corso di laurea ingegneria civile fondamenti di...
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Le basi del linguaggio Java 1
Corso di Laurea Ingegneria Civile
Fondamenti di Informatica
Dispensa 10
Le basi del linguaggio Java
Aprile 2010
Prerequisiti
Nozioni generali sulla sintassi e semantica
del linguaggio naturale
Conoscenza delle varie fasi della scrittura di
un programma, fino alla sua esecuzione
Introduzione alla programmazione
strutturata
Concetto di variabile
Le basi del linguaggio Java 2
Contenuti
Sintassi e semantica
Introduzione alla sintassi di Java
Introduzione alla semantica di Java • semantica delle espressioni
• semantica delle istruzioni
Sintassi, semantica ed errori
Introduzione alle istruzioni di Java
Le basi del linguaggio Java 3
Obiettivi (competenze da acquisire)
Al termine dell’unità didattica lo studente sarà in grado di
Individuare gli errori presenti in un programma
Leggere le informazioni sugli errori, che si hanno in fase di
compilazione
Distinguere gli errori sintattici dagli errori semantici
Le basi del linguaggio Java 4
Linguaggi naturali . . .
Per definire un linguaggio naturale si parte dalla definizione di un alfabeto in italiano ci sono 21 lettere, in inglese 26, ...
Con i caratteri dell’alfabeto possiamo formare un
insieme di sequenze, dette parole
Non tutte le sequenze sono parole del linguaggio naturale
La grammatica del linguaggio fornisce le regole per decidere quali sequenze sono parole del linguaggio parole corrette grammaticalmente
Le basi del linguaggio Java 5
. . . Linguaggi naturali
Con le lettere dell’alfabeto italiano possiamo costruire
alcune sequenze
ad esempio abcdef, ghil, rst - che non sono parole della
lingua italiana
ad esempio andare, aula, corso, acqua, soqquadro, - che
sono parole della lingua italiana, cioè corrette
grammaticalmente
Le basi del linguaggio Java 6
. . . Linguaggi naturali
Con le parole, corrette, possiamo formare un insieme
di parole, dette frasi
Non tutte le sequenze sono frasi del linguaggio
naturale
La sintassi del linguaggio fornisce le regole per
decidere quali sequenze sono frasi del linguaggio
frasi corrette sintatticamente, o sintatticamente ben formate
Le basi del linguaggio Java 7
. . . Linguaggi naturali
In italiano la regola base della sintassi dice che le frasi sono costruite con sequenze di parole che
seguono la struttura
soggetto verbo complemento
soggetto, verbo e complemento non sono altro che dei nomi, cioè denotano, alcuni particolari e ben precisi sottoinsiemidell’insieme di tutte le parole del linguaggio.
Ad esempio la sequenza di parole il lo la non è quindi una frase della lingua italiana
ad esempio la sequenza di parole gatto mangia topo è una frase della lingua italiana, ovvero è sintatticamente ben formata
Le basi del linguaggio Java 8
. . . Linguaggi naturali
Solo alcune delle frasi del linguaggio, cioè di quelle
ben formate sono anche valide, cioè hanno un
significato
La semantica del linguaggio stabilisce quali tra le frasi
ben formate sono anche valide e quindi si occupa
dell’interpretazione (del significato) delle frasi
ad esempio la frase il gatto mangia il topo è una ben formata
ma è anche valida, cioè ha un significato
Le basi del linguaggio Java 9
Sintassi
La sintassi di un linguaggio si occupa della forma delle frasi del linguaggio, ovvero delle regole che permettono di costruire frasi ben formate del linguaggio
Esempio di frase in italiano
il gatto mangia il topo
Frammento della sintassi della lingua italiana
frase soggetto verbo complemento
soggetto articolo nome
verbo mangia, beve
complemento articolo nome
articolo il, lo, la
nome gatto, monte, topoLe basi del linguaggio Java 10
Semantica
La semantica di un linguaggio si occupa
dell’interpretazione del linguaggio, ovvero del
significato delle frasi corrette sintatticamente
Esempio di frasi corrette sintatticamente in italiano, ma
non tutte valide
il gatto mangia il topo
il topo mangia il monte
il cane mangia il topo
il monte beve il cane
Le basi del linguaggio Java 11
Regole sintattiche . . .
