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15.1 Introduzione Un computer è una macchina a stati in grado di eseguire delle operazioni aritmetico-logiche sui dei dati di ingresso e fornisce dei risultati. La logica con la quale il sistema elabora i dati di ingresso (input) per fornire dei risultati (output) è definita da quello che viene detto programma. Generalmente un programma (applicazione, file binario, eseguibile, script) nasce dallʼesigenza di trovare la soluzione ad un determinato problema (o classe di problemi) anche se i motivi che spingono i programmatori a scrivere i programmi possono essere molteplici: dal mero interesse pecuniario, allʼattrazione per la sfida (posta dal problema da risolvere), alla voglia di apprendere (sia perché le tecnologie sono sempre in evoluzione, sia perché i programmi possono essere scritti per vari scopi e quindi possono coinvolgere varie discipline, dalla grafica allʼaudio, alla gestione dei dati, allʼintelligenza artificiale, ...), alla voglia di creare qualcosa che possa essere utile per sé ed anche per altri. 15.2 Gli algoritmi ed i programmi Il PC è una macchina programmabile, ovvero che è in grado di elaborare dei dati in funzione di una determinata logica definita da qualcuno. La descrizione della logica in base alla quale il sistema deve elaborare i dati è detta algoritmo1 e consiste in un numero finito di passi da seguire per arrivare alla soluzione. Un algoritmo può essere espresso in varie forme, ma quelle più utilizzate sono essenzialmente due: il linguaggio naturale, o il diagramma a blocchi. Ad esempio, si considerino gli esempi riportati di seguito relativi ad un algoritmo che visualizza il massimo tra due valori inseriti, il primo è descritto col linguaggio naturale, mentre il secondo è un diagramma a blocchi (in tali esempi a e b sono i valori inseriti).

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15.1 Introduzione Un computer è una macchina a stati in grado di eseguire delle operazioni aritmetico-logiche sui dei dati di ingresso e fornisce dei risultati. La logica con la quale il sistema elabora i dati di ingresso (input) per fornire dei risultati (output) è definita da quello che viene detto programma.

Generalmente un programma (applicazione, file binario, eseguibile, script) nasce dallʼesigenza di trovare la soluzione ad un determinato problema (o classe di problemi) anche se i motivi che spingono i programmatori a scrivere i programmi possono essere molteplici: dal mero interesse pecuniario, allʼattrazione per la sfida (posta dal problema da risolvere), alla voglia di apprendere (sia perché le tecnologie sono sempre in evoluzione, sia perché i programmi possono essere scritti per vari scopi e quindi possono coinvolgere varie discipline, dalla grafica allʼaudio, alla gestione dei dati, allʼintelligenza artificiale, ...), alla voglia di creare qualcosa che possa essere utile per sé ed anche per altri.

15.2 Gli algoritmi ed i programmi Il PC è una macchina programmabile, ovvero che è in grado di elaborare dei dati in funzione di una determinata logica definita da qualcuno. La descrizione della logica in base alla quale il sistema deve elaborare i dati è detta algoritmo1 e consiste in un numero finito di passi da seguire per arrivare alla soluzione. Un algoritmo può essere espresso in varie forme, ma quelle più utilizzate sono essenzialmente due: il linguaggio naturale, o il diagramma a blocchi.

Ad esempio, si considerino gli esempi riportati di seguito relativi ad un algoritmo che visualizza il massimo tra due valori inseriti, il primo è descritto col linguaggio naturale, mentre il secondo è un diagramma a blocchi (in tali esempi a e b sono i valori inseriti).

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Esistono essenzialmente due tipi di approccio per la stesura di un algoritmo che hanno caratteristiche opposte

top-down è lʼapproccio più classico. È il metodo secondo il quale chi scrive lʼalgoritmo deve avere da subito unʼidea della struttura dellʼalgoritmo stesso: la stesura dellʼalgoritmo inizia dal suo inizio e procede sequenzialmente fino ad arrivare alla fine;

bottom-up è lʼapproccio nato per la stesura di algoritmi relativi a problemi più complessi. Si basa sul motto latino “divide et impera”, ovvero il problema viene spezzato in sottoproblemi più facili da risolvere e si inizia a stendere lʼalgoritmo per questi. Quindi si combinano insieme le varie parti fino ad ottenere lʼalgoritmo che risolve il problema nel suo complesso.

