Elementi di InformaticaA. A. 2016/2017

Ing. Nicola Amatucci

Università degli studi di Napoli Federico II

Scuola Politecnica e Delle Scienze di Base

nicola.amatucci@unina.it

Programmazione C++Parte 3

Da dove studiare?

• «Che C Serve», Capitolo 6• Da 6.1 a 6.7

• Riferimento: Appendice B

Moduli (1/2)

• Un programma descrive un algoritmo che risolve un problema

• Per risolvere un problema possiamo utilizzare vari approcci• Bottom-up, Top-down, …

• Il problema viene quindi scomposto in sotto-problemi più piccoli che sonorisolvibili tramite un algoritmo tipicamente più semplice o ben noto• Si cerca di ridurre la complessità del sistema

• Si suddivide un algoritmo in moduli• Componenti capaci di svolgere specifiche funzioni• Autonomo e ben identificato• Riusabile

Moduli (2/2)

• Ogni modulo implementa un algoritmo o una sua parte• Ci interessa sapere cosa fa e come deve essere utilizzato• Non ci interessa (necessariamente) sapere come è fatto dentro• Molti moduli sono "chiusi", ovvero non è possibile vedere cosa fanno al loro interno

(ad es. moduli a pagamento)

• Ogni modulo è identificato da un nome con cui può essere chiamato (oattivato)• È come se diventasse una nuova istruzione del linguaggio in uso• È fatto da istruzioni• Ha degli ingressi e delle uscite• Chi lo ha chiamato prende il nome di chiamante

Moduli e Funzioni

• Le funzioni in C/C++ sono sottoprogrammi• Contenitori di frammenti di codice che implementano un algoritmo

• Richiamabili tramite un nome

• Una chiamata a funzione provoca l'esecuzione del codice in essa contenuto• Alla funzione possono essere dati dei parametri di ingresso

• Una funzione può avere parametri di uscita• Tali parametri sono ritornati al chiamante tramite l'istruzione return

• Se non li ha prende il nome di procedura

Vantaggi

• Sinteticità• Il codice non viene duplicato• I programmi diventano più brevi e di dimensioni "gestibili"

• Leggibilità• Un algoritmo diviso in funzioni (chiamate in modo consono) diventa facilmente leggibile

• Scomposizione del problema• La divisione in funzione permette di realizzare il programma in modo modulare, suddividendo

il lavoro tra più persone

• Riuso• È possibile usare funzioni scritte da altri, raccolte in librerie• Non ci interessano i dettagli dell'algoritmo che implementano

Dichiarare una Funzione

• Per utilizzare una funzione ci servono• Il suo nome

• Il tipo e l'ordine dei parametri in ingresso

• Il tipo di ritorno (se previsto)

• L'insieme di queste informazioni si definisce "firma" (o intestazione)della funzione

tipo_restituito nome_funzione (tipo_ingresso1 nome_variabile_ingresso1,tipo_ingresso1 nome_variabile_ingresso2, …)

Tipo Restituito

• Può essere un tipo di dato semplice o strutturato• int, long, …• char[], struct Contatto, …

• In caso la funzione non debba ritornare nulla, si dichiara che l'insiemedi ritorno è "void" (ovvero vuoto)

• Il valore viene ritornato al chiamante tramite l'istruzione return• Va specificato il valore o la variabile da ritornare• In caso sia "void", basta la sola istruzione return

Nome

• Il nome di una funzione rispetta le convenzioni di cui abbiamodiscusso per le variabili• essere formati da lettere minuscole o maiuscole, numeri e underscore (_)

• cominciare con una lettera o un underscore

• non essere parole chiave del C++

• Come per le variabili, maiuscole e minuscole sono differenti in C++• Ad es. «funzione1» è un nome diverso da «Funzione1»

Parametri

• Una funzione può avere degli input, ovvero i dati in ingresso delproblema• Tali input prendono il nome di parametri della funzione

• Distinguiamo tra parametri formali ed effettivi• Formali

• Sono i parametri che la funzione utilizza al suo interno• Sono variabili che esistono e possono essere utilizzati solo all'interno della funzione

• Effettivi• Sono i parametri passati alla funzione dal chiamante• Sono i valori su cui effettivamente opera l'algoritmo, copiato nelle variabili relative ai

parametri formali

Parametri Formali ed Effettivi

• Non c'è bisogno che parametri effettivi e formali abbiano lo stesso nome• Viene considerata la posizione del parametro all'interno della firma della funzione

• All'atto della chiamata• Viene copiato il valore di ogni parametro effettivo nella rispettiva posizione di

memoria relativa al parametro formale nella stessa posizione• Prima dell'esecuzione, il compilatore controlla che i tipi di parametri formali ed effettivi

coincidano

• Viene eseguito il codice della funzione

• Viene reso disponibile in memoria l'output della funzione (se previsto)• Tipicamente lo si assegna ad una variabile o lo si usa in un'operazione

