Computer, algoritmi e linguaggi - Capitolo 1homes.di.unimi.it/~cesabian/prog/c01-basi.pdf · Esami...
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Informazioni sul corso
Sito del corso: pighizzini.di.unimi.it/programmazione/
Laboratorio: Prof. Carlo Mereghetti, inizio 16 ottobre
Esame: scritto + laboratorio + orale
Compitini: novembre, gennaio
Appelli: gennaio-febbraio, giugno-luglio, settembre
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Esami – 1
Struttura dell’esame1 L’esame di Programmazione consiste di una prova scritta, di una
prova di laboratorio e di un colloquio.
2 Nella prova scritta viene richiesta la soluzione di alcuni esercizi (sullostile di quelli presenti nel libro di testo e proposti nei compitini).
3 Nella prova di laboratorio viene richiesta la scrittura di codice chesoddisfi specifiche assegnate. Per partecipare alla prova di laboratorioe necessario disporre di un account presso il SiLab.
4 Il colloquio vertera sui contenuti del corso. Oltre alla padronanzadegli argomenti, nella prova orale si verifichera la capacita diesprimere correttamente e con termini appropriati i concetti appresi.
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Esami – 2
Vincoli sull’ordine di svolgimento delle prove
1 La prova scritta e la prova di laboratorio possono essere sostenute inun ordine qualsiasi e in appelli differenti. Tuttavia, visto che le dueprove riguardano, anche se da punti di vista diversi, gli stessicontenuti, si suggerisce fortemente di sostenere le prove nello stessoappello.
2 Si accede al colloquio dopo avere superato sia la prova scritta sia laprova di laboratorio. Al termine del colloquio verra formulata everbalizzata la valutazione finale dell’esame. Il colloquio puo esseresostenuto nello stesso appello delle altre prove, o in un appellosuccessivo, purche entro il limite massimo indicato sotto.
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Esami – 3
Validita delle prove
1 L’esame deve essere completato entro l’ultimo appello previso perl’anno accademico, cioe quello di settembre 2012. Dopo tale appelloeventuali parti d’esame superate saranno inderogabilmente annullate.
2 La partecipazione a una prova scritta annulla un’eventuale provascritta gia superata (inclusa la prova superata mediante compitini).
3 La partecipazione a una prova di laboratorio annulla un’eventualeprova di laboratorio gia superata.
4 Il mancato superamento del colloquio implica l’annullamento dellaprova scritta e dunque rende necessaria la sua ripetizione.
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Esami – 4
Compitini
1 Sulla base dei risultati ottenuti nei compitini lo studente puo essereesonerato dalla prova scritta ed eventualmente dalla prova orale.
2 In caso di esonero dalla prova orale, il voto finale proposto saracomunicato dopo il superamento della prova di laboratorio.
3 E necessario che lo studente si presenti alla prova orale per laverbalizzazione del risultato.
4 Lo studente ha comunque la facolta di sostenere la prova orale.
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Introduzione
1 Computer, algoritmi e programmiComputer, algoritmi e programmiEvoluzione della programmazioneFinalita del corsoRappresentazione dell’informazione
2 Dal linguaggio macchina ai linguaggi ad alto livelloLa macchina di Von NeumannComponenti principali di un computerI linguaggi ad alto livelloJava Virtual Machine (JVM)Strumenti per la stesura dei programmi
3 La programmazione strutturataLe strutture di controllo fondamentaliVariabili e assegnamenti
4 Sintassi e semanticaGrammaticheLessico del linguaggio Java
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Sommario: Computer, algoritmi e linguaggi
1 Computer, algoritmi e programmiComputer, algoritmi e programmiEvoluzione della programmazioneFinalita del corsoRappresentazione dell’informazione
2 Dal linguaggio macchina ai linguaggi ad alto livelloLa macchina di Von NeumannComponenti principali di un computerI linguaggi ad alto livelloJava Virtual Machine (JVM)Strumenti per la stesura dei programmi
3 La programmazione strutturataLe strutture di controllo fondamentaliVariabili e assegnamenti
4 Sintassi e semanticaGrammaticheLessico del linguaggio Java
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Computer e programmi
Programmazione
Codifica del procedimento risolutivo di un problema (algoritmo) in uninsieme di istruzioni (programma) destinate ad un esecutore (macchina)
Problema dell’ordinamento (sorting)
Ordinare una sequenza di interi in modo crescente
21 5 9 10 13 2 6
Possiamo risolvere il problema usando diversi algoritmi: mergesort,bubblesort, quicksort
Possiamo codificare l’algoritmo usando diversi linguaggi: c, visualbasic, java
Possiamo eseguire il programma su diversi processori: intel, amd,motorola
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Computer e programmi
Programmazione
Codifica del procedimento risolutivo di un problema (algoritmo) in uninsieme di istruzioni (programma) destinate ad un esecutore (macchina)
Problema dell’ordinamento (sorting)
Ordinare una sequenza di interi in modo crescente
21 5 9 10 13 2 6
Possiamo risolvere il problema usando diversi algoritmi: mergesort,bubblesort, quicksort
Possiamo codificare l’algoritmo usando diversi linguaggi: c, visualbasic, java
Possiamo eseguire il programma su diversi processori: intel, amd,motorola
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Computer e programmi
Programmazione
Codifica del procedimento risolutivo di un problema (algoritmo) in uninsieme di istruzioni (programma) destinate ad un esecutore (macchina)
Problema dell’ordinamento (sorting)
Ordinare una sequenza di interi in modo crescente
21 5 9 10 13 2 6
Possiamo risolvere il problema usando diversi algoritmi: mergesort,bubblesort, quicksort
Possiamo codificare l’algoritmo usando diversi linguaggi: c, visualbasic, java
Possiamo eseguire il programma su diversi processori: intel, amd,motorola
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Computer e programmi
Programmazione
Codifica del procedimento risolutivo di un problema (algoritmo) in uninsieme di istruzioni (programma) destinate ad un esecutore (macchina)
Problema dell’ordinamento (sorting)
Ordinare una sequenza di interi in modo crescente
21 5 9 10 13 2 6
Possiamo risolvere il problema usando diversi algoritmi: mergesort,bubblesort, quicksort
Possiamo codificare l’algoritmo usando diversi linguaggi: c, visualbasic, java
Possiamo eseguire il programma su diversi processori: intel, amd,motorola
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Computer e programmi
Programmazione
Codifica del procedimento risolutivo di un problema (algoritmo) in uninsieme di istruzioni (programma) destinate ad un esecutore (macchina)
Problema dell’ordinamento (sorting)
Ordinare una sequenza di interi in modo crescente
21 5 9 10 13 2 6
Possiamo risolvere il problema usando diversi algoritmi: mergesort,bubblesort, quicksort
Possiamo codificare l’algoritmo usando diversi linguaggi: c, visualbasic, java
Possiamo eseguire il programma su diversi processori: intel, amd,motorola
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Algoritmi
Algoritmo
Insieme ordinato di passi eseguibili (non manipolo oggetti infiniti) e nonambigui che definiscono un processo terminante (no cicli infiniti).
La nozione di algoritmo precede quella di programmazione
Algoritmo di Euclide per calcolare il massimo comun divisore (300 AC)
Crivello di Eratostene per enumerare i numeri primi (250 AC)
Algoritmi per la moltiplicazione, divisione, estrazione di radicequadrata. . .
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Algoritmi
Algoritmo
Insieme ordinato di passi eseguibili (non manipolo oggetti infiniti) e nonambigui che definiscono un processo terminante (no cicli infiniti).
La nozione di algoritmo precede quella di programmazione
Algoritmo di Euclide per calcolare il massimo comun divisore (300 AC)
Crivello di Eratostene per enumerare i numeri primi (250 AC)
Algoritmi per la moltiplicazione, divisione, estrazione di radicequadrata. . .