Nella realtà per la stesura di un algoritmo si fa generalmente uso di entrambe le due tecniche: per lo sviluppo delle parti per le quali è necessario avere una visione dʼinsieme del problema si utilizza la

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tecnica top-down, mentre per sviluppare le parti per le quali si sente più lʼesigenza di concentrarsi sul dettaglio, si utilizza la tecnica bottom-up. Un algoritmo, sia esso espresso in linguaggio naturale che sottoforma di diagramma a blocchi, descrive i passi necessari per la soluzione di un problema, ma non è comprensibile da un computer. A tal fine esso deve essere trasformato in un programma. Un programma infatti non è altro che lʼimplementazione di un algoritmo in un linguaggio comprensibile allʼelaboratore, cioè una sequenza finita ed ordinata di istruzioni eseguibili in un tempo finito. La CPU è in grado di comprendere solo un particolare insieme di istruzioni: il linguaggio macchina (o codice macchina) composto da particolari sequenze di valori binari. Scrivere un programma in linguaggio macchina non è né pratico né agevole. Ecco quindi che sono nati i linguaggi di programmazione, dei linguaggi intermedi, molto vicini al linguaggio naturale (rispetto al linguaggio macchina), che rendono più facile la vita al programmatore. Una volta scritto un programma con il linguaggio di programmazione desiderato esistono degli appositi programmi che fanno la “traduzione” del programma in linguaggio macchina, in maniera da renderlo comprensibile alla CPU e, quindi, eseguibile. Esistono essenzialmente due metodi per effettuare la traduzione di un programma in linguaggio macchina: lʼinterpretazione e la compilazione, che si basano su tecniche diverse descritte di seguito. Un programma è generalmente memorizzato sul file system allʼinterno di uno o più file, detti file sorgenti, che contengono quello che viene definito appunto il codice (sorgente) del programma, cioè il programma scritto nel linguaggio di programmazione scelto. 15.2.1 Lʼinterprete

Lʼinterprete è un programma in grado di tradurre in linguaggio macchina e fare eseguire un file sorgente scritto in un particolare linguaggio di programmazione. Ovviamente ogni interprete sarà in grado di tradurre i programmi scritti nel linguaggio di programmazione che esso comprende.

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Lʼinterprete legge, traduce e fa eseguire alla CPU le istruzioni presenti nel file sorgente, una dopo lʼaltra. Questo implica il fatto che è necessario che lʼinterprete sia presente ed in esecuzione sul sistema ogni volta che il programma deve essere eseguito, poiché altrimenti la CPU non sarebbe in grado di eseguire il file sorgente: è scritto in un linguaggio che essa non comprende.

Di seguito sono elencati i vantaggi e gli svantaggi dellʼutilizzo di un interprete

• lʼinterprete deve necessariamente essere eseguito ogni volta che deve essere eseguito il programma;

• durantre lʼesecuzione del programma la memoria del sistema viene occupata sia dallʼinterprete (che deve essere necessariamente eseguito) che dal programma da eseguire;

• poiché lʼinterprete traduce e fa eseguire alla CPU istruzione per istruzione il programma, il tempo di esecuzione di ogni istruzione è sovraccaricato dal tempo di traduzione dellʼistruzione stessa. Il risultato è quello di avere tempi di esecuzione più alti rispetto a quelli effettivamente necessari allʼesecuzione dellʼistruzione da parte della CPU;

• lʼutilizzo dellʼinterprete rende molto snella ed immediata la gestione della correzione e verifica dei programmi in fase di test;

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15.2.2 Il compilatore

Il compilatore è un programma in grado di tradurre in linguaggio macchina uno o più file sorgenti scritti in un particolare linguaggio di programmazione. Esso fornisce come output un file eseguibile. Tale file è il risultato della traduzione dei file sorgenti ed è quindi direttamente comprensibile dalla CPU. Quindi per la sua esecuzione non è necessario avere il compilatore.