Esempi di firme di funzioni

int potenza(int p, int esp)

float somma(float a, float b)

void stampa_somma(float a, float b)

int leggi_intero()

int main(int argc, char** argv)

• Anche main, in cui siamo abituati a scrivere il nostro codice è unafunzione

• È l'entry point del programma• È la funzione da cui comincia l'esecuzione del programma

• Viene invocata dal sistema operativo direttamente

• Il valore ritornato prende il nome di "error code" e viene interpretato dalsistema operativo• 0, tutto ok

Esempio – Distanza tra due punti

• Calcolo della distanza tra due punti nel piano cartesiano (ipotenusa diun triangolo rettangolo)

http://www.youmath.it/formulari/formulari-di-geometria-analitica/426-distanza-tra-due-punti-nel-piano.html

Esempio – Distanza tra due punti

• Vogliamo calcolare

• Per realizzare la funzione d(P1,P2)• Dividiamo in sotto-problemi

• double radice_quadrata(double x)• double quadrato(double x1, double x2)

• Avremo• q1 = quadrato(x1, x2)• q2 = quadrato(y1, y2)• d = radice_quadrata( q1 + q2 )

Le librerie di funzioni

• Sono raccolte di funzioni che implementano algoritmi noti per larisoluzione di sotto-problemi comuni• Ad es. calcolo della radice quadrata

• Alcune raccolte sono messe a disposizione con il compilatore• Sono inclusi in file che vanno inclusi nel nostro programma con la direttiva #include

• Ad es. iostream

• Includendo la libreria "math.h" si ha la possibilità di utilizzare alcunefunzioni che risolvono semplici problemi matematici• Vedi "Appendice B" del libro "Che C serve?"• In particolare, a noi serve la funzione con la firma

• double sqrt(double x)

Esempio – Distanza tra due punti

double quadrato(double x1, double x2) {

double q = (x1*x1) + (x2*x2);

return q;

}

double distanza(double x1, double x2, double y1, double y2) {

double c;

c = sqrt( quadrato(x1, x2) , quadrato(y1,y2) );

return c;

}

int main() {

cout << distanza (3,3,4,4);

}

Esercizio 1

• Scrivere il prototipo di una funzione che accetti in ingresso un numerointero e restituisca un valore che indichi se il numero in ingresso è unnumero primo

• Si implementi poi tale funzione

• Si realizzi infine un programma chiamante che verifichi il correttocomportamento della funzione implementata

• Definizione di numero primo:• un numero intero positivo è numero primo se è divisibile solo per 1 e per sé stesso

Esercizio 2

• Utilizzando la funzione per la rivelazione dei numeri primi• si realizzi una seconda funzione che, dato un numero intero dall’utente,

stampi tutti i numeri primi minori o uguali ad esso

Esercizio 3

• Scrivere il prototipo di una funzione che accetti in ingresso tre interi e,interpretandoli come giorno, mese ed anno, restituisca un valore cheindichi se la data specificata è una data valida.

• Si implementi poi la funzione.

• Si realizzi infine un programma chiamante (main) che verifichi ilcorretto comportamento della funzione

Il passaggio dei parametri

• I parametri effettivi in C++ sono nella maggior parte dei casi copiati all'internodelle variabili utilizzate all'interno della funzione• Il parametro effettivo del chiamante non viene modificato all'interno della funzione

• Ad es. consideriamo la funzione

void incrementa(int i) {i++;

}

• Data la variabile "int numero = 1", se richiamiamo "incrementa(numero)",• Il valore di i, inizialmente 1, diventerà invece 2• il valore numero rimarrà invariato• È stato passato alla funzione solo il valore della variabile

Passaggio per valore

• Il passaggio dei parametri in C++, in assenza di esplicite direttive, avvienesecondo la modalità detta per valore

• Questo significa che, all’atto della chiamata di una funzione, il compilatorerealizza una copia dei parametri effettivi e la associa ai parametri formali

• La funzione lavora dunque su delle copie dei parametri effettivi localizzatein aree di memoria completamente diverse, e non sui parametri effettiviveri e propri

• Le copie vengono distrutte al termine della funzione: del loro valore,eventualmente alterato all’interno della funzione, non resta traccia

Passaggio per valore

• Vantaggi:• dal punto di vista del programma chiamante:

• il chiamante di una funzione può essere certo che i parametri ad essa passati non potrannoessere alterati in seguito alla chiamata

• dal punto di vista della funzione:• la funzione, se lo crede opportuno, può modificare i parametri a suo piacimento con la

certezza che le modifiche non saranno visibili all’esterno di essa

• Svantaggi:• l’occupazione di memoria risulta doppia rispetto al necessario• il tempo per effettuare la copia dei parametri, specialmente nel caso in cui questi

siano appartenenti a tipi strutturati di grosse dimensioni, può degradare leprestazioni di un programma

Passaggio per riferimento

• Non viene più passato il valore, ma il riferimento alla posizione dimemoria della variabile (il suo indirizzo di memoria)

• Per richiedere questo tipo di passaggio, bisogna aggiungere ilcarattere ‘&’ tra il tipo ed il nome del parametro in questione

void incrementa(int &i) {

i++;

}

Passaggio per riferimento

• Vantaggi:• il passaggio è più efficiente dal momento che, a prescindere dalle dimensioni

del dato, quello che deve essere passato è sempre e solo un indirizzo dimemoria

• Svantaggi:• si perde il meccanismo di protezione garantito dal passaggio dei parametri

per valore

Valore o riferimento?

