc

• Esempi: Assembly,FORTRAN,C,COBOL,Pascal,etc


ProgrammazioneadOggetti• Iprogrammidefinisconodelleastrazioni(classi)dielementideldominiodiapplicazionedelprogramma

• Leclassicontengonoinformazionisuidatimaancheilcodicepergestirli• Ingenereditipoimperativo

• Esempi: C++,Java,etc


ProgrammazioneFunzionale–1/2• Ilprogrammaèunadefinizionedifunzioninelsensopiùmatematicodeltermine

• Approcciodichiarativo: ilprogrammaèunadefinizionedifunzione,il“calcolo”èbuilt-in

• Ordinesuperiore: gliargomentidellefunzionidefinitepossonoesseresiavaloriditipiprimitivichealtrefunzioni

• L’interpretesioccupadivalutare,inbaseallefunzionidibaseeaquelledefinite,unaqualsiasiespressionebenformata

• L’algoritmodivalutazionenonèscrittodalprogrammatore,mavariaasecondadellinguaggio


ProgrammazioneFunzionale–2/2• Ilinguaggifunzionalipossonoessereusaticomemetalinguaggi perdefinirealtrilinguaggi

• Lemoderneimplementazionisonopiuttostoefficienti

• Esempi:Miranda,Haskell,LISP,etc


Riassumendo• Algoritmo: descrizionedicomesirisolveunproblema

• Programma: algoritmoscrittoinmodochepossaessereeseguitodauncalcolatore(linguaggiodiprogrammazione)

• Linguaggiomacchina: linguaggioeffettivamente“compreso”dauncalcolatore,caratterizzatoda• Istruzioniprimitivesemplici (ades.max 2operandi)• Attenzioneall’efficienza (costi,complessità,velocità)• Difficileenoiosodautilizzareperunprogrammatore

• Dueaspettirilevanti• Produrrealgoritmi: capirelasequenzadipassicheportanoallasoluzionediunproblema

• Codificarliinprogrammi: renderlicomprensibilialcalcolatore


Riferimenti• Libroditesto• Capitolo4• Paragrafi1,2e3


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