La compilazione scinde la fase di traduzione delle istruzioni contenute nei file sorgenti da quella di esecuzione. Essa è relativa soltanto alla fase traduzione di un programma in linguaggio macchina ma non è legata in alcun modo alla sua esecuzione. In particolare, la compilazione di un programma si compone di due fasi distinte (v. fig. 15.5):

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compilazione è la fase di traduzione dei file sorgenti in linguaggio macchina e fornisce come risultato dei file intermedi detti file oggetto che non sono comprensibili dal sistema, ma servono per la fase di linking;

linking è la fase di collegamento (link) dei file oggetto e delle

librerie (statiche) per la produzione del file eseguibile; In genere un programma si appoggia a delle librerie di sistema (ed eventualmente anche a delle librerie specifiche) per poter essere avviato, terminato ed eseguito. Il codice eseguibile presente in tali librerie deve essere inserito nel file eseguibile, risultato della compilazione del programma, in maniera tale che il file stesso risulti indipendente. Di seguito sono elencati i vantaggi e gli svantaggi dellʼutilizzo di un compilatore • il compilatore è necessario soltanto in fase di traduzione dei

file sorgenti, non durante lʼesecuzione del programma. Il tempo di compilazione è generalmente non trascurabile;

• durante lʼesecuzione del programma la memoria del sistema viene occupata soltanto dal programma da eseguire;

• poiché il file eseguibile prodotto dalla compilazione è già comprensibile dalla CPU, il tempo di esecuzione è quello

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strettamente necessario allʼesecuzione delle istruzioni. Non ci sono tempi morti durante lʼesecuzione;

• lʼutilizzo del compilatore rende un poʼ lenta la gestione della correzione e verifica dei programmi in fase di test (perché il tempo di compilazione può essere lungo);

15.3 I metodi di programmazione Scrivere programmi è unʼattività delicata poiché sebbene sia relativamente facile scrivere programmi, è difficile scrivere buoni programmi. Un buon programma non è quello che funziona, ma quello che, oltre a funzionare, permette unʼagevole manutenzione. Di seguito sono elencate delle regole generali utili per la scrittura di buoni programmi, anche se lʼesperienza e le capacità del programmatore rimangono comunque i fattori determinanti della bontà di un programma.

Quando si scrivono programmi, oltre a conoscere bene il linguaggio di programmazione utilizzato (la sua sintassi, le sue funzioni, ...) la prima cosa da non sottovalutare è la leggibilità del codice. Al computer non importa affatto della leggibilità del codice, ma è sufficiente che non vi siano errori di sintassi per poter eseguire il programma. Bisogna però considerare che quel programma andrà manutenuto o comunque eventualmente corretto e quindi la sua correzione (che potrebbe avvenire anche in un momento piuttosto distante da quello di termine dei lavori o da persone diverse da quelle che lo hanno scritto) risulterà di gran lunga agevolata quanto più sarà facile comprenderne il codice. A tal fine, oltre ad essere estremamente consigliato lʼutilizzo di un linguaggio di programmazione ad alto livello, si possono utilizzare vari espedienti, come lʼuso di nomi esplicativi di varibili e funzioni (v. sez. 15.4), lʼuso adeguato di commenti e dellʼindentazione2 delle istruzioni, ...

Per migliorare la leggibilità del codice è anche opportuno seguire le regole della programmazione strutturata3. Il riutilizzo di porzioni di codice già scritte è da incoraggiare, ma ciò non deve andare a

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scapito della comprensibilità del codice. In pratica, si tratta di eliminare i salti nellʼordine di esecuzione del codice a blocchi di istruzioni scritti qua e là nel programma (questo generalmente viene fatto con istruzioni tipo goto4), preferendo una logica di esecuzione sequenziale ed utilizzando costrutti più vicini alla logica umana, come quelli seguenti

istruzioni condizionali - costrutto if ... then ... else se la condizione X è vera allora esegui le seguenti istruzioni ... altrimenti esegui le seguenti istruzioni ...

cicli di istruzioni - costrutto do ... while (o ciclo for) se la condizione X è vera esegui le seguenti istruzioni ... ritorna ad eseguire il flusso del programma a partire dallʼistruzione “se la condizione X è vera ...”