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L’algoritmo di Euclide
Calcola il massimo comun divisore (MCD) fra due numeri interi x e y(x ≥ y > 0)
1. Calcola il resto della divisione di x per y
2. Se il resto e diverso da zero,ricomincia dal passo 1 utilizzando come x il valore attuale di y ,e come y il valore del resto,
altrimentiprosegui con il passo successivo
3. Il massimo comun divisore e uguale al valore attuale di y
L’ intelligenza necessaria per trovare la soluzione del problema e tuttacodificata nell’algoritmo
Chiunque sappia comprendere ed eseguire le operazioni checostituiscono l’algoritmo di Euclide, puo calcolare l’MCD
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L’algoritmo di Euclide
Calcola il massimo comun divisore (MCD) fra due numeri interi x e y(x ≥ y > 0)
1. Calcola il resto della divisione di x per y
2. Se il resto e diverso da zero,ricomincia dal passo 1 utilizzando come x il valore attuale di y ,e come y il valore del resto,
altrimentiprosegui con il passo successivo
3. Il massimo comun divisore e uguale al valore attuale di y
L’ intelligenza necessaria per trovare la soluzione del problema e tuttacodificata nell’algoritmo
Chiunque sappia comprendere ed eseguire le operazioni checostituiscono l’algoritmo di Euclide, puo calcolare l’MCD
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L’algoritmo di Euclide
Calcola il massimo comun divisore (MCD) fra due numeri interi x e y(x ≥ y > 0)
1. Calcola il resto della divisione di x per y
2. Se il resto e diverso da zero,ricomincia dal passo 1 utilizzando come x il valore attuale di y ,e come y il valore del resto,
altrimentiprosegui con il passo successivo
3. Il massimo comun divisore e uguale al valore attuale di y
L’ intelligenza necessaria per trovare la soluzione del problema e tuttacodificata nell’algoritmo
Chiunque sappia comprendere ed eseguire le operazioni checostituiscono l’algoritmo di Euclide, puo calcolare l’MCD
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L’algoritmo di Euclide
Calcola il massimo comun divisore (MCD) fra due numeri interi x e y(x ≥ y > 0)
1. Calcola il resto della divisione di x per y
2. Se il resto e diverso da zero,ricomincia dal passo 1 utilizzando come x il valore attuale di y ,e come y il valore del resto,
altrimentiprosegui con il passo successivo
3. Il massimo comun divisore e uguale al valore attuale di y
L’ intelligenza necessaria per trovare la soluzione del problema e tuttacodificata nell’algoritmo
Chiunque sappia comprendere ed eseguire le operazioni checostituiscono l’algoritmo di Euclide, puo calcolare l’MCD
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L’algoritmo di Euclide
Calcola il massimo comun divisore (MCD) fra due numeri interi x e y(x ≥ y > 0)
1. Calcola il resto della divisione di x per y
2. Se il resto e diverso da zero,ricomincia dal passo 1 utilizzando come x il valore attuale di y ,e come y il valore del resto,
altrimentiprosegui con il passo successivo
3. Il massimo comun divisore e uguale al valore attuale di y
L’ intelligenza necessaria per trovare la soluzione del problema e tuttacodificata nell’algoritmo
Chiunque sappia comprendere ed eseguire le operazioni checostituiscono l’algoritmo di Euclide, puo calcolare l’MCD
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L’algoritmo di Euclide
Calcola il massimo comun divisore (MCD) fra due numeri interi x e y(x ≥ y > 0)
1. Calcola il resto della divisione di x per y
2. Se il resto e diverso da zero,ricomincia dal passo 1 utilizzando come x il valore attuale di y ,e come y il valore del resto,
altrimentiprosegui con il passo successivo
3. Il massimo comun divisore e uguale al valore attuale di y
L’ intelligenza necessaria per trovare la soluzione del problema e tuttacodificata nell’algoritmo
Chiunque sappia comprendere ed eseguire le operazioni checostituiscono l’algoritmo di Euclide, puo calcolare l’MCD
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L’algoritmo di Euclide
Calcola il massimo comun divisore (MCD) fra due numeri interi x e y(x ≥ y > 0)
1. Calcola il resto della divisione di x per y
2. Se il resto e diverso da zero,ricomincia dal passo 1 utilizzando come x il valore attuale di y ,e come y il valore del resto,
altrimentiprosegui con il passo successivo
3. Il massimo comun divisore e uguale al valore attuale di y
L’ intelligenza necessaria per trovare la soluzione del problema e tuttacodificata nell’algoritmo
Chiunque sappia comprendere ed eseguire le operazioni checostituiscono l’algoritmo di Euclide, puo calcolare l’MCD
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Un esempio negativo
1. Crea un elenco di tutti i numeri primi
2. Ordina l’elenco in modo decrescente
3. Preleva il primo elemento dall’elenco risultante
E un algoritmo?
Non lo e
La prima e la seconda istruzione non sono effettivamente eseguibili inquanto richiedono la manipolazione di infiniti elementi
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Un esempio negativo
1. Crea un elenco di tutti i numeri primi
2. Ordina l’elenco in modo decrescente
3. Preleva il primo elemento dall’elenco risultante
E un algoritmo?
Non lo e
La prima e la seconda istruzione non sono effettivamente eseguibili inquanto richiedono la manipolazione di infiniti elementi
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Algoritmi e programmi
Programma
E la codifica di un algoritmo in un linguaggio che un esecutore e in gradodi eseguire su una data macchina senza bisogno di ulteriori spiegazioni
LOAD R1, 101 LOAD R1, 102
LOAD R2, 102 JZERO R2, end
start DIV R1, R2 STORE R1, 101
MUL R1, R2 STORE R2, 102
LOAD R2, 101 JUMP start
SUB R2, R1 end LOAD R1, 102
STORE R1, 103
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Evoluzione della programmazione
anni ’40-’50 Programmi scritti direttamente nel linguaggio del processore(linguaggio macchina). Difficili da scrivere e da modificare.
1954 Nascita dei linguaggi ad alto livello e dei compilatori.fortran (IBM)
1958 Nascita dei linguaggi “multipiattaforma”. algol
1970 Programmazione strutturata (Dijkstra). Blocchi, top-down,no goto. Strutture di controllo: sequenza, selezione e ciclo.Struttura → correttezza, manutebilita. pascal, ada
1972 Programmazione ad oggetti. smalltalk
1991 java (Sun, acquistata da Oracle).
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Evoluzione della programmazione
anni ’40-’50 Programmi scritti direttamente nel linguaggio del processore(linguaggio macchina). Difficili da scrivere e da modificare.
1954 Nascita dei linguaggi ad alto livello e dei compilatori.fortran (IBM)
1958 Nascita dei linguaggi “multipiattaforma”. algol
1970 Programmazione strutturata (Dijkstra). Blocchi, top-down,no goto. Strutture di controllo: sequenza, selezione e ciclo.Struttura → correttezza, manutebilita. pascal, ada
1972 Programmazione ad oggetti. smalltalk
1991 java (Sun, acquistata da Oracle).
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Evoluzione della programmazione
anni ’40-’50 Programmi scritti direttamente nel linguaggio del processore(linguaggio macchina). Difficili da scrivere e da modificare.
1954 Nascita dei linguaggi ad alto livello e dei compilatori.fortran (IBM)
1958 Nascita dei linguaggi “multipiattaforma”. algol
1970 Programmazione strutturata (Dijkstra). Blocchi, top-down,no goto. Strutture di controllo: sequenza, selezione e ciclo.Struttura → correttezza, manutebilita. pascal, ada
1972 Programmazione ad oggetti. smalltalk
1991 java (Sun, acquistata da Oracle).
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Evoluzione della programmazione
anni ’40-’50 Programmi scritti direttamente nel linguaggio del processore(linguaggio macchina). Difficili da scrivere e da modificare.
1954 Nascita dei linguaggi ad alto livello e dei compilatori.fortran (IBM)
1958 Nascita dei linguaggi “multipiattaforma”. algol
1970 Programmazione strutturata (Dijkstra). Blocchi, top-down,no goto. Strutture di controllo: sequenza, selezione e ciclo.Struttura → correttezza, manutebilita. pascal, ada
1972 Programmazione ad oggetti. smalltalk
1991 java (Sun, acquistata da Oracle).
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Evoluzione della programmazione
anni ’40-’50 Programmi scritti direttamente nel linguaggio del processore(linguaggio macchina). Difficili da scrivere e da modificare.
1954 Nascita dei linguaggi ad alto livello e dei compilatori.fortran (IBM)
1958 Nascita dei linguaggi “multipiattaforma”. algol
1970 Programmazione strutturata (Dijkstra). Blocchi, top-down,no goto. Strutture di controllo: sequenza, selezione e ciclo.Struttura → correttezza, manutebilita. pascal, ada
1972 Programmazione ad oggetti. smalltalk
1991 java (Sun, acquistata da Oracle).
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Evoluzione della programmazione
anni ’40-’50 Programmi scritti direttamente nel linguaggio del processore(linguaggio macchina). Difficili da scrivere e da modificare.
1954 Nascita dei linguaggi ad alto livello e dei compilatori.fortran (IBM)
1958 Nascita dei linguaggi “multipiattaforma”. algol
1970 Programmazione strutturata (Dijkstra). Blocchi, top-down,no goto. Strutture di controllo: sequenza, selezione e ciclo.Struttura → correttezza, manutebilita. pascal, ada
1972 Programmazione ad oggetti. smalltalk
1991 java (Sun, acquistata da Oracle).
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Evoluzione della programmazione
anni ’40-’50 Programmi scritti direttamente nel linguaggio del processore(linguaggio macchina). Difficili da scrivere e da modificare.
1954 Nascita dei linguaggi ad alto livello e dei compilatori.fortran (IBM)
1958 Nascita dei linguaggi “multipiattaforma”. algol
1970 Programmazione strutturata (Dijkstra). Blocchi, top-down,no goto. Strutture di controllo: sequenza, selezione e ciclo.Struttura → correttezza, manutebilita. pascal, ada
1972 Programmazione ad oggetti. smalltalk
1991 java (Sun, acquistata da Oracle).
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Evoluzione della programmazione (cont.)
Tendenza generale
Il linguaggio si astrae dalle caratteristiche della macchina
Programmazione strutturata → struttura nel codice
Programmazione ad oggetti → struttura nei dati
Programmazione ad oggetti
Idea di fondo: disegno il software attorno agli oggetti manipolatipiuttosto che attorno alle azioni eseguite sugli oggetti
Approccio giustificato perche si parte dal problema (dato) e non dallasoluzione (algoritmo)
La rappresentazione dei dati (oggetto) e piu stabile rispetto al codiceche implementa le operazioni su di esso
Posso usare oggetti semplici per costruire oggetti piu complessi (riusodel software)
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Evoluzione della programmazione (cont.)