• Parametri di ingresso• parametri di ingresso, se ai fini della corretta esecuzione della funzione è sufficiente, per la funzione stessa,

esclusivamente leggere il loro valore;• Passati per valore• Ad es. bool numero_pari(int n)

• Parametri di ingresso/uscita• parametri di ingresso-uscita, se il loro valore all’ingresso della funzione è significativo ai fini della elaborazione

che essa realizza ma vengono anche alterati per convogliare informazioni verso il chiamante;• Passati per riferiemento• Ad es. void incrementa(int &n)

• Parametri di uscita• parametri di uscita, se essi rappresentano esclusivamente un supporto per convogliare informazioni verso

l’esterno della funzione;• Passati per riferimento• Ad es. void giorno_oggi(int &giorno)

Il passaggio di parametri const

• Problema• È necessario passare un dato di grosse dimensioni conservando l’efficienza e

proteggendolo comunque da modifiche indesiderate

• Soluzione• Durante lo scambio dei parametri, se si fa anticipare al tipo del parametro la

keyword const, si impedisce del tutto alla funzione di modificare il parametroall’interno di essa

• Nel caso di passaggio per riferimento, la clausola const risolve il problema dimodifiche indesiderate ai parametri, consentendo contemporaneamente disfruttare l’efficienza intrinseca di questa modalità

Passaggio di Array

• Dato un array "int vettore[10]", se stampiamo la variabile "vettore", notiamo un valore insolito• Viene stampata la posizione del primo elemento in memoria

• Quando passiamo un array ad una funzione, viene copiato questo indirizzo per valore• Ma questo valore non è altro che un riferimento ad un array!

• La funzione lavorerà sull'area di memoria dell'array originale• L'array originale non sarà protetto dalle modifiche• Anteporre "const" ad un parametro di tipo array permette di evitare modifiche

• void stampa_vettore(const int vettore[10])

Passaggio di Array

• Un array monodimensionale può essere passato specificando o meno la sua dimensione• void stampa_vettore(const int vettore[10])

• void stampa_vettore(const int vettore[])

• In entrambi i casi, conviene passare esplicitamente anche il numero di elementi che effettivamente lo compongono, oppure usare un carattere terminatore (ad es. nelle stringhe)• void stampa_vettore(const int vettore[], const int numero_elementi)

Passaggio di una Matrice

• Le matrici sono Array• Valgono le considerazioni fatte per gli array

• Mentre per un array monodimensionale possiamo omettere ladimensione, per una matrice deve essere specificata la secondadimensione (ovvero le colonne)• void stampa(int m[][10])

• Questo dipende dal fatto che il C++ deve necessariamente conoscerequante "celle di memoria" occupa una riga

Riepilogo

Nel prototipo Modalità di passaggio Quando si usa Note

int n Passaggio per valore Parametro in ingresso Le modifiche non sonopropagate all'esterno

const int n Passaggio const per valore Parametro in ingresso Le modifiche non sonopropagate all'esterno

int &n Passaggio per riferimento Parametro di uscita o diingresso/uscita

Le modifiche sonopropagate all'esterno

const struct Contatto c Passaggio per riferimento Parametro di ingresso digrosse dimensioni

Non può esseremodificato

int v[] Passaggio per riferimentodi un vettore

Vettore di uscita oingresso/uscita

Viene copiato il puntatoreal vettore e non il vettore.Le modifiche sipropagano.

const int v[] Passaggio const perriferimento di un vettore

Vettore di ingresso Il vettore non può esseremodificato

Esercizi

• Scrivere il prototipo di una funzione che realizzi il prodotto scalare di due vettori

• Scrivere il prototipo di una funzione che calcoli la media dei componenti di unvettore

• Scrivere il prototipo di una funzione che calcoli il minimo di un vettore

• Scrivere il prototipo di una funzione che realizzi il concatenamento di due vettori

• Implementare le funzioni summenzionate ed i rispettivi main per il testing

Esercizi

• Implementare le seguenti funzioni ed i rispettivi programmi di testing:• void calcolaModulo(float PReale, float PImmag, float& Modulo);

• float calcolaModulo(float PReale, float Pimmag);

• float calcolaModulo( const NumeroComplesso& n);• Dove “NumeroComplesso” è un tipo strutturato composto dai campi “P_reale” e

“P_immaginaria”

• int quantiAnniHa(const Persona& p); e void stampaNome(const Persona& p);• Dove “Persona” è un tipo strutturato composto dai campi “Nome” ed “Età”