La sintassi dei linguaggi ad alto livello contiene questi tipi di costrutti, che aiutano a rendere più agevole e chiara la scrittura del codice.

Esiste comunque anche un uso dei salti di esecuzione allʼinterno del codice che va incontro alla programmazione strutturata, ovvero che non va a scapito della chiarezza dei programmi. Questo accade quando tale istruzione è utilizzata per uscire dai cicli (anche annidati), anche se i linguaggi di programmazione mettono a disposizione apposite istruzioni per tale esigenza.

Parti di codice indipendenti e già collaudate, che devono essere riusate spesso nei programmi, possono essere utilizzate per formare delle librerie (ovvero scritte e compilate una volta per tutte e messe a disposizione per ulteriori utilizzi). Inoltre, quando ci si accinge a scivere un programma è opportuno chiedersi se qualcunʼaltro si sia già scontrato con il problema che si tenta di risolvere, in modo da poterne eventualmente riutilizzare parte del codice (che magari è anche già testato). Sempre nellʼottica di migliorare la riusabilità del codice, la sua comprensione e manutenibilità, è stata introdotta negli anni ʼ90 la programmazione ad oggetti (OOP - Object Oriented Programming) che estende il concetto classico di programmazione funzionale (o per funzioni), suddividendo il programma in un insieme di oggetti indipendenti di più facile manutenzione che possono essere riutilizzati in altri programmi, come blocchi precostruiti, agevolandone la realizzazione. Sono così nati i linguaggi di programmazione ad

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oggetti (come il Java, il C++, lʼEiffel, ...) che permettono la scrittura di codice ad oggetti. In particolare, la programmazione ad oggetti ha delle potenzialità in più rispetto alla programmazione funzionale, poiché ha il vantaggio di avere una relazione gerarchica tra gli oggetti, che permette di gestirne lʼereditarietà, ovvero la specializzazione degli oggetti ed il polimorfismo, cioè la capacità di un oggetto di comportarsi come un suo “antenato”. Infine, per avere ulteriori garanzie di sicurezza, si può sfruttare la tecnica di programmazione per contratto (design by contract) di B. Meyer. Essa si basa sullʼutilizzo di test sui dati subito prima della chiamata di un metodo (precondition) e subito dopo il suo ritorno (postcondition). In questo modo se il test fallisce significa che è inutile proseguire perché si andrebbe incontro a una situazione imprevedibile. Questo sistema rende leggermente più lenta la fase di scrittura del codice a vantaggio di una più agevole fase di debug.

15.4 I linguaggi di programmazione I linguaggi di programmazione si possono dividere in due grandi categorie dipendentemente dal livello di astrazione da essi fornito. I linguaggi di basso livello sono quelli più vicino alla logica della macchina, non utilizzano i costrutti della programmazione strutturata e fanno uso di registri e indirizzi di memoria e pertanto sono dipendenti dalla piattaforma considerata. Lʼunico linguaggio di programmazione di basso livello è lʼassembly (che varia dipendentemente dalla CPU considerata). Per queste caratteristiche i linguaggi di basso livello permettono il massimo controllo sulla macchina e quini permettono di sfruttarne appieno tutte le potenzialità, a scapito della facilità di scrittura del codice.

I linguaggi ad alto livello si avvicinano più alla logica umana, astraendo dai meccanismi logici della macchina: fanno uso di codici mnemonici per lʼidentificazione dei dati ed utilizzano i costrutti della programmazione strutturata. Per questo i linguaggi di alto livello sono generalmente meno performanti in termini di velocità di esecuzione rispetto agli analoghi sviluppati in un linguaggio di programmazione a basso livello.