Le regole della sintassi sono chiamate regole di
produzione, come nell’esempio precedente
Nelle regole di produzione compaiono elementi (simboli)
terminali, come - mangia, beve, il, lo, la, gatto, monte,
topo - ed elementi (simboli) non-terminali, come – frase,
soggetto, verbo, …. – che sono ―categorie sintattiche‖
cioè nomi che denotano insiemi di simboli terminali
Una fissata categoria sintattica, detta assioma, è quella
dalla quale deve partire il processo di produzione
Nel caso della lingua italiana l’assioma è frase
Le basi del linguaggio Java 12
. . . Regole sintattiche
frase soggetto verbo complemento
soggetto articolo nome
verbo mangia, beve
complemento articolo nome
articolo il, lo, la
nome gatto, monte, topo
Una fissata categoria sintattica, detta assioma, è quella
dalla quale deve partire il processo di produzione
Nel caso della lingua italiana l’assioma è frase
Le basi del linguaggio Java 13
Sintassi, semantica e linguaggi
Un programma è un insieme di frasi in un
linguaggio di programmazione• quali sono le frasi valide in un linguaggio di programmazione?
• qual è il significato delle frasi valide?
Nello studio dei linguaggi (linguaggi naturali e
linguaggi di programmazione) vengono distinte
due componenti• la sintassi del linguaggio
– si occupa della forma delle frasi del linguaggio, per formare le frasi ―ben
formate‖
• la semantica del linguaggio
– stabilisce quali tra le frasi ―ben formate‖ sono anche valide
– si occupa dell’interpretazione (del significato) delle frasi valide
Le basi del linguaggio Java 14
Introduzione alla sintassi di Java
La sintassi di Java si occupa della formazione di frasi valide in Java, mediante la formalizzazione delle ―regole sintattiche‖
• la definizione di una classe è formata dalla parola class, seguita dal nome della classe e dal corpo della classe
• il nome di una classe è un identificatore • un identificatore è una sequenza non vuota di caratteri
alfanumerici, iniziante per un carattere alfabetico • il corpo di una classe è formato da un elenco di dichiarazioni
della classe, racchiuso tra parentesi graffe { e }• possibili dichiarazioni di una classe sono: la definizione di un
metodo, la definizione di un costruttore, la dichiarazione di una variabile
• la definizione di un metodo è formata dall’intestazione del metodo seguita dal corpo del metodo
• il corpo di un metodo è un blocco • un blocco è una sequenza di istruzioni e dichiarazioni
racchiusa tra parentesi graffe { e }
Le basi del linguaggio Java 15
Sintassi e grammatiche
La sintassi di Java è descritta da una grammatica
composta da • elementi terminali — le parole e i simboli che possono
comparire nei programmi
– class public . , ; { } a b c d ... 0 1 2 ...
• elementi non terminali — le categorie sintattiche, utilizzate
per la descrizione dei programmi — ma che non compaiono
nei programmi
– definizione-classe identificatore corpo-classe definizione-metodo blocco
sequenza-istruzioni-blocco istruzione
• produzioni (o regole sintattiche) — le regole che specificano
come sia possibile derivare frasi da ciascun non terminale
• assioma — l’elemento non terminale che guida la scrittura di
un intero programma o classe
Le basi del linguaggio Java 16
Esempi di produzioni
definizione-classe: class identificatore-classe corpo-classe
corpo-classe: { dichiarazioni-corpo-classeopt }
dichiarazioni-corpo-classe:dichiarazione-corpo-classedichiarazione-corpo-classe dichiarazioni-corpo-classe
dichiarazione-corpo-classe: definizione-metododefinizione-costruttoredichiarazione-variabile
definizione-metodo: intestazione-metodo corpo-metodo
corpo-metodo: blocco
blocco: { sequenza-istruzioni-bloccoopt }
Le basi del linguaggio Java 17
Produzioni
definizione-classe:
class identificatore-classe corpo-classe
• la prima riga di una produzione contiene un non terminale
– la produzione ha lo scopo di descrivere le possibili forme per questo non
terminale
• nelle righe successive alla prima vengono descritti i possibili
modi per espandere il non terminale
– questa produzione afferma che una definizione-classe è formata dal
terminale class, seguito da un identificatore-classe e da un corpo-classe
– le forme per identificatore-classe e corpo-classe sono descritte dalle
rispettive produzioni
Le basi del linguaggio Java 18
Alcuni elementi sintattici nella
definizione di una classe
/* Applicazione che visualizza una frase sullo schermo. */
class ScrittoreSulloSchermo {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("ciao a tutti");