Tendenza generale
Il linguaggio si astrae dalle caratteristiche della macchina
Programmazione strutturata → struttura nel codice
Programmazione ad oggetti → struttura nei dati
Programmazione ad oggetti
Idea di fondo: disegno il software attorno agli oggetti manipolatipiuttosto che attorno alle azioni eseguite sugli oggetti
Approccio giustificato perche si parte dal problema (dato) e non dallasoluzione (algoritmo)
La rappresentazione dei dati (oggetto) e piu stabile rispetto al codiceche implementa le operazioni su di esso
Posso usare oggetti semplici per costruire oggetti piu complessi (riusodel software)
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Finalita del corso
Acquisire le abilita necessarie per programmare usando linguaggi adoggetti
Non e un corso di Java: il linguaggio e uno strumento peresemplificare i concetti
Organizzazione del corso
Parte I: Combinazione di oggetti gia esistenti (quali servono, come licombino)
Parte II: Costruzione di classi di oggetti → costruire classi chepossono essere riusate per affrontare problemi diversi
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Finalita del corso
Acquisire le abilita necessarie per programmare usando linguaggi adoggetti
Non e un corso di Java: il linguaggio e uno strumento peresemplificare i concetti
Organizzazione del corso
Parte I: Combinazione di oggetti gia esistenti (quali servono, come licombino)
Parte II: Costruzione di classi di oggetti → costruire classi chepossono essere riusate per affrontare problemi diversi
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Rappresentazione dell’informazione
Nel computer, qualsiasi informazione deve esssere rappresentata informa digitale binaria come sequenza di bit
Bit (binary digit): una quantita astratta che puo assumere soltantodue valori distinti
Digitalizzazione: processo che traduce informazione in formato binario(immagini, audio, video, testi, programmi)
In alcuni casi il processo di digitalizzazione comporta perdita diinformazione (data entry rispetto a campionamento)
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Rappresentazione di numeri e caratteri
Con n bit posso rappresentare al piu 2n interi distinti
n = 3 → 23 = 8
000 001 010 011 100 101 110 111
Alcuni tipi di codifiche
Caratteri alfanumerici ASCII: 8 bit per ogni carattere(28 = 256 caratteri)
Caratteri alfanumerici Unicode: 16 bit per ogni carattere(216 = 65536 caratteri)
Codifica tipica numeri interi: 32 bit per ogni intero.Rappresento il range {−231, . . . , 0, . . . , 231 − 1}Codifica tipica numeri decimali: 64 bit per ogni numero
x = m × 10e 53 bit per m e 11 bit per e
Esempio: 0,000012 = 12× 10−6
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Rappresentazione di numeri e caratteri
Con n bit posso rappresentare al piu 2n interi distinti
n = 3 → 23 = 8
000 001 010 011 100 101 110 111
Alcuni tipi di codifiche
Caratteri alfanumerici ASCII: 8 bit per ogni carattere(28 = 256 caratteri)
Caratteri alfanumerici Unicode: 16 bit per ogni carattere(216 = 65536 caratteri)
Codifica tipica numeri interi: 32 bit per ogni intero.Rappresento il range {−231, . . . , 0, . . . , 231 − 1}Codifica tipica numeri decimali: 64 bit per ogni numero
x = m × 10e 53 bit per m e 11 bit per e
Esempio: 0,000012 = 12× 10−6
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Rappresentazione di numeri e caratteri
Con n bit posso rappresentare al piu 2n interi distinti
n = 3 → 23 = 8
000 001 010 011 100 101 110 111
Alcuni tipi di codifiche
Caratteri alfanumerici ASCII: 8 bit per ogni carattere(28 = 256 caratteri)
Caratteri alfanumerici Unicode: 16 bit per ogni carattere(216 = 65536 caratteri)
Codifica tipica numeri interi: 32 bit per ogni intero.Rappresento il range {−231, . . . , 0, . . . , 231 − 1}Codifica tipica numeri decimali: 64 bit per ogni numero
x = m × 10e 53 bit per m e 11 bit per e
Esempio: 0,000012 = 12× 10−6
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Rappresentazione di numeri e caratteri
Con n bit posso rappresentare al piu 2n interi distinti
n = 3 → 23 = 8
000 001 010 011 100 101 110 111
Alcuni tipi di codifiche
Caratteri alfanumerici ASCII: 8 bit per ogni carattere(28 = 256 caratteri)
Caratteri alfanumerici Unicode: 16 bit per ogni carattere(216 = 65536 caratteri)
Codifica tipica numeri interi: 32 bit per ogni intero.Rappresento il range {−231, . . . , 0, . . . , 231 − 1}Codifica tipica numeri decimali: 64 bit per ogni numero
x = m × 10e 53 bit per m e 11 bit per e
Esempio: 0,000012 = 12× 10−6
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Rappresentazione di numeri e caratteri
Con n bit posso rappresentare al piu 2n interi distinti
n = 3 → 23 = 8
000 001 010 011 100 101 110 111
Alcuni tipi di codifiche
Caratteri alfanumerici ASCII: 8 bit per ogni carattere(28 = 256 caratteri)
Caratteri alfanumerici Unicode: 16 bit per ogni carattere(216 = 65536 caratteri)
Codifica tipica numeri interi: 32 bit per ogni intero.Rappresento il range {−231, . . . , 0, . . . , 231 − 1}
Codifica tipica numeri decimali: 64 bit per ogni numero
x = m × 10e 53 bit per m e 11 bit per e
Esempio: 0,000012 = 12× 10−6
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Rappresentazione di numeri e caratteri
Con n bit posso rappresentare al piu 2n interi distinti
n = 3 → 23 = 8
000 001 010 011 100 101 110 111
Alcuni tipi di codifiche
Caratteri alfanumerici ASCII: 8 bit per ogni carattere(28 = 256 caratteri)
Caratteri alfanumerici Unicode: 16 bit per ogni carattere(216 = 65536 caratteri)
Codifica tipica numeri interi: 32 bit per ogni intero.Rappresento il range {−231, . . . , 0, . . . , 231 − 1}Codifica tipica numeri decimali: 64 bit per ogni numero
x = m × 10e 53 bit per m e 11 bit per e
Esempio: 0,000012 = 12× 10−6
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I multipli del bit
1 byte = 8 bit
Kilobyte 210 (circa 103) byte. Una pagina web statica
Megabyte 220 (circa 106) byte. Una fotografia digitale
Gigabyte 230 (circa 109) byte. Un banco di memoria RAM
Terabyte 240 (circa 1012) byte. Un disco fisso esterno
Petabyte 250 (circa 1015) byte. Un datacenter
Exabyte 260 (circa 1018) byte. Traffico mobile dati nel mondo al mese
Zettabyte 270 (circa 1021) byte. Tutto il web
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I multipli del bit
1 byte = 8 bit
Kilobyte 210 (circa 103) byte. Una pagina web statica
Megabyte 220 (circa 106) byte. Una fotografia digitale
Gigabyte 230 (circa 109) byte. Un banco di memoria RAM
Terabyte 240 (circa 1012) byte. Un disco fisso esterno
Petabyte 250 (circa 1015) byte. Un datacenter
Exabyte 260 (circa 1018) byte. Traffico mobile dati nel mondo al mese
Zettabyte 270 (circa 1021) byte. Tutto il web
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I multipli del bit
1 byte = 8 bit
Kilobyte 210 (circa 103) byte. Una pagina web statica
Megabyte 220 (circa 106) byte. Una fotografia digitale
Gigabyte 230 (circa 109) byte. Un banco di memoria RAM
Terabyte 240 (circa 1012) byte. Un disco fisso esterno
Petabyte 250 (circa 1015) byte. Un datacenter
Exabyte 260 (circa 1018) byte. Traffico mobile dati nel mondo al mese
Zettabyte 270 (circa 1021) byte. Tutto il web
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I multipli del bit
1 byte = 8 bit
Kilobyte 210 (circa 103) byte. Una pagina web statica
Megabyte 220 (circa 106) byte. Una fotografia digitale
Gigabyte 230 (circa 109) byte. Un banco di memoria RAM
Terabyte 240 (circa 1012) byte. Un disco fisso esterno
Petabyte 250 (circa 1015) byte. Un datacenter
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I multipli del bit
1 byte = 8 bit
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Megabyte 220 (circa 106) byte. Una fotografia digitale
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I multipli del bit
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I multipli del bit
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I multipli del bit
1 byte = 8 bit
Kilobyte 210 (circa 103) byte. Una pagina web statica
Megabyte 220 (circa 106) byte. Una fotografia digitale
Gigabyte 230 (circa 109) byte. Un banco di memoria RAM
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Sommario: Computer, algoritmi e linguaggi
1 Computer, algoritmi e programmiComputer, algoritmi e programmiEvoluzione della programmazioneFinalita del corsoRappresentazione dell’informazione
2 Dal linguaggio macchina ai linguaggi ad alto livelloLa macchina di Von NeumannComponenti principali di un computerI linguaggi ad alto livelloJava Virtual Machine (JVM)Strumenti per la stesura dei programmi
3 La programmazione strutturataLe strutture di controllo fondamentaliVariabili e assegnamenti
4 Sintassi e semanticaGrammaticheLessico del linguaggio Java
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Il Computer
Computer: macchina elettronica programmabile (lavatrice?)
Il computer e una macchina universale, ovvero puo eseguire qualsiasialgoritmo
Negli anni Trenta ilmatematico inglese AlanTuring caratterizza cio chepuo essere calcolato da unalgoritmo
Negli anni Quaranta ilmatematico ungherese Johnvon Neumann definiscel’architettura base di uncalcolatore universale(stored-program computer)
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Il Computer
Computer: macchina elettronica programmabile (lavatrice?)
Il computer e una macchina universale, ovvero puo eseguire qualsiasialgoritmo
Negli anni Trenta ilmatematico inglese AlanTuring caratterizza cio chepuo essere calcolato da unalgoritmo
Negli anni Quaranta ilmatematico ungherese Johnvon Neumann definiscel’architettura base di uncalcolatore universale(stored-program computer)
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Il Computer
Computer: macchina elettronica programmabile (lavatrice?)
Il computer e una macchina universale, ovvero puo eseguire qualsiasialgoritmo
Negli anni Trenta ilmatematico inglese AlanTuring caratterizza cio chepuo essere calcolato da unalgoritmo
Negli anni Quaranta ilmatematico ungherese Johnvon Neumann definiscel’architettura base di uncalcolatore universale(stored-program computer)
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Il Computer
Computer: macchina elettronica programmabile (lavatrice?)
Il computer e una macchina universale, ovvero puo eseguire qualsiasialgoritmo
Negli anni Trenta ilmatematico inglese AlanTuring caratterizza cio chepuo essere calcolato da unalgoritmo
Negli anni Quaranta ilmatematico ungherese Johnvon Neumann definiscel’architettura base di uncalcolatore universale(stored-program computer)
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La macchina di Von Neumann (1946)
I componenti fondamentali dell’hardware di un elaboratore sono:
MemoriaContiene il programma da eseguire e i dati da esso utilizzati.
ProcessoreE l’esecutore del programma e opera ripetendo il ciclo
FetchDecode
Execute
1 Fetch: preleva la prossima istruzione
2 Decode: scomponi l’istruzione inoperatore e operandi
3 Execute: applica l’operatore aglioperandi
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La macchina di Von Neumann (1946)
I componenti fondamentali dell’hardware di un elaboratore sono:
MemoriaContiene il programma da eseguire e i dati da esso utilizzati.
ProcessoreE l’esecutore del programma e opera ripetendo il ciclo
FetchDecode
Execute
1 Fetch: preleva la prossima istruzione
2 Decode: scomponi l’istruzione inoperatore e operandi
3 Execute: applica l’operatore aglioperandi
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La macchina di Von Neumann (1946)
I componenti fondamentali dell’hardware di un elaboratore sono:
MemoriaContiene il programma da eseguire e i dati da esso utilizzati.
ProcessoreE l’esecutore del programma e opera ripetendo il ciclo
FetchDecode
Execute
1 Fetch: preleva la prossima istruzione
2 Decode: scomponi l’istruzione inoperatore e operandi
3 Execute: applica l’operatore aglioperandi
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Hardware
La parte fisica del computer
Processore o unita centrale (CPU)Il dispositivo che esegue effettivamente l’operazione
Memoria centraleSuddivisa in celle della stessa dimensione (p.es., 4 byte)
Ogni cella identificata da un indirizzoTempo di accesso costante (circa 10 nanosecondi = 10−8 secondi)RAM: memoria volatile di lettura/scrittura; contiene i programmi inesecuzione e parte dei loro datiROM: memoria permanente di sola lettura; contiene informazioninecessarie all’avvio del computer (BIOS)
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Hardware
La parte fisica del computer
Processore o unita centrale (CPU)Il dispositivo che esegue effettivamente l’operazione
Memoria centraleSuddivisa in celle della stessa dimensione (p.es., 4 byte)
Ogni cella identificata da un indirizzoTempo di accesso costante (circa 10 nanosecondi = 10−8 secondi)RAM: memoria volatile di lettura/scrittura; contiene i programmi inesecuzione e parte dei loro datiROM: memoria permanente di sola lettura; contiene informazioninecessarie all’avvio del computer (BIOS)
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Hardware
La parte fisica del computer
Processore o unita centrale (CPU)Il dispositivo che esegue effettivamente l’operazione
Memoria centraleSuddivisa in celle della stessa dimensione (p.es., 4 byte)
Ogni cella identificata da un indirizzoTempo di accesso costante (circa 10 nanosecondi = 10−8 secondi)RAM: memoria volatile di lettura/scrittura; contiene i programmi inesecuzione e parte dei loro datiROM: memoria permanente di sola lettura; contiene informazioninecessarie all’avvio del computer (BIOS)
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Hardware (cont.)
Memoria di massa: Hard-disk, CD, DVD, chiavi USB
Tempo di accesso non costante (tranne per chiavi USB), tempo mediodi accesso di molto superiore a RAMInformazione organizzata in files all’interno di un file-system
PerifericheVideo, tastiera, mouse, scheda rete, stampante, . . .
Permettono la comunicazione fra computer e mondo esterno
Bus: Circuiti di connessione fra componenti
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Hardware (cont.)
Memoria di massa: Hard-disk, CD, DVD, chiavi USB
Tempo di accesso non costante (tranne per chiavi USB), tempo mediodi accesso di molto superiore a RAMInformazione organizzata in files all’interno di un file-system
PerifericheVideo, tastiera, mouse, scheda rete, stampante, . . .
Permettono la comunicazione fra computer e mondo esterno
Bus: Circuiti di connessione fra componenti
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Hardware (cont.)
Memoria di massa: Hard-disk, CD, DVD, chiavi USB
Tempo di accesso non costante (tranne per chiavi USB), tempo mediodi accesso di molto superiore a RAMInformazione organizzata in files all’interno di un file-system
PerifericheVideo, tastiera, mouse, scheda rete, stampante, . . .
Permettono la comunicazione fra computer e mondo esterno
Bus: Circuiti di connessione fra componenti
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Software
L’insieme di tutti i programmi utilizzabili dal computer
Sistema operativoMette a disposizione e amministra le risorse del computer
Esecuzione comandi tramite shell o desktopAccesso alle risorse (CPU, memoria e periferiche)Condivisione ottimale delle risorse fra piu processi utilizzatori
Utility e SW di baseConsentono all’utente di effettuare delle attivita di gestione
Copiatura e compressione file, sicurezza, sviluppo codice
Programmi applicativi
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Software
L’insieme di tutti i programmi utilizzabili dal computer
Sistema operativoMette a disposizione e amministra le risorse del computer
Esecuzione comandi tramite shell o desktopAccesso alle risorse (CPU, memoria e periferiche)Condivisione ottimale delle risorse fra piu processi utilizzatori
Utility e SW di baseConsentono all’utente di effettuare delle attivita di gestione
Copiatura e compressione file, sicurezza, sviluppo codice
Programmi applicativi
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Software
L’insieme di tutti i programmi utilizzabili dal computer
Sistema operativoMette a disposizione e amministra le risorse del computer
Esecuzione comandi tramite shell o desktopAccesso alle risorse (CPU, memoria e periferiche)Condivisione ottimale delle risorse fra piu processi utilizzatori
Utility e SW di baseConsentono all’utente di effettuare delle attivita di gestione
Copiatura e compressione file, sicurezza, sviluppo codice
Programmi applicativi
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Software
L’insieme di tutti i programmi utilizzabili dal computer
Sistema operativoMette a disposizione e amministra le risorse del computer
Esecuzione comandi tramite shell o desktopAccesso alle risorse (CPU, memoria e periferiche)Condivisione ottimale delle risorse fra piu processi utilizzatori
Utility e SW di baseConsentono all’utente di effettuare delle attivita di gestione
Copiatura e compressione file, sicurezza, sviluppo codice
Programmi applicativi
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Linguaggio macchina e assembler
Ogni processore ha un proprio linguaggio macchina con un proprioformato delle istruzioni
Le istruzioni sono sequenze di bit che codificano:
l’operazione da eseguiregli operandi su cui tale operazione deve essere eseguita
Gli operandi sono:
indirizzi di memoria RAMregistri del processorecostanti (p.es., 5)
Nota: Tutte le operazioni aritmetico-logiche vengono effettuatesoltanto su operandi contenuti in registri del processore
Il linguaggio assembler di un processore e la versione simbolica dellinguaggio macchina
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Linguaggio macchina e assembler
Ogni processore ha un proprio linguaggio macchina con un proprioformato delle istruzioni
Le istruzioni sono sequenze di bit che codificano:
l’operazione da eseguiregli operandi su cui tale operazione deve essere eseguita
Gli operandi sono:
indirizzi di memoria RAMregistri del processorecostanti (p.es., 5)
Nota: Tutte le operazioni aritmetico-logiche vengono effettuatesoltanto su operandi contenuti in registri del processore
Il linguaggio assembler di un processore e la versione simbolica dellinguaggio macchina
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Linguaggio macchina e assembler
Ogni processore ha un proprio linguaggio macchina con un proprioformato delle istruzioni
Le istruzioni sono sequenze di bit che codificano:
l’operazione da eseguiregli operandi su cui tale operazione deve essere eseguita
Gli operandi sono:
indirizzi di memoria RAMregistri del processorecostanti (p.es., 5)
Nota: Tutte le operazioni aritmetico-logiche vengono effettuatesoltanto su operandi contenuti in registri del processore
Il linguaggio assembler di un processore e la versione simbolica dellinguaggio macchina
c© 2005-2010 Pearson Education Italia Capitolo 1 - Computer, algoritmi e linguaggi 26 / 71
Linguaggio macchina e assembler
Ogni processore ha un proprio linguaggio macchina con un proprioformato delle istruzioni
Le istruzioni sono sequenze di bit che codificano:
l’operazione da eseguiregli operandi su cui tale operazione deve essere eseguita
Gli operandi sono:
indirizzi di memoria RAMregistri del processorecostanti (p.es., 5)
Nota: Tutte le operazioni aritmetico-logiche vengono effettuatesoltanto su operandi contenuti in registri del processore
Il linguaggio assembler di un processore e la versione simbolica dellinguaggio macchina
c© 2005-2010 Pearson Education Italia Capitolo 1 - Computer, algoritmi e linguaggi 26 / 71
Linguaggio macchina e assembler
Ogni processore ha un proprio linguaggio macchina con un proprioformato delle istruzioni
Le istruzioni sono sequenze di bit che codificano:
l’operazione da eseguiregli operandi su cui tale operazione deve essere eseguita
Gli operandi sono:
indirizzi di memoria RAMregistri del processorecostanti (p.es., 5)
Nota: Tutte le operazioni aritmetico-logiche vengono effettuatesoltanto su operandi contenuti in registri del processore
Il linguaggio assembler di un processore e la versione simbolica dellinguaggio macchina
c© 2005-2010 Pearson Education Italia Capitolo 1 - Computer, algoritmi e linguaggi 26 / 71
Un assembler “giocattolo”
Istruzioni di trasferimento :
LOAD R, x STORE R, y ...
Istruzioni aritmetico-logiche
ADD R1, R2 MUL R1, R2 ...
Istruzioni di controllo e di salto
salto incondizionato
JUMP alfa
...
alfa:...
salto condizionato
JZERO R1, alfa
...
alfa:...
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Un assembler “giocattolo”
Istruzioni di trasferimento :
LOAD R, x STORE R, y ...
Istruzioni aritmetico-logiche
ADD R1, R2 MUL R1, R2 ...
Istruzioni di controllo e di salto
salto incondizionato
JUMP alfa
...
alfa:...
salto condizionato
JZERO R1, alfa
...
alfa:...
c© 2005-2010 Pearson Education Italia Capitolo 1 - Computer, algoritmi e linguaggi 27 / 71
Un assembler “giocattolo”
Istruzioni di trasferimento :
LOAD R, x STORE R, y ...
Istruzioni aritmetico-logiche
ADD R1, R2 MUL R1, R2 ...
Istruzioni di controllo e di salto
salto incondizionato
JUMP alfa
...
alfa:...
salto condizionato
JZERO R1, alfa
...
alfa:...
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L’algoritmo di Euclide
Calcola il massimo comun divisore (MCD) fra due numeri x e y(x ≥ y > 0)
1. Calcola il resto della divisione di x per y
2. Se il resto e diverso da zero,ricomincia dal passo 1 utilizzando come x il valore attuale di y ,e come y il valore del resto,
altrimentiprosegui con il passo successivo
3. Il massimo comun divisore e uguale al valore attuale di y
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L’algoritmo di Euclide
Calcola il massimo comun divisore (MCD) fra due numeri x e y(x ≥ y > 0)
1. Calcola il resto della divisione di x per y
2. Se il resto e diverso da zero,ricomincia dal passo 1 utilizzando come x il valore attuale di y ,e come y il valore del resto,
altrimentiprosegui con il passo successivo
3. Il massimo comun divisore e uguale al valore attuale di y
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Correttezza dell’algoritmo di Euclide
L’algoritmo di Euclide puo essere riscritto comeSe x%y = 0 allora MCD(x,y) = y
altrimenti MCD(x,y) = MCD(y,x%y)
La parte “se . . . allora” e chiaramente corretta. Verifichiamo lacorrettezza della parte “altrimenti”
Dato che x > y possiamo scrivere x = yk + q dove k e q sono dueinteri positivi con q < y
Sia g = MCD(x , y). Allora q divide g , infatti
x
g=
yk + q
g=
yk
g+
q
g
Dato che (yk)/g e (yk)/g + q/g sono entrambi interi, anche q/g eintero
Quindi g e anche il massimo comun divisore fra y e q = x%y
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Correttezza dell’algoritmo di Euclide
L’algoritmo di Euclide puo essere riscritto comeSe x%y = 0 allora MCD(x,y) = y
altrimenti MCD(x,y) = MCD(y,x%y)
La parte “se . . . allora” e chiaramente corretta. Verifichiamo lacorrettezza della parte “altrimenti”
Dato che x > y possiamo scrivere x = yk + q dove k e q sono dueinteri positivi con q < y
Sia g = MCD(x , y). Allora q divide g , infatti
x
g=
yk + q
g=
yk
g+
q
g
Dato che (yk)/g e (yk)/g + q/g sono entrambi interi, anche q/g eintero
Quindi g e anche il massimo comun divisore fra y e q = x%y
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Correttezza dell’algoritmo di Euclide
L’algoritmo di Euclide puo essere riscritto comeSe x%y = 0 allora MCD(x,y) = y
altrimenti MCD(x,y) = MCD(y,x%y)
La parte “se . . . allora” e chiaramente corretta. Verifichiamo lacorrettezza della parte “altrimenti”
Dato che x > y possiamo scrivere x = yk + q dove k e q sono dueinteri positivi con q < y
Sia g = MCD(x , y). Allora q divide g , infatti
x
g=
yk + q
g=
yk
g+
q
g
Dato che (yk)/g e (yk)/g + q/g sono entrambi interi, anche q/g eintero
Quindi g e anche il massimo comun divisore fra y e q = x%y
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Correttezza dell’algoritmo di Euclide
L’algoritmo di Euclide puo essere riscritto comeSe x%y = 0 allora MCD(x,y) = y
altrimenti MCD(x,y) = MCD(y,x%y)
La parte “se . . . allora” e chiaramente corretta. Verifichiamo lacorrettezza della parte “altrimenti”
Dato che x > y possiamo scrivere x = yk + q dove k e q sono dueinteri positivi con q < y
Sia g = MCD(x , y). Allora q divide g , infatti
x
g=
yk + q
g=
yk
g+
q
g
Dato che (yk)/g e (yk)/g + q/g sono entrambi interi, anche q/g eintero
Quindi g e anche il massimo comun divisore fra y e q = x%y
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Correttezza dell’algoritmo di Euclide
L’algoritmo di Euclide puo essere riscritto comeSe x%y = 0 allora MCD(x,y) = y
altrimenti MCD(x,y) = MCD(y,x%y)
La parte “se . . . allora” e chiaramente corretta. Verifichiamo lacorrettezza della parte “altrimenti”
Dato che x > y possiamo scrivere x = yk + q dove k e q sono dueinteri positivi con q < y
Sia g = MCD(x , y). Allora q divide g , infatti
x
g=
yk + q
g=
yk
g+
q
g
Dato che (yk)/g e (yk)/g + q/g sono entrambi interi, anche q/g eintero
Quindi g e anche il massimo comun divisore fra y e q = x%y
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Correttezza dell’algoritmo di Euclide
L’algoritmo di Euclide puo essere riscritto comeSe x%y = 0 allora MCD(x,y) = y
altrimenti MCD(x,y) = MCD(y,x%y)
La parte “se . . . allora” e chiaramente corretta. Verifichiamo lacorrettezza della parte “altrimenti”
Dato che x > y possiamo scrivere x = yk + q dove k e q sono dueinteri positivi con q < y
Sia g = MCD(x , y). Allora q divide g , infatti
x
g=
yk + q
g=
yk
g+
q
g
Dato che (yk)/g e (yk)/g + q/g sono entrambi interi, anche q/g eintero
Quindi g e anche il massimo comun divisore fra y e q = x%y
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L’algoritmo di Euclide in assembler
LOAD R1, 101 R1 <- 101 (input x)
LOAD R2, 102 R2 <- 102 (input y)
start DIV R1, R2 R1 <- R1/R2 (divisione intera)
MUL R1, R2 R1 <- R1*R2 (moltiplicazione)
LOAD R2, 101 R2 <- 101
SUB R2, R1 R2 <- R2-R1 (R2 = resto div.)
JZERO R2, end IF R2=0 GOTO end
LOAD R1, 102 R1 <- 102
STORE R1, 101 101 <- R1
STORE R2, 102 102 <- R2
JUMP start GOTO start
end LOAD R1, 102 R1 <- 102
STORE R1, 103 103 <- R1
x%y = x − bx/ycy Esempio: 8%3 = 8− b8/3c3
c© 2005-2010 Pearson Education Italia Capitolo 1 - Computer, algoritmi e linguaggi 30 / 71
Svantaggi del linguaggio macchina
E necessario conoscere i dettagli dell’architettura del processoreutilizzato e il relativo linguaggio
Risulta impossibile trasportare i programmi da una macchina ad unadifferente
Il programmatore si specializza nell’uso di “trucchi” legati allecaratteristiche specifiche della macchina
I programmi risultano difficili da comprendere e da modificare.
La struttura logica del programma e nascosta
Difficile comprendere il programma e correggerlo in presenza di errori
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Svantaggi del linguaggio macchina
E necessario conoscere i dettagli dell’architettura del processoreutilizzato e il relativo linguaggio
Risulta impossibile trasportare i programmi da una macchina ad unadifferente
Il programmatore si specializza nell’uso di “trucchi” legati allecaratteristiche specifiche della macchina
I programmi risultano difficili da comprendere e da modificare.
La struttura logica del programma e nascosta
Difficile comprendere il programma e correggerlo in presenza di errori
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Svantaggi del linguaggio macchina
E necessario conoscere i dettagli dell’architettura del processoreutilizzato e il relativo linguaggio
Risulta impossibile trasportare i programmi da una macchina ad unadifferente
Il programmatore si specializza nell’uso di “trucchi” legati allecaratteristiche specifiche della macchina
I programmi risultano difficili da comprendere e da modificare.
La struttura logica del programma e nascosta
Difficile comprendere il programma e correggerlo in presenza di errori
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Svantaggi del linguaggio macchina
E necessario conoscere i dettagli dell’architettura del processoreutilizzato e il relativo linguaggio
Risulta impossibile trasportare i programmi da una macchina ad unadifferente
Il programmatore si specializza nell’uso di “trucchi” legati allecaratteristiche specifiche della macchina
I programmi risultano difficili da comprendere e da modificare.
La struttura logica del programma e nascosta
Difficile comprendere il programma e correggerlo in presenza di errori
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Richiamo
L’esecutore di un programma opera ripetendo il ciclo
FetchDecode
Execute
1 Fetch: preleva la prossima istruzione
2 Decode: scomponi l’istruzione inoperatore e operandi
3 Execute: applica l’operatore aglioperandi
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I linguaggi ad alto livello
Linguaggi di programmazioneInsiemi di regole per costruire sequenze di istruzioni (cioe programmi)che possono essere direttamente eseguite da una macchina
Macchina fisicaE il processore, cioe l’esecutore dei programmi in linguaggio macchina
Macchina virtuale (per un dato linguaggio L)E un programma (detto interprete) che svolge il ruolo di esecutore peri programmi nel linguaggio L
Linguaggi ad alto livelloLinguaggi le cui istruzioni sono eseguibili da una macchina virtuale ingrado di effettuare operazioni piu complesse rispetto alle operazionielementari dei processori reali
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I linguaggi ad alto livello
Linguaggi di programmazioneInsiemi di regole per costruire sequenze di istruzioni (cioe programmi)che possono essere direttamente eseguite da una macchina
Macchina fisicaE il processore, cioe l’esecutore dei programmi in linguaggio macchina
Macchina virtuale (per un dato linguaggio L)E un programma (detto interprete) che svolge il ruolo di esecutore peri programmi nel linguaggio L
Linguaggi ad alto livelloLinguaggi le cui istruzioni sono eseguibili da una macchina virtuale ingrado di effettuare operazioni piu complesse rispetto alle operazionielementari dei processori reali
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I linguaggi ad alto livello
Linguaggi di programmazioneInsiemi di regole per costruire sequenze di istruzioni (cioe programmi)che possono essere direttamente eseguite da una macchina
Macchina fisicaE il processore, cioe l’esecutore dei programmi in linguaggio macchina
Macchina virtuale (per un dato linguaggio L)E un programma (detto interprete) che svolge il ruolo di esecutore peri programmi nel linguaggio L
Linguaggi ad alto livelloLinguaggi le cui istruzioni sono eseguibili da una macchina virtuale ingrado di effettuare operazioni piu complesse rispetto alle operazionielementari dei processori reali
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I linguaggi ad alto livello
Linguaggi di programmazioneInsiemi di regole per costruire sequenze di istruzioni (cioe programmi)che possono essere direttamente eseguite da una macchina
Macchina fisicaE il processore, cioe l’esecutore dei programmi in linguaggio macchina
Macchina virtuale (per un dato linguaggio L)E un programma (detto interprete) che svolge il ruolo di esecutore peri programmi nel linguaggio L
Linguaggi ad alto livelloLinguaggi le cui istruzioni sono eseguibili da una macchina virtuale ingrado di effettuare operazioni piu complesse rispetto alle operazionielementari dei processori reali
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Compilatori e interpreti
Compilatore E un programma che traduce un programma del linguaggio Lin un programma equivalente nel linguaggio macchina
Interprete E una macchina virtuale per un dato linguaggio. Operaripetendo il ciclo
1 Fetch: legge la prossima istruzione del programma2 Decode: traduce l’istruzione in corrispondenti istruzioni
del linguaggio macchina3 Execute: esegue le istruzioni del linguaggio macchina
Nota
Un compilatore puo anche tradurre un programma in un programmaequivalente in un linguaggio diverso dal linguaggio macchina
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Compilatori e interpreti
Compilatore E un programma che traduce un programma del linguaggio Lin un programma equivalente nel linguaggio macchina
Interprete E una macchina virtuale per un dato linguaggio. Operaripetendo il ciclo
1 Fetch: legge la prossima istruzione del programma2 Decode: traduce l’istruzione in corrispondenti istruzioni
del linguaggio macchina3 Execute: esegue le istruzioni del linguaggio macchina
Nota
Un compilatore puo anche tradurre un programma in un programmaequivalente in un linguaggio diverso dal linguaggio macchina
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Compilatori e interpreti
Compilatore E un programma che traduce un programma del linguaggio Lin un programma equivalente nel linguaggio macchina
Interprete E una macchina virtuale per un dato linguaggio. Operaripetendo il ciclo
1 Fetch: legge la prossima istruzione del programma2 Decode: traduce l’istruzione in corrispondenti istruzioni
del linguaggio macchina3 Execute: esegue le istruzioni del linguaggio macchina
Nota
Un compilatore puo anche tradurre un programma in un programmaequivalente in un linguaggio diverso dal linguaggio macchina
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Interpreti
L’interprete “espande” ogni istruzione del linguaggio in una sequenza diistruzioni in linguaggio macchina
.
.
.
y <- x - (x/y)*y
.
.
.
LOAD R1 x
LOAD R2 y
DIV R1 R2
MUL R1 R2
LOAD R2 x
SUB R2 R1
STO R2 y
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Interpreti
L’interprete “espande” ogni istruzione del linguaggio in una sequenza diistruzioni in linguaggio macchina
.
.
.
y <- x - (x/y)*y
.
.
.
LOAD R1 x
LOAD R2 y
DIV R1 R2
MUL R1 R2
LOAD R2 x
SUB R2 R1
STO R2 y
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Compilatori
program Saluti;__________________________________________
Compilatore Pascal per X
Saluti.exe0110010...________________________________________
0110010...
Saluti
Programma Pascal
Macchina X
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Portabilita del sorgente
Compilatore per Windows
Compilatoreper Linux
Compilatoreper MacOs
program p (input,output);var x:integer; ...
Programma Pascal
Eseguibile Eseguibile Eseguibile
Indipendente dalla
piattaforma
Dipendente dalla
piattaforma
Windows Linux MacOS
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Java Virtual Machine (JVM)
Saluti.java__________________________________________
Compilatore(javac)
Saluti.class________________________________________
Interprete(java)
Saluti
0110010...
Il compilatore Java traduce il sorgente in un programma per illinguaggio bytecode
La Java Virtual Machine e un interprete per il bytecode
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Vantaggi: portabilita del bytecode
class Saluti{...}
Programma Java
Compilatore
bytecode
Interpreteper Windows
Interpreteper Linux
Interpreteper MacOs
Linux MacOS
Indipendente dalla
piattaforma
Windows
Dipendente dalla
piattaforma
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Vantaggi: leggerezza del bytecode
Saluti.java__________________________________________
Compilatore(javac)
Saluti.class________________________________________
Interprete(java)
0110010...
Saluti
Network
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Strumenti per la stesura dei programmi
programmasorgente
compilatore
errori di compilazione
programmaoggetto
linkererrori
del linker librerie
eseguibile
esecutore
output ederrori diesecuzione
input
output
modifiche
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Sommario: Computer, algoritmi e linguaggi
1 Computer, algoritmi e programmiComputer, algoritmi e programmiEvoluzione della programmazioneFinalita del corsoRappresentazione dell’informazione
2 Dal linguaggio macchina ai linguaggi ad alto livelloLa macchina di Von NeumannComponenti principali di un computerI linguaggi ad alto livelloJava Virtual Machine (JVM)Strumenti per la stesura dei programmi
3 La programmazione strutturataLe strutture di controllo fondamentaliVariabili e assegnamenti
4 Sintassi e semanticaGrammaticheLessico del linguaggio Java
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Programmazione strutturata
Metodologia di programmazione introdotta agli inizi degli anni settanta.
La sequenza di esecuzione delle istruzioni (flusso di esecuzione) econtrollata da tre strutture di controllo fondamentali:
Sequenza permette di eseguire le istruzioni secondo l’ordine in cui sonoscritte
Selezione permette di scegliere l’esecuzione di un blocco di istruzionitra due possibili in base al valore di una condizione
Iterazione permette di ripetere l’esecuzione di una o piu istruzioni inbase al valore di una condizione
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Programmazione strutturata
Metodologia di programmazione introdotta agli inizi degli anni settanta.
La sequenza di esecuzione delle istruzioni (flusso di esecuzione) econtrollata da tre strutture di controllo fondamentali:
Sequenza permette di eseguire le istruzioni secondo l’ordine in cui sonoscritte
Selezione permette di scegliere l’esecuzione di un blocco di istruzionitra due possibili in base al valore di una condizione
Iterazione permette di ripetere l’esecuzione di una o piu istruzioni inbase al valore di una condizione
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Programmazione strutturata
Metodologia di programmazione introdotta agli inizi degli anni settanta.
La sequenza di esecuzione delle istruzioni (flusso di esecuzione) econtrollata da tre strutture di controllo fondamentali:
Sequenza permette di eseguire le istruzioni secondo l’ordine in cui sonoscritte
Selezione permette di scegliere l’esecuzione di un blocco di istruzionitra due possibili in base al valore di una condizione
Iterazione permette di ripetere l’esecuzione di una o piu istruzioni inbase al valore di una condizione
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Programmazione strutturata
Metodologia di programmazione introdotta agli inizi degli anni settanta.
La sequenza di esecuzione delle istruzioni (flusso di esecuzione) econtrollata da tre strutture di controllo fondamentali:
Sequenza permette di eseguire le istruzioni secondo l’ordine in cui sonoscritte
Selezione permette di scegliere l’esecuzione di un blocco di istruzionitra due possibili in base al valore di una condizione
Iterazione permette di ripetere l’esecuzione di una o piu istruzioni inbase al valore di una condizione
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Programmazione strutturata
L’impiego di queste strutture migliora la leggibilita dei programmi
Ogni struttura di controllo ha un solo punto di ingresso e un solopunto d’uscita
Il flusso di esecuzione e evidente dalla struttura del codice
Teorema di Jacopini-Bohm (1966)
Le tre strutture di controllo fondamentali (sequenza, iterazione eselezione) sono sufficienti per implementare qualunque algoritmo.
Quindi una macchina virtuale per un linguaggio che comprende le trestrutture di controllo fondamentali e un computer universale.
Descriviamo le strutture di controllo utilizzando uno pseudo-codice
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Programmazione strutturata
L’impiego di queste strutture migliora la leggibilita dei programmi
Ogni struttura di controllo ha un solo punto di ingresso e un solopunto d’uscita
Il flusso di esecuzione e evidente dalla struttura del codice
Teorema di Jacopini-Bohm (1966)
Le tre strutture di controllo fondamentali (sequenza, iterazione eselezione) sono sufficienti per implementare qualunque algoritmo.
Quindi una macchina virtuale per un linguaggio che comprende le trestrutture di controllo fondamentali e un computer universale.
Descriviamo le strutture di controllo utilizzando uno pseudo-codice
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Programmazione strutturata
L’impiego di queste strutture migliora la leggibilita dei programmi
Ogni struttura di controllo ha un solo punto di ingresso e un solopunto d’uscita
Il flusso di esecuzione e evidente dalla struttura del codice
Teorema di Jacopini-Bohm (1966)
Le tre strutture di controllo fondamentali (sequenza, iterazione eselezione) sono sufficienti per implementare qualunque algoritmo.
Quindi una macchina virtuale per un linguaggio che comprende le trestrutture di controllo fondamentali e un computer universale.
Descriviamo le strutture di controllo utilizzando uno pseudo-codice
c© 2005-2010 Pearson Education Italia Capitolo 1 - Computer, algoritmi e linguaggi 44 / 71
Programmazione strutturata
L’impiego di queste strutture migliora la leggibilita dei programmi
Ogni struttura di controllo ha un solo punto di ingresso e un solopunto d’uscita
Il flusso di esecuzione e evidente dalla struttura del codice
Teorema di Jacopini-Bohm (1966)
Le tre strutture di controllo fondamentali (sequenza, iterazione eselezione) sono sufficienti per implementare qualunque algoritmo.
Quindi una macchina virtuale per un linguaggio che comprende le trestrutture di controllo fondamentali e un computer universale.
Descriviamo le strutture di controllo utilizzando uno pseudo-codice
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Sequenza
Le istruzioni sono eseguite nello stesso ordine in cui compaiono nelprogramma, cioe secondo la sequenza in cui sono scritte.
Example: Somma di due numeri
leggi i numeri a, bcalcola a + bscrivi il risultato
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Selezione
Sintassi
SE condizioneALLORA
blocco1ALTRIMENTI
blocco2FINESE
Esecuzione
(1) Viene valutata condizione
se e vera vengono eseguite le istruzioni del blocco1
se e falsa vengono eseguite quelle del blocco2
(2) L’esecuzione procede con l’istruzione che segue immediatamente lafine del costrutto di selezione (FINESE)
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Selezione
Sintassi
SE condizioneALLORA
blocco1ALTRIMENTI
blocco2FINESE
Esecuzione
(1) Viene valutata condizione
se e vera vengono eseguite le istruzioni del blocco1
se e falsa vengono eseguite quelle del blocco2
(2) L’esecuzione procede con l’istruzione che segue immediatamente lafine del costrutto di selezione (FINESE)
c© 2005-2010 Pearson Education Italia Capitolo 1 - Computer, algoritmi e linguaggi 46 / 71
Selezione
Sintassi
SE condizioneALLORA
blocco1ALTRIMENTI
blocco2FINESE
Esecuzione
(1) Viene valutata condizione
se e vera vengono eseguite le istruzioni del blocco1
se e falsa vengono eseguite quelle del blocco2
(2) L’esecuzione procede con l’istruzione che segue immediatamente lafine del costrutto di selezione (FINESE)
c© 2005-2010 Pearson Education Italia Capitolo 1 - Computer, algoritmi e linguaggi 46 / 71
Selezione
Sintassi
SE condizioneALLORA
blocco1ALTRIMENTI
blocco2FINESE
Esecuzione
(1) Viene valutata condizione
se e vera vengono eseguite le istruzioni del blocco1
se e falsa vengono eseguite quelle del blocco2
(2) L’esecuzione procede con l’istruzione che segue immediatamente lafine del costrutto di selezione (FINESE)
c© 2005-2010 Pearson Education Italia Capitolo 1 - Computer, algoritmi e linguaggi 46 / 71
Selezione
Sintassi
SE condizioneALLORA
blocco1ALTRIMENTI
blocco2FINESE
Esecuzione
(1) Viene valutata condizione
se e vera vengono eseguite le istruzioni del blocco1
se e falsa vengono eseguite quelle del blocco2
(2) L’esecuzione procede con l’istruzione che segue immediatamente lafine del costrutto di selezione (FINESE)
c© 2005-2010 Pearson Education Italia Capitolo 1 - Computer, algoritmi e linguaggi 46 / 71
Selezione (senza ALTRIMENTI)
Sintassi
SE condizioneALLORA
blocco1FINESE
Esecuzione
Viene valutata condizione:
se e vera vengono eseguite le istruzioni del blocco1
quindi l’esecuzione riprende dalla prima istruzione che segueil costrutto di selezione
se e falsa l’esecuzione prosegue direttamente dalla prima istruzioneche segue il costrutto di selezione
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Selezione (senza ALTRIMENTI)
Sintassi
SE condizioneALLORA
blocco1FINESE
Esecuzione
Viene valutata condizione:
se e vera vengono eseguite le istruzioni del blocco1
quindi l’esecuzione riprende dalla prima istruzione che segueil costrutto di selezione
se e falsa l’esecuzione prosegue direttamente dalla prima istruzioneche segue il costrutto di selezione
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Selezione (senza ALTRIMENTI)
Sintassi
SE condizioneALLORA
blocco1FINESE
Esecuzione
Viene valutata condizione:
se e vera vengono eseguite le istruzioni del blocco1
quindi l’esecuzione riprende dalla prima istruzione che segueil costrutto di selezione
se e falsa l’esecuzione prosegue direttamente dalla prima istruzioneche segue il costrutto di selezione
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Selezione (senza ALTRIMENTI)
Sintassi
SE condizioneALLORA
blocco1FINESE
Esecuzione
Viene valutata condizione:
se e vera vengono eseguite le istruzioni del blocco1
quindi l’esecuzione riprende dalla prima istruzione che segueil costrutto di selezione
se e falsa l’esecuzione prosegue direttamente dalla prima istruzioneche segue il costrutto di selezione
c© 2005-2010 Pearson Education Italia Capitolo 1 - Computer, algoritmi e linguaggi 47 / 71
Esempio
Calcolo della divisione tra due numeri controllando che il divisore siadiverso da zero:
leggi il dividendo e il divisoreSE il divisore e diverso da zeroALLORA
calcola dividendo/divisorescrivi il risultato
ALTRIMENTI
scrivi “errore: divisione per zero”FINESE
Le strutture di controllo possono essere innestate
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Esempio
Calcolo della divisione tra due numeri controllando che il divisore siadiverso da zero:
leggi il dividendo e il divisoreSE il divisore e diverso da zeroALLORA
calcola dividendo/divisorescrivi il risultato
ALTRIMENTI
scrivi “errore: divisione per zero”FINESE
Le strutture di controllo possono essere innestate
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Esempio: calcolo delle radici di ax2 + bx + c = 0
leggi i valori dei parametri a, b, ccalcola il discriminante ∆ = b2 − 4acSE il discriminante e minore di zeroALLORA
scrivi “nessuna soluzione reale”ALTRIMENTI
SE il discriminante e uguale a zeroALLORA
calcola −b2ascrivi “Due soluzioni coincidenti: ”, il risultato
ALTRIMENTI
scrivi “Due soluzioni: ”,
calcola −b−√
∆2a e scrivi il risultato
calcola −b+√
∆2a e scrivi il risultato
FINESE
FINESE
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Iterazione (schema 1)
Sintassi
ESEGUI
bloccoQUANDO condizione
Esecuzione
(1) Viene eseguito blocco
(2) Viene valutata condizione:
se e vera si ritorna al punto (1)
se e falsa si prosegue con la prima istruzione scritta dopo ilcostrutto iterativo
il blocco e eseguito almeno una volta
termina quando la condizione diventa falsa
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Iterazione (schema 1)
Sintassi
ESEGUI
bloccoQUANDO condizione
Esecuzione
(1) Viene eseguito blocco
(2) Viene valutata condizione:
se e vera si ritorna al punto (1)
se e falsa si prosegue con la prima istruzione scritta dopo ilcostrutto iterativo
il blocco e eseguito almeno una volta
termina quando la condizione diventa falsa
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Iterazione (schema 1)
Sintassi
ESEGUI
bloccoQUANDO condizione
Esecuzione
(1) Viene eseguito blocco
(2) Viene valutata condizione:
se e vera si ritorna al punto (1)
se e falsa si prosegue con la prima istruzione scritta dopo ilcostrutto iterativo
il blocco e eseguito almeno una volta
termina quando la condizione diventa falsa
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Iterazione (schema 1)
Sintassi
ESEGUI
bloccoQUANDO condizione
Esecuzione
(1) Viene eseguito blocco
(2) Viene valutata condizione:
se e vera si ritorna al punto (1)
se e falsa si prosegue con la prima istruzione scritta dopo ilcostrutto iterativo
il blocco e eseguito almeno una volta
termina quando la condizione diventa falsa
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Iterazione (schema 1)
Sintassi
ESEGUI
bloccoQUANDO condizione
Esecuzione
(1) Viene eseguito blocco
(2) Viene valutata condizione:
se e vera si ritorna al punto (1)
se e falsa si prosegue con la prima istruzione scritta dopo ilcostrutto iterativo
il blocco e eseguito almeno una volta
termina quando la condizione diventa falsa
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Iterazione (schema 1)
Sintassi
ESEGUI
bloccoQUANDO condizione
Esecuzione
(1) Viene eseguito blocco
(2) Viene valutata condizione:
se e vera si ritorna al punto (1)
se e falsa si prosegue con la prima istruzione scritta dopo ilcostrutto iterativo
il blocco e eseguito almeno una volta
termina quando la condizione diventa falsa
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Esempio: somma dei primi 100 numeri interi
Calcolo iterativo, senza utilizzare la formula di Gauss (∑n
i=1 i = n(n+1)2 ).
poni il valore della somma a zeroinizia a considerare il numero 1ESEGUI
aggiungi alla somma il numero che stai considerandoconsidera il numero successivo
QUANDO il numero che stai considerando non supera 100scrivi la somma
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Iterazione (schema 2)
Sintassi
QUANDO condizione ESEGUI
bloccoRIPETI
Esecuzione
(1) Viene valutata la condizione:
se e vera, viene eseguito bloccoquindi si torna al punto (1)
se e falsa, l’esecuzione riprende dalla prima l’istruzione che segue ilcostrutto iterativo
il blocco puo essere eseguito anche zero volte
termina quando la condizione diventa falsa
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Iterazione (schema 2)
Sintassi
QUANDO condizione ESEGUI
bloccoRIPETI
Esecuzione
(1) Viene valutata la condizione:
se e vera, viene eseguito bloccoquindi si torna al punto (1)
se e falsa, l’esecuzione riprende dalla prima l’istruzione che segue ilcostrutto iterativo
il blocco puo essere eseguito anche zero volte
termina quando la condizione diventa falsa
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Iterazione (schema 2)
Sintassi
QUANDO condizione ESEGUI
bloccoRIPETI
Esecuzione
(1) Viene valutata la condizione:
se e vera, viene eseguito bloccoquindi si torna al punto (1)
se e falsa, l’esecuzione riprende dalla prima l’istruzione che segue ilcostrutto iterativo
il blocco puo essere eseguito anche zero volte
termina quando la condizione diventa falsa
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Iterazione (schema 2)
Sintassi
QUANDO condizione ESEGUI
bloccoRIPETI
Esecuzione
(1) Viene valutata la condizione:
se e vera, viene eseguito bloccoquindi si torna al punto (1)
se e falsa, l’esecuzione riprende dalla prima l’istruzione che segue ilcostrutto iterativo
il blocco puo essere eseguito anche zero volte
termina quando la condizione diventa falsa
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Iterazione (schema 2)
Sintassi
QUANDO condizione ESEGUI
bloccoRIPETI
Esecuzione
(1) Viene valutata la condizione:
se e vera, viene eseguito bloccoquindi si torna al punto (1)
se e falsa, l’esecuzione riprende dalla prima l’istruzione che segue ilcostrutto iterativo
il blocco puo essere eseguito anche zero volte
termina quando la condizione diventa falsa
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Simulazione
Il comportamento dello schema QUANDO...RIPETI puo essere simulatocombinando ESEGUI...QUANDO... e selezione:
SE condizioneALLORA
ESEGUI
bloccoQUANDO condizione
FINESE
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Variabili e assegnamenti
Una variabile e un area di memoria che contiene un datoIl nome di una variabile e detto identificatore
Istruzione di assegnamento
variabile ← espressione
Esecuzione
(1) Viene calcolato il valore dell’espressione scritta a destra del simbolo ←
(2) Il risultato ottenuto e assegnato alla variabile (ovvero salvato nell’areadi memoria corrispondente) il cui nome e scritto a sinistra del simbolo←, eliminando l’eventuale valore precedentemente contenuto.
OsservazioneMolti linguaggi, tra cui anche Java, utilizzano per l’assegnamento ilsimbolo =, usato comunemente per indicare l’uguaglianza.
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Variabili e assegnamenti
Una variabile e un area di memoria che contiene un datoIl nome di una variabile e detto identificatore
Istruzione di assegnamento
variabile ← espressione
Esecuzione
(1) Viene calcolato il valore dell’espressione scritta a destra del simbolo ←
(2) Il risultato ottenuto e assegnato alla variabile (ovvero salvato nell’areadi memoria corrispondente) il cui nome e scritto a sinistra del simbolo←, eliminando l’eventuale valore precedentemente contenuto.
OsservazioneMolti linguaggi, tra cui anche Java, utilizzano per l’assegnamento ilsimbolo =, usato comunemente per indicare l’uguaglianza.
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Variabili e assegnamenti
Una variabile e un area di memoria che contiene un datoIl nome di una variabile e detto identificatore
Istruzione di assegnamento
variabile ← espressione
Esecuzione
(1) Viene calcolato il valore dell’espressione scritta a destra del simbolo ←
(2) Il risultato ottenuto e assegnato alla variabile (ovvero salvato nell’areadi memoria corrispondente) il cui nome e scritto a sinistra del simbolo←, eliminando l’eventuale valore precedentemente contenuto.
OsservazioneMolti linguaggi, tra cui anche Java, utilizzano per l’assegnamento ilsimbolo =, usato comunemente per indicare l’uguaglianza.
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Variabili e assegnamenti
Una variabile e un area di memoria che contiene un datoIl nome di una variabile e detto identificatore
Istruzione di assegnamento
variabile ← espressione
Esecuzione
(1) Viene calcolato il valore dell’espressione scritta a destra del simbolo ←
(2) Il risultato ottenuto e assegnato alla variabile (ovvero salvato nell’areadi memoria corrispondente) il cui nome e scritto a sinistra del simbolo←, eliminando l’eventuale valore precedentemente contenuto.
OsservazioneMolti linguaggi, tra cui anche Java, utilizzano per l’assegnamento ilsimbolo =, usato comunemente per indicare l’uguaglianza.
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Esempio
3 5 2
x y z
x ← y + z
1 si valuta l’espressione y+z, recuperando i valori presenti in y e z efacendone la somma
2 si pone il risultato nel contenitore di cui x e il nome dopo avereeliminato il valore precedentemente presente
7 5 2
x y z
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Esempio
3 5 2
x y z
x ← y + z
1 si valuta l’espressione y+z, recuperando i valori presenti in y e z efacendone la somma
2 si pone il risultato nel contenitore di cui x e il nome dopo avereeliminato il valore precedentemente presente
7 5 2
x y z
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Esempio
3 5 2
x y z
x ← y + z
1 si valuta l’espressione y+z, recuperando i valori presenti in y e z efacendone la somma
2 si pone il risultato nel contenitore di cui x e il nome dopo avereeliminato il valore precedentemente presente
7 5 2
x y z
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Esempio
3
k
k ← k + 1
1 si valuta l’espressione k+1, recuperando il valore di k (3) esommandogli 1
2 si pone il risultato nel contenitore di cui k e il nome dopo avereeliminato il valore precedentemente presente
4
k
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Esempio
3
k
k ← k + 1
1 si valuta l’espressione k+1, recuperando il valore di k (3) esommandogli 1
2 si pone il risultato nel contenitore di cui k e il nome dopo avereeliminato il valore precedentemente presente
4
k
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Esempio
3
k
k ← k + 1
1 si valuta l’espressione k+1, recuperando il valore di k (3) esommandogli 1
2 si pone il risultato nel contenitore di cui k e il nome dopo avereeliminato il valore precedentemente presente
4
k
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Esempio
3
k
k ← k + 1
1 si valuta l’espressione k+1, recuperando il valore di k (3) esommandogli 1
2 si pone il risultato nel contenitore di cui k e il nome dopo avereeliminato il valore precedentemente presente
4
k
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Tipo
Il tipo di una variabile specifica
la classe di valori che questa puo assumere
l’insieme delle operazioni che possono essere effettuate su di essa.
Ad esempio una variabile x di tipo intero
puo assumere come valori solo numeri interi
su di essa possono essere effettuate soltanto le operazioni consentiteper i numeri interi
Il tipo e utile per
allocare spazio sufficiente a memorizzare il valore di una variabile
verificare in fase di compilazione la correttezza di un programma
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Tipo
Il tipo di una variabile specifica
la classe di valori che questa puo assumere
l’insieme delle operazioni che possono essere effettuate su di essa.
Ad esempio una variabile x di tipo intero
puo assumere come valori solo numeri interi
su di essa possono essere effettuate soltanto le operazioni consentiteper i numeri interi
Il tipo e utile per
allocare spazio sufficiente a memorizzare il valore di una variabile
verificare in fase di compilazione la correttezza di un programma
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Tipo
Il tipo di una variabile specifica
la classe di valori che questa puo assumere
l’insieme delle operazioni che possono essere effettuate su di essa.
Ad esempio una variabile x di tipo intero
puo