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Esitono anche linguaggi di alto livello che permettono lʼaccesso agli indirizzi di memoria ed ai registri della CPU. Questo è il caso del C (e C++), che per questo può essere considerato un linguaggio ad alto livello con caratteristiche di basso livello che lo rendono molto potente.

15.4.1 La memorizzazione dei dati

I linguaggi di programmazione di alto livello introducono apposite strutture per la memorizazione dei dati ed inoltre permettono al programmatore di assegnare un nome ad ogni locazione di memoria effettivamente utilizzata nel corpo del programma per la memorizzazione dei dati. Questo meccanismo di astrazione dalla logica di memorizzazione dei dati a basso livello, rende più facile riferirsi ai dati stessi, piuttosto che specificare esplicitamente i relativi indirizzi di memoria, compito questo che viene totalmente demandato al linguaggio di programmazione stesso (cioè al compilatore o allʼinterprete). Inoltre, se il nome utilizato sarà scelto dal programmatore in maniera oculata, sarà anche più agevole leggere il programma stesso e capirne la logica.

Ad esempio, in un programma di contabilità, sarebbe opportuno denominare una locazione di memoria atta a contenere un valore intero che rappresenta lʼanno di riferimento come anno o anno_rif piuttosto che utilizzare un nome generico tipo a, o valore, o ancora pippo, che a distanza di pochi giorni dalla scrittura del codice a poco servirebbe per indicare il significato della locazione di memoria anche per lo stesso autore del programma.

15.4.1.1 Le costanti e le variabili Esistono essenzialmente due tipi di utilizzo delle locazioni di memoria: per la memorizzazione di dati che non possono essere modificati durante il corso del programma o per la memorizzazione di dati che possono essere modificati durante il corso del programma (questo è il caso più frequente). Nel primo caso si parla di costanti, ovvero il contenuto della locazione di memoria, che il sistema riserverà per la memorizzazione del dato dichiarato come costante,

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non potrà essere modificato durante il corso del programma:5 soltanto inizialmente sarà possibile poterlo modificare (per poterci memorizzare il valore desiderato). Nel secondo caso si parla invece di variabili6.

La dichiarazione di una costante/variabile indica al sistema di riservare un apposito spazio in memoria per memorizzare un dato, cioè una zona di memoria viene allocata (riservata) per la memorizzazione di una particolare informazione.

Le costanti o le variabili possono essere quindi pensate come dei contenitori, ognuno con il proprio nome (deciso dal programmatore), in grado di contenere dei valori numerici, alfanumerici o logici, dipendentemente dal tipo di cui sono state dichiarate. Poiché il sistema tratta tutte le informazioni come valori numerici (v. sez. 1.3) indicare il tipo di dato che una variabile conterrà indica al linguaggio di programmazione il meccanismo di interpretazione dei valori in essa contenuti: ad esempio se in una variabile è contenuto il valore 100010012 esso potrebbe indicare il numero intero senza segno 13710 oppure il numero con segno -11910 (se la locazione di memoria utilizza solo 8 bit)7 o anche il carattere ASCII esteso con codice 89H. Inoltre la tipizzazione dei dati aiuta il programmatore a non effettuare errori inserendo inavvertitamente dati di un tipo allʼinterno di una costante/variabile dichiarata di tipo diverso, poiché il compilatore/interprete controllano tale occorrenza generando un messaggio di errore.8

Ad esempio, nel linguaggio C si possono definire le costanti c_a e c_b e le variabili v_a e v_b come riportato nellʼesempio seguente

const int c_a = 4; const char c_b = 'q'; int v_a; char v_b; In questo modo, le costanti c_a e c_b conterranno rispettivamente il valore 4 e la lettera ʻqʼ. La variabile v_a potrà contenere al suo