System.out.println("questo testo introduce");
System.out.println("i fondamenti dell'informatica");
}
}
definizione-classeidentificatore-classe
corpo-classe definizione-metodo
Le basi del linguaggio Java 19
Alcuni elementi sintattici nella
definizione di un metodo
public static void main(String[] args) {
System.out.println("ciao a tutti");
System.out.println("questo testo introduce");
System.out.println("i fondamenti dell'informatica");
}
definizione-metodointestazione-metodo
corpo-metodo — blocco istruzione-blocco — istruzione
sequenza-istruzioni-blocco
Le basi del linguaggio Java 20
Esempio — identificatori
I nomi delle classi, dei metodi e delle variabili appartengono alla categoria grammaticale degli identificatori
• alcuni esempi di identificatori
– Math, println, frase, sqrt, RadiceQuadrata
– System.out non è un identificatore
La regola (informale) per la formazione degli identificatori è
• un identificatore è una sequenza non vuota di caratteri alfanumerici (alfabetici e numerici), iniziante con un carattere alfabetico
– in realtà, sono ammessi anche alcuni caratteri speciali, come il carattere
―underscore‖ _
– alcune sequenze di caratteri sono riservate — come ad esempio class e
public — non sono identificatori
• l’uso dei caratteri minuscoli e maiuscoli è significativo – ad esempio, alfa e Alfa sono identificatori diversi
Le basi del linguaggio Java 21
Sintassi per gli identificatori
identificatore: sequenza-caratteri ma non parola-chiave
sequenza-caratteri: carattere-alfabeticosequenza-caratteri carattere-alfanumerico
carattere-alfanumerico: carattere-alfabeticocifra
carattere-alfabetico: uno di a à b c ... x y z A À B C ... X Y Z
cifra: uno di 0 1 2 ... 8 9
parola-chiave: uno di abstract boolean break byte case catch char class const continue default do double else extends final finally float for goto if implements import instanceof int interface long native new package private protected public return short static super switch synchronized this throw throws transient try void volatile while
Le basi del linguaggio Java 22
Introduzione alla semantica di Java
La semantica di un linguaggio • stabilisce quali sono le frasi valide tra quelle ben formate
– la sintassi è uno strumento troppo povero
• si occupa dell’interpretazione (del significato) delle frasi valide
– legame stretto tra sintassi e semantica
Le basi del linguaggio Java 23
Frasi ben formate e frasi valide
Una istruzione valida
System.out.println("ciao a tutti");
Una istruzione ben formata – ma non valida
System.out.stampa("ciao a tutti");
Una istruzione che non è ben formata
System.out.println("ciao a tutti";
• la sintassi caratterizza le frasi ben formate
• le frasi valide sono un sottoinsieme delle frasi ben formate
• i tipi rivestono un ruolo importante nel discriminare tra frasi valide e no
Le basi del linguaggio Java 24
Semantica di una frase
La semantica di una frase dipende anche dal tipo
della frase • la semantica di una espressione viene data in termini di un tipo
e di un valore
• la semantica di una istruzione viene data in termini dell’effetto
dell’esecuzione dell’istruzione
– in modo diverso per istruzioni semplici e istruzioni strutturate
Le basi del linguaggio Java 25
Semantica delle espressioni
a + b
• è una espressione ben formata
• è anche valida se (ad esempio)
– a e b sono variabili di tipo int
– alle variabili a e b è stato già assegnato un valore
– in questo caso è una espressione di tipo int
Semantica statica• controllata durante l’analisi statica del codice (dal compilatore)
– assegna un tipo a ogni espressione
Semantica dinamica• valutata durante l’esecuzione dinamica del codice
– assegna un valore a ogni espressione
• il valore di a+b è dato dal valore di a sommato a quello di b
– è noto solo durante l’esecuzione Le basi del linguaggio Java 26
Semantica delle istruzioni
somma = a + b;
• è una istruzione ben formata
• è anche valida se (ad esempio)
– a, b e somma sono variabili di tipo int
– alle variabili a e b è stato già assegnato un valore
Semantica statica • principalmente compatibilità tra tipi
Semantica dinamica • in questo caso
– valuta l’espressione a+b
– memorizza il valore calcolato nella variabile somma
Le basi del linguaggio Java 27
Semantica delle istruzioni semplici
System.out.println("ciao a tutti");
Semantica statica • esiste l’oggetto System.out?
• qual è il tipo dell’oggetto System.out?
• per il tipo dell’oggetto System.out esiste una operazione di
nome println che ha come parametro una stringa?
