linguaggi di programmazione: le...

Andrea Prevete - UNINA2 - a.a. 2009/101

ELEMENTI DI PROGRAMMAZIONE

LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE:

LE BASI


LINGUAGGI DI

PROGRAMMAZIONE: LE BASI

Un computer digitale è un dispositivo che elabora simboli codificati (a partire da un alfabeto finito di simboli primitivi, ‘cifre’ o

‘digit’) così che, opportunamente interpretati, i simboli di partenza e quelli terminali costituiscono rispettivamente la descrizione di un problema e la sua

soluzione.


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PROGRAMMAZIONE: LE BASIOsservando l’azione di un repertorio di

quadruple che duplica una sequenza di ‘1’ sul nastro di una macchina di Turing possiamo

ragionevolmente interpretare il tutto affermando che la macchina ha eseguito una

moltiplicazione per due.

Immaginiamo però di voler determinare le quadruple capaci, dato due interi qualsiasi x

ed y, di eseguire l’operazione xy.

Il compito ci appare fastidioso ed innaturale!


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Il codice “base” delle quadruple è evidentemente sufficiente alla macchina per manipolare

efficientemente i suoi simboli-nastro, ma prolisso e non intuitivo rispetto alle nostre necessità di descrivere dati e passi risolutivi di un problema!


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Allo stesso modo una sequenza di istruzioni di una macchina di Von Neumann (quindi il PC che abbiamo in questo momento sulla scrivania!), pur perfetta per manipolare

efficientemente i contenuti di celle di memoria e registri, è interpretabile per i macroeffetti che produce (e quindi al livello del problema!) solo a patto di un esame attento e minuzioso


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PROGRAMMAZIONE: LE BASIEsempio di sequenza per stampare le parole immesse dalla tastiera (processore x86):READ_STRING:

MOV BX, KEYBOARD

MOV CX, L_BUFFER

LEA DX, BUFFER

MOV AH, 3FH

INT 21H

MOV BYTES_READ, AX

CMP BYTES_READ, 0

JE FINISHED

MOV BX, PRINTER

MOV CX, BYTES_READ

LEA DX, BUFFER

MOV AH, 40H

INT 21H

JMP READ_STRING

FINISHED:


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Fortunatamente, in tutti i moderni sistemi di elaborazione, l’interazione con la macchina reale è mediata da almeno due componenti fondamentali ..

1) il Sistema Operativo, che garantisce la “virtualizzazione” di tutta una serie di servizi fondamentali quali la gestione della memoria fisica, delle periferiche, dell’interfaccia utente, etc.

2) i linguaggi di programmazione cosiddetti di alto livello, che consentono di progettare e realizzare compiti elaborativi concentrandosi sul livello del problema e quindi astraendo dalle specifiche tecniche della macchina fisica.


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L’ insieme di istruzioni scritte in un linguaggio di

programmazione ad alto livello prende il nome di

codice sorgente ed è generalmente contenuto in

uno o più file le cui estensioni caratterizzano

linguaggio usato, per es: mioprog.c, o mioprog.cpp


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La definizione di un Linguaggio richiede :

1) Un alfabeto, cioè l’insieme di simboli con cui si può costruire il suo

lessico, ovvero i termini del linguaggio

2) Una sintassi, quindi le regole di composizione dei termini in frasi

ben formate del linguaggio

3) Una semantica, cioè il significato delle frasi ben formate del

linguaggio

Un parser o analizzatore sintattico per un linguaggio è una

procedura che analizza frasi del linguaggio stesso accettando solo

quelle ben formate nel senso visto sopra.


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Perché possano essere eseguite da una

macchina reale le istruzioni scritte in un

linguaggio di alto livello devono essere

tradotte nelle corrispondenti istruzioni native

della macchina che li eseguirà.

Questo processo può avvenire

essenzialmente utilizzando due strategie:

� Un processo di compilazione

� Un processo di interpretazione


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Sintetizzando …

Un compilatore traduce “definitivamente” uno o più file contenenti le istruzioni in linguaggio ad alto livello producendo il cosiddetto file eseguibile:

> compila file_sorgente.src �� file_eseguibile.exe

A questo punto il file eseguibile può essere lanciato ogni volta che si vuole e senza ulteriori interventi del compilatore:

> esegui file_eseguibile.exe

Vantaggi:La traduzione, come detto sopra, è realizzata una volta sola e l’eseguibile è quindi sempre pronto per essere lanciato

Svantaggi:Per eseguire il programma su macchine diverse occorre compilare ogni volta i sorgenti!


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Un Interprete, invece, ogni volta che viene chiamato in causa

traduce ed esegue una per volta le istruzioni contenute nel file

sorgente:

> Interpreta file_sorgente.src

Vantaggi:

L’interpretazione è più flessibile, perché è possibile eseguire lo

stesso file sorgente su macchine diverse

Svantaggi:

E’ sicuramente meno efficiente dovendo ogni volta, prima di

eseguire, tradurre da linguaggio sorgente a linguaggio

macchina



LE BASISono possibili ibridazioni fra le due tecniche (per es. Java):

Le istruzioni vengono tradotte in un linguaggio intermedio (bytecode)

indipendente dalla macchina, quindi interpretate ed eseguite.

Il primo passo viene eseguito da un compilatore

Il secondo da un interprete

> compila file_sorgente.src �� file_intermedio.obj

> interpreta file_intermedio.obj

Sono quindi assicurati i vantaggi dei due approcci:

• Il metodo è efficiente perché il linguaggio intermedio è “molto vicino” al

linguaggio macchina e la sua interpretazione - ed esecuzione - è veloce

• è anche flessibile perché è possibile eseguire il codice intermedio su

macchine diverse


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LE BASIUNA TASSONOMIA PER I LINGUAGGI DI PROGRAMMAZIONE

- Linguaggi imperativiBasati sul concetto di assegnamento: le istruzioni sono sostanzialmente operazioni di modifica delle strutture dati[es: Fortran, Cobol, Pascal, C, Basic]

- Linguaggi funzionaliBasati sul concetto di funzione: le istruzioni sono funzioni che vengono valutate [es: Lisp]

- Linguaggi logiciBasati sul concetto di dimostrazione: le istruzioni esprimono relazioni logiche tra input e output [es: Prolog]

- Linguaggi ad oggettiBasati sul concetto di dato come oggetto attivo, in grado di ricevere e inviare messaggi [es: Smalltalk, C++, CLOS, Java]

- Linguaggi di scriptingLinguaggi di programmazione interpretati che sono destinati in genere a compiti di automazione del sistema o delle applicazioni (macro), o ad essere usato all'interno delle pagine web. [es: Javascript, Php, Asp, Jsp, Python]


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Nella restante parte del corso avremo a che fare

essenzialmente con linguaggi imperativi.

Ribadiamo, a scanso di equivoci, che tutte le tipologie di

linguaggi prima citate sono equipotenti in termini di

ampiezza della classe di problemi che possono affrontare

e risolvere.

Scegliere un tipo di linguaggio piuttosto che un altro

significa optare per una certa prospettiva di descrizione di

un problema, selezionare una metodologia di approccio

alla soluzione – non certo dotarsi di strumenti più o meno

potenti.


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Passiamo finalmente ad occuparci di cosa concretamente ci rende

disponibile un linguaggio di tipo imperativo, sia in termini di descrizione dei

dati che di strumenti risolutivi.

Cominciamo con l’osservare che fondamentalmente un problema è sempre

caratterizzato da dei dati in ingresso su cui vogliamo operare per ottenere un

risultato. Quindi avremo bisogno di svolgere dei calcoli e di mettere da parte

dei risultati parziali. Per fare ciò, ci viene incontro la nozione di contenitore

dei dati, cioè un’astrazione della nozione di area di memoria contenente dei

dati. Tale contenitore di dati è detta variabile di un programma. In un

programma avremmo tante variabili quanti sono i dati che ci interessa

memorizzare! Ogni contenitore di dati (variabile) avrà un tipo; a seconda del

tipo di variabile, avremo un insieme di elementi rappresentabili ed un

insieme di operazioni possibili su di essa.



LE BASICertamente avremo a che fare con variabili di tipo intero (int);

ciascuna di queste variabili occuperà tipicamente 4 byte in

memoria (32 bit) e permetterà di rappresentare un intervallo di

numeri interi.

Tra le operazioni possibili incontreremo certamente le classiche

+, -, *, /, >,


Vi è poi da fare la distinzione tra dati di tipo semplice (Es. una variabile di tipo intero,

reale, testo o logico) ed i dati di tipo strutturato. I dati di tipo strutturato sono dati

composti, ad esempio matrici o vettori (es. [1 2 3 4 5]).

Un altro dato di tipo strutturato sono i record: strutture non uniformi, cioè contenenti

più valori non necessariamente dello stesso tipo.

Esempio:

1) NUM è una variabile di tipo int che vale 1

L’istruzione PRINT(NUM) stamperà il valore di NUM, quindi 1

2) VET è una variabile di tipo vettore di interi che contiene i tre interi 4, 5, -1

L’istruzione PRINT(VET[3]) stamperà il valore del terzo elemento del vettore,

quindi -1

3) REC è una variabile record composta dai tre campi NOME, COGNOME,

CODCLIENTE

L’istruzione PRINT(VET.CODCLIENTE) stamperà il contenuto del campo

CODCLIENTE del record corrente


LE BASI


Ma quali sono le istruzioni fondamentali

per lavorare sui dati?

Fondamentalmente tre:

1) Istruzioni di Input / Output;

2) Istruzioni di Assegnazione;

3) Istruzioni di controllo.


LE BASI


INPUT/ OUTPUT

Le istruzioni di ingresso / uscita permettono di

acquisire dati e di presentare risultati.

Ad esempio:

read (a) - acquisisci un dato da tastiera ed assegnalo

come valore alla variabile a;

print ('La media dei valori dati in ingresso è ',

media) - stampa il contenuto della variabile

media , preceduto da una stringa commento

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ASSEGNAZIONE

Le istruzioni di assegnazione modificano lo stato di memoria, cioè i valori dei contenitori dati (detti variabili).

Sono della forma:

VARIABILE = ESPRESSIONE

[(leggi: assegna a VARIABILE il valore di ESPRESSIONE)]

Es.: a = b + 3

ESPRESSIONE può essere una costante, una variabile, un’espressione algebrica, una funzione, etc

Una volta calcolato il valore di ESPRESSIONE sostituisce il vecchio valore di VARIABILE

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ISTRUZIONI DI CONTROLLO

Le istruzioni di controllo permettono di pilotare il

flusso di esecuzione delle istruzioni all’interno di un

programma, altrimenti puramente sequenziale.

Esempio:

IF x > 0,

esegui la prossima istruzione,

ELSE

termina l’esecuzione del programma.

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