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interno un valore intero, mentre la variabile v_b potrà contenere al suo interno un valore alfanumerico. In realtà quello che succede è che le locazioni di memoria a cui fanno riferimento le costanti e le variabili conterranno sempre valori numerici (v. sez. 1.3), ma questi saranno opportunamente codificati/decodificati dal programma dipendentemente dal tipo dichiarato per la costante/variabile considerata. I valori possono essere memorizzati allʼinterno di variabili per mezzo di unʼistruzione particolare, detta assegnamento. Tale istruzione cancella il valore precedentemente memorizzato nella variabile considerata, inserendovi un nuovo valore. Ad esempio, nel linguaggio C si può assegnare il valore 46 alla variabile v_a ed il valore ʻeʼ alla variabile v_b con le istruzioni riportate nellʼesempio seguente v_a = 46; v_b = 'e'; In questo modo, nella locazione di memoria a cui si riferisce la variabile v_a verrà memorizzato il valore 001011102 cioè quello corrispondente al numero decimale 46, mentre nella locazione di memoria a cui si riferisce la variabile v_b verrà memorizzato il valore 011001012 cioè quello corrispondente alla codifica ASCII del carattere ʻeʼ (v. tab. 1.3).

15.4.1.2 Le strutture dati Alcuni linguaggi di programmazione permettono di definire delle strutture dati, ovvero nuovi tipi di dati formati da agglomerati di tipi di

Figura 15.6:

Esempi di assegnamento di variabili.

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dati già definiti. Ad esempio si potrebbe definire il tipo di dato che serve per la gestione dei numeri complessi a + jb, dove j è lʼunità immaginaria (j2 = -1). Questo può essere pensato come lʼinsieme di due dati numerici in grado di memorizzare numeri con parte decimale: il primo dato rappresenterà la parte reale (a) del numero complesso, mentre il secondo rappresenterà quella immaginaria (b). La struttura dati definibile in C è quella riportata nellʼesempio seguente

struct Complesso { double re; double im; }

In questo modo una variabile var, dichiarata di tipo Complesso, avrà due proprietà o campi: var.re che rappresenta la parte reale e var.im che rappresenta quella immaginaria del numero complesso memorizzato appunto in var.

15.4.1.3 I vettori Spesso è utile avere una serie di variabili da utilizzare per compiere su di esse operazioni identiche, senza però dover necessariamente scrivere varie linee di codice sostanzialmente uguali.

Ad esempio si supponga di avere a che fare con una serie di valori numerici e che ad un certo punto dellʼelaborazione a tali valori deve essere sommato il contenuto di una determinata variabile x. In questo caso è conveniente che la serie di valori possa essere memorizzata in un vettore (array), cioè un insieme di variabili contigue alle quali si può far riferimento con il medesimo nome distinguendole una dallʼaltra per mezzo di un indice, che indica la

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posizione della stessa. Analogamente a quelli usati in algebra lineare, i vettori possono essere pensati come una variabile con un numero n di componenti: dalla 1 alla n (alcuni linguaggi di programmazione, come il C, numerano le componenti partendo da 0 anziché che da 1).

Quindi, supponendo ad esempio di avere 10 valori numerici memorizzati nel vettore vett ad ognuno dei quali si voglia semplicemente aggiungere il valore memorizzato nella variabile x, in C si possono utilizzare le istruzioni riportate nellʼesempio seguente

int vett[10]; ... for (i=0; i<10; ++i) { vett[i] += x; }

...

In questo modo si indica al programma di ripetere il blocco di istruzioni comprese tra le parentesi graffe, incrementando di volta in volta di una unità il valore contenuto nella variabile i (++i), alla

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quale viene assegnato come valore iniziale 0 (i=0), finché la stessa variabile i risulta minore di 10 (i<10). Quindi il programma eseguirà lʼistruzione vett[i] += x; con i che va da 0 a 9, dopodiché continuerà ad eseguire le istruzioni successive nel programma. Lʼistruzione vett[i] += x; indica di incrementare il valore contenuto in vett[i] con quello contenuto nella variabile x (in maniera meno criptica tale operazione può essere scritta come vett[i] = vett[i] + x;). Si noti che per mezzo dellʼuso dei vettori in questo caso si scrivono soltanto 3 righe di codice, piuttosto che una per ogni componente del vettore (cioè 10).