Semantica dinamica • invia il messaggio println("ciao a tutti") all’oggetto
System.out
– poi System.out sa che cosa fare...
Le basi del linguaggio Java 28
Semantica delle istruzioni strutturate
La semantica di Java si occupa anche della
semantica delle istruzioni strutturate (istruzioni
che al loro interno contengono altre istruzioni)
while (i<=n) {
somma = somma + i;
i = i + 1;
}
la semantica delle istruzioni strutturate viene data in
termini di – esecuzioni delle istruzioni contenute
– valutazioni delle condizioni di controllo
Le basi del linguaggio Java 29
Sintassi, semantica ed errori
Possibili errori di programmazione• la frase non è ben formata
– errori sintattici o grammaticali
• la frase è ben formata ma non è valida
– errori semantici
– errori di semantica statica ed errori di semantica dinamica
• la frase è valida – ma il suo significato è diverso da quello
voluto
– errori logici
Le basi del linguaggio Java 30
Errori sintattici
System.out.println(ciao a tutti);
// ERRORE: mancano le virgolette
System.out println("ciao a tutti");
// ERRORE: manca un punto
a = 10,
// ERRORE: virgola al posto di
punto e virgola
Gli errori sintattici sono riconosciuti e segnalati dal
compilatore
Le basi del linguaggio Java 31
Errori semantici
System.out.stampa("ciao a tutti");
// ERRORE: il metodo stampa non è definito
system.out.println("ciao a tutti");
// ERRORE: system.out non è un
// riferimento valido
Gli errori semantici sono di due tipi • errori di semantica statica
– riconosciuti e segnalati dal compilatore (come i due errori mostrati qui sopra)
• errori di semantica dinamica
– possono verificarsi durante l’esecuzione del programma (non sono
riconosciuti dal compilatore)
Le basi del linguaggio Java 32
Errori logici
System.out.print("ciao a tutti");
// ERRORE: andava usato il metodo println
doppiodin = n+2;
// ERRORE: + anziché *
Gli errori logici non sono riconosciuti dal
compilatore, e possono verificarsi durante
l’esecuzione del programma
Le basi del linguaggio Java 33
Introduzione alle istruzioni di Java
Una applicazione Java, nella sua forma più
semplice
• il corpo del metodo main è una sequenza di istruzioni e
dichiarazioni
/* Applicazione che visualizza una frase sullo schermo. */
class ScrittoreSulloSchermo {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("ciao a tutti");
System.out.println("questo testo introduce");
System.out.println("i fondamenti dell'informatica");
}
}
eventuale clausola di importazione commento sull’applicazione
nome dell’applicazione sequenza di istruzioni e dichiarazioni
Le basi del linguaggio Java 34
Una classificazione delle principali
istruzioni di Javaistruzione o
dichiarazione
dichiarazionevariabile locale
istruzione
istruzionesemplice
istruzionestrutturata
istruzioneespressione
istruzionereturn
istruzioneassegnazione
istruzioneinvocazionedi metodo
istruzionedi incrementoo decremento
istruzionecreazionedi oggetto
istruzioneripetitiva
istruzionecondizionale
blocco
istruzioneif-else
istruzioneif
istruzionefor
istruzionewhile
istruzionedo-while
istruzionebreak
istruzionecontinue
istruzionevuota
Le basi del linguaggio Java 35
Una classificazione delle principali
istruzioni di Java
Dichiarazioni • di variabili, locali a un metodo
Istruzioni • istruzioni semplici
– invocazione di metodo, assegnazione, ...
– istruzioni atomiche
• istruzioni strutturate
– blocco, istruzioni condizionali, istruzioni ripetitive
– istruzioni non atomiche, ― molecolari‖
– sono istruzioni di controllo
Le basi del linguaggio Java 36
Conoscenze acquisite
Analogia tra il linguaggio naturale e il
linguaggio di programmazione
Modalita’ di generazione delle regole
grammaticali in un linguaggio
Le basi del linguaggio Java 38
Competenze acquisite
Saper individuare gli errori presenti in un programma
Saper leggere le informazioni sugli errori, che si hanno in
fase di compilazione
Saper distinguere gli errori sintattici dagli errori semantici
Le basi del linguaggio Java 39
Parole chiave
Alfabeto, grammatica, frase, sintassi, semanticaFrase ben formata, frase validaCategoria sintattica, produzioni, assioma, parole chiaveErrori sintattici, semantici, logici
Le basi del linguaggio Java 40