Fondamenti di Programmazione. Antonio Pescapè e Marcello Esposito Parte Quinta v1.0

Transcript

1 Fondamenti di Programmazione Antonio Pescapè e Marcello Esposito Parte Quinta v1.0

2 Agenda I linguaggi C e C++: introduzione Elementi Lessicali Commenti Identificatori Parole Chiave Costanti Letterali Elementi di Informatica Fondamenti di Programmazione, A. Pescapè e M. Esposito 2

3 Introduzione L utilizzo del C++ nell ambito del corso di Elementi di Informatica Introduzione al C/C++: Linguaggi all purpose Il C++ è compatibile col fratello maggiore, il C Qualsiasi cosa fatta in C è fattibile in C++ Il C++ estende le caratteristiche del C, rimediando ad alcune carenze Enorme portabilità La potenza e la flessibilità tipiche del C e del C++ possono causare dei problemi Elementi di Informatica Fondamenti di Programmazione, A. Pescapè e M. Esposito 3

4 Elementi lessicali (1) Un programma, scritto in un qualsiasi linguaggio di programmazione, prima di essere eseguito viene sottoposto ad un processo di traduzione. Lo scopo di questo processo è quello di tradurre il programma originale (codice sorgente) in uno semanticamente equivalente, ma eseguibile su una certa macchina. Il processo di compilazione è suddiviso in più fasi, ciascuna delle quali volta all'acquisizione di opportune informazioni necessarie alla fase successiva. Elementi di Informatica Fondamenti di Programmazione, A. Pescapè e M. Esposito 4

5 Ambienti di sviluppo - compilatori Le fasi della compilazione analisi lessicale (lexer o scanner o tokenizer) pre-processamento (preprocessor) analisi sintattica (parser) analisi semantica generazione del codice ottimizzazione del codice (ottimizzatore)

6 Ambienti di sviluppo - compilatori Mediante l'analisi lessicale un compilatore suddivide il codice sorgente in una sequenza di unità lessicali dette token. Un token è un'unità atomica del linguaggio come parole chiave (while, for,...) identificatori (nomi di variabili, funzioni, classi, ) operatori (+, =, --,...) valori numerici a+12 viene tradotto in IDEN + NUM

7 Ambienti di sviluppo - compilatori La fase di preprocessamento consiste nella sostituzione di macro e nell'esecuzione di direttive di inclusione e compilazioni condizionali. Tipicamente la fase di preprocessamento precede l'analisi sintattica. #define MAX_VALUE 100 // MACRO #include <iostream> // direttiva di inclusione #ifdef _MSVC_ // comp.condizionale // compilato sse _MSVC_ è definito... #else... #endif

8 Ambienti di sviluppo - compilatori L'analisi sintattica esegue il controllo sintattico sulla sequenza di token generata nella fase di analisi lessicale. Il controllo sintattico è effettuato attraverso un grammatica che definisce la sintassi (regole sintattiche) del linguaggio di programmazione. Il risultato di questa fase è un albero di sintassi detto parse-tree. <Expression> ::= <Term> + <Expression> <Expression> ::= <Term> - <Expression> <Expression> ::= <Term> <Term> ::= <Factor> * <Term> <Term> ::= <Factor> / <Term> <Term> ::= <Factor> <Factor> ::= ( <Expression> ) <Factor> ::= <Identifier> ( <Expression> ) <Factor> ::= <Identifier> - <Factor> <Factor> ::= <Identifier> <Factor> ::= <Number>

9 Ambienti di sviluppo - compilatori L'analisi semantica controlla il significato (la semantica) delle istruzioni presenti nel codice in ingresso. Controlli tipici di questa fase sono ad esempio il type checking (controllo sui tipi), il definite assignment (controllo che tutte le variabili locali siano state inizializzate prima di essere utilizzate),...

10 Ambienti di sviluppo - compilatori Mediante la fase di ottimizzazione il codice in linguaggio intermedio è trasformato in forme equivalenti ma più veloci (o di dimensioni inferiori). Esempi di ottimizzazioni sono espansione di funzioni inline eliminazione di codice non raggiungibile trasformazione di cicli Return Value Optimization (RVO) Nella fase di generazione del codice il codice in linguaggio intermedio viene tradotto nel linguaggio oggetto, solitamente in linguaggio macchina.

11 Elementi lessicali (2) La prima di queste fasi è nota come analisi lessicale ed ha il compito di riconoscere gli elementi costitutivi del linguaggio sorgente, individuandone anche la categoria lessicale. Ogni linguaggio prevede un certo numero di categorie lessicali e in C++ possiamo distinguere in particolare le seguenti categorie: Commenti; Identificatori; Parole riservate; Costanti letterali; Segni di punteggiatura e operatori; Elementi di Informatica Fondamenti di Programmazione, A. Pescapè e M. Esposito 5

12 Commenti (1) I commenti, come in qualsiasi altro linguaggio, hanno valore soltanto per il programmatore e vengono ignorati dal compilatore. È possibile inserirli nel proprio codice in due modi diversi: secondo lo stile C ovvero racchiudendoli tra i simboli /* e */ facendoli precedere dal simbolo // Nel primo caso e` considerato commento tutto quello che è compreso tra /* e */, il commento quindi si può estendere anche su più righe o trovarsi in mezzo al codice Elementi di Informatica Fondamenti di Programmazione, A. Pescapè e M. Esposito 6

13 Commenti (2) void Func() {... int a = 5; /* questo e` un commento diviso su piu` righe */ a = 4 /* commento*/ + 5;... } Nel secondo caso, proprio del C++, è invece considerato commento tutto ciò che segue // fino alla fine della linea, ne consegue che non è possibile inserirlo in mezzo al codice o dividerlo su più righe (a meno che anche l'altra riga non cominci con //) Elementi di Informatica Fondamenti di Programmazione, A. Pescapè e M. Esposito 7

14 Commenti (3) void Func() {... int a = 5; // questo e` un commento valido a = 4 // Errore! il "+ 5;" e` commento +5; e non e`possibile dividerlo su piu` righe... } Benché esistano due distinti metodi per commentare il codice, non è possibile avere commenti annidati, il primo simbolo tra // e /* determina il tipo di commento che l'analizzatore lessicale si aspetta. Bisogna anche ricordare di separare sempre i caratteri di inizio commento dall'operatore di divisione (simbolo /) Elementi di Informatica Fondamenti di Programmazione, A. Pescapè e M. Esposito 8

15 Identificatori (1) Gli identificatori sono simboli definiti dal programmatore per riferirsi a cinque diverse categorie di oggetti: Variabili; Costanti simboliche; Etichette; Tipi definiti dal programmatore; Funzioni; Elementi di Informatica Fondamenti di Programmazione, A. Pescapè e M. Esposito 9

16 Identificatori (2) Le variabili sono contenitori di valori di un qualche tipo. Ogni variabile può contenere un singolo valore che può cambiare nel tempo, il tipo di questo valore viene comunque stabilito una volta per tutte e non può cambiare. Le costanti simboliche servono ad identificare valori che non cambiano nel tempo, non possono essere considerate dei contenitori, ma solo un nome per un valore. Elementi di Informatica Fondamenti di Programmazione, A. Pescapè e M. Esposito 10

17 Identificatori (3) Una etichetta è un nome il cui compito è quello di identificare una istruzione del programma e sono utilizzate dalle istruzioni di salto incondizionato (goto). Un tipo identifica un insieme di valori e di operazioni definite su questi valori; ogni linguaggio fornisce un certo numero di tipi primitivi (cui è associato un identificatore predefinito) e dei meccanismi per permettere la costruzione di nuovi tipi (a cui il programmatore deve poter associare un nome) a partire da questi. Una funzione è il termine che il C/C++ utilizza per indicare i sottoprogrammi. Elementi di Informatica Fondamenti di Programmazione, A. Pescapè e M. Esposito 11

18 Identificatori (4) Un identificatore deve iniziare con una lettera o con carattere di underscore (_) che possono essere seguiti da un numero qualsiasi di lettere, cifre o underscore; Viene fatta distinzione tra lettere maiuscole e lettere minuscole. Tutti gli identificatori presenti in un programma devono essere diversi tra loro, indipendentemente dalla categoria cui appartengono. Benché il linguaggio non preveda un limite alla lunghezza massima di un identificatore, è praticamente impossibile non imporre un limite al numero di caratteri considerati significativi, per cui ogni compilatore distingue gli identificatori in base a un certo numero di caratteri iniziali tralasciando i restanti; il numero di caratteri considerati significativi varia comunque da sistema a sistema Elementi di Informatica Fondamenti di Programmazione, A. Pescapè e M. Esposito 12

19 Parole chiave (keywords) Il C/C++, così come ogni linguaggio, si riserva delle parole chiave (keywords) il cui significato è prestabilito e che non possono essere utilizzate dal programmatore come identificatori. asm auto bool break case catch char class const continue const_cast default delete do double dynamic_cast else enum explicit extern false float for friend goto if inline int long mutable namespace new operator private protected public register reinterpret_cast return short signed sizeof static static_cast struct switch template this trow true try typedef typeid typename union unsigned using virtual void volatile wchar_t while Sono inoltre da considerare parole chiave tutte quelle che iniziano con un doppio underscore ; esse sono riservate per le implementazioni del linguaggio e per le librerie standard. Elementi di Informatica Fondamenti di Programmazione, A. Pescapè e M. Esposito 13

20 Costanti Letterali (1) All'interno delle espressioni è possibile inserire direttamente dei valori, questi valori sono detti costanti letterali. La generica costante letterale può essere un carattere racchiuso tra apice singolo, una stringa racchiusa tra doppi apici, un intero o un numero in virgola mobile. 'a' // Costante di tipo carattere "a" // Stringa di un carattere "abc" // Ancora una stringa Un intero può essere: Una sequenza di cifre decimali, eventualmente con segno; Uno 0 (zero) seguito da un intero, in ottale (base 8); 0x o 0X seguito da un intero, in esadecimale (base 16); Nella rappresentazione in esadecimale, oltre alle cifre decimali, è consentito l'uso delle lettere da "A" a "F" e da "a" a "f". Elementi di Informatica Fondamenti di Programmazione, A. Pescapè e M. Esposito 14

21 Costanti Letterali (2) Il segno può essere espresso solo in base 10, negli altri casi esso è sempre // Costante intera in base 10, 055 // in base 8 0x2D // ed in base 16 La base in cui viene scritta la costante determina il modo in cui essa viene memorizzata. Il compilatore sceglierà il tipo da utilizzare sulla base delle seguenti regole: Base 10: il più piccolo atto a contenerla tra int, long int e unsigned long int Base 8 o 16: il più piccolo atto a contenerla tra int, unsigned int, long int e unsigned long int Elementi di Informatica Fondamenti di Programmazione, A. Pescapè e M. Esposito 15

22 Costanti Letterali (3) Si può forzare il tipo da utilizzare aggiungendo alla costante un suffisso costituito da u o U, e/o l o L: la lettera U seleziona i tipi unsigned e la L i tipi long; se solo una tra le due lettere viene specificata, viene scelto il più piccolo di quelli atti a contenere il valore e selezionati dal programmatore ESEMPI: 20 // intero in base // 20 in base 8 0x14 // 20 in base 16 0x20ul // forza unsigned long 0x20l // forza long 0x20u // forza unsigned Elementi di Informatica Fondamenti di Programmazione, A. Pescapè e M. Esposito 16

23 Costanti Letterali (4) Un valore in virgola mobile è costituito da: Intero decimale, opzionalmente con segno; Punto decimale Frazione decimale; e o E e un intero decimale con segno; L'uso della lettera E indica il ricorso alla notazione scientifica. È possibile omettere uno tra l'intero decimale e la frazione decimale, ma non entrambi. È possibile omettere uno tra il punto decimale e la lettera E (o e) e l'intero decimale con segno, ma non entrambi. Il tipo scelto per rappresentare una costante in virgola mobile è double, se non diversamente specificato utilizzando i suffissi F o f per float, o L o l per long double..0 // 0 in virgola mobile 110E+4 // 110 * (10 elevato a 4).14e-2 // e+3 // f // forza float 3.4L // forza long double Elementi di Informatica Fondamenti di Programmazione, A. Pescapè e M. Esposito 17

24 Segni di punteggiatura e operatori Alcuni simboli sono utilizzati dal C/C++ per separare i vari elementi sintattici o lessicali di un programma o come operatori per costruire e manipolare espressioni: [ ] ( ) { } + - * %! ^ & = ~ \ ; ' : " < >?,. Anche le seguenti combinazioni di simboli sono operatori: >.* ->* << >> <= >= ==!= && += -= *= <<= /= %= &= ^= = :: >>= Elementi di Informatica Fondamenti di Programmazione, A. Pescapè e M. Esposito 18

25 Blocco di Istruzioni { } istruzione; istruzione; istruzione; la notazione { } indica un blocco di istruzioni un blocco di istruzioni può essere usata come un unica istruzione Elementi di Informatica Fondamenti di Programmazione, A. Pescapè e M. Esposito 19