È opportuno sottolineare che lʼuso di vettori presuppone la conoscenza a priori del limite massimo degli elementi del vettore, poiché quando un vettore viene dichiarato, il compilatore ha la necessità di sapere quanta memoria dedicargli. Quindi, una volta compilato, un programma che fa uso di un vettore di n elementi non ne può utilizzare n + 1.

15.4.1.4 Lʼallocazione dinamica della memoria Non sempre il programmatore è in grado di conoscere a priori il numero di elementi da memorizzare e nemmeno è in grado di poterlo stimare. È generalmente impossibile lʼutilizzo di vettori per la memorizzazione dei dati.9 Si può ricorrere quindi ad una tecnica di allocazione dinamica della memoria.

Alcuni linguaggi di programmazione mettono a disposizione del programmatore una serie di funzionalità che permettono la gestione dellʼallocazione della memoria in maniera dinamica: durante lʼesecuzione delle istruzioni, il programma, se opportunamente istruito, può richiedere al sistema operativo la memoria di cui necessita per la memorizzazione di dati e questʼultimo (se cʼè memoria disponibile) gliela riserverà, in maniera tale che altri programmi non possano utilizzarla. In seguito, quando la memoria non sarà più utilizzata dal programma, questʼultimo potrà comunicarlo al sistema operativo che non la renderà più accessibile al programma.

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La memoria utilizzata per lʼallocazione dinamica è la cosiddetta memoria heap10, che nei processori Intel X386 è costituita da una parte dello stack (v. sez. 15.4.5). Questa gestione della memoria è generalmente a carico del programmatore, anche se i linguaggi di ultimissima generazione tendono ad avere una gestione automatica del recupero della memoria inutilizzata (garbage collection).

15.4.1.5 Le liste concatenate In alcuni linguaggi di programmazione è possibile definire particolari strutture dati come le liste concatenate (chained list). Una lista (v. fig. 15.9) non è altro che un elenco di elementi concatenati lʼun lʼaltro, come in un grafo. Ogni elemento della lista è detto nodo ed in esso, oltre allʼinformazione vera e propria (data), è memorizzato lʼindirizzo della locazione di memoria nella quale è presente il nodo successivo (next) ed eventualmente anche quello della locazione di memoria nella quale è memorizzato il nodo precedente (prev)11. Così facendo è possibile raggiungere i vari elementi della lista scorrendoli dal primo fino a quello interessato (nel caso di lista doppiamente concatenata si possono scorrere i nodi anche in senso inverso): non è possibile accedere in maniera diretta allʼn-esimo elemento come invece avviene con i vettori, per il fatto che i nodi sono memorizzati in zone di memoria non (necessariamente) contigue.

Un particolare tipo di lista è la lista ciclica che ha una struttura tale che lʼultimo nodo indica come successivo il primo ed il primo nodo indica come precedente lʼultimo. In questo modo la lista risulta circolare (non cʼè più un primo o un ultimo nodo).

Queste strutture dati utilizzano generalmente lʼallocazione dinamica della memoria. Quando cʼè la necessità di un ulteriore nodo, il programma alloca la memoria necessaria, cioè la richiede al sistema operativo che gliela rende disponibile; poi quando il nodo non è più utilizzato, il programma restituisce la relativa memoria al sistema.

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15.4.1.6 Le pile Esistono anche strutture dati particolari, dette sequenziali, poiché i dati in esse memorizzati possono essere prelevati soltanto seguendo lʼordine di memorizzazione o il suo inverso. Una pila (stack) è una struttura nella quale i dati possono essere prelevati in ordine inverso a quello nel quale sono stati memorizzati, cioè lʼultima informazione memorizzata è quella che sarà possibile prelevare per prima. Per questo motivo si parla anche di memorizzazione di tipo LIFO (Last In First Out).

15.4.1.7 Le code Una coda (queue) è una struttura nella quale i dati possono essere prelevati nello stesso ordine di quello nel quale sono stati memorizzati, cioè la prima informazione memorizzata è quella che sarà possibile prelevare per prima. Per questo motivo si parla anche di memorizzazione di tipo FIFO (First In First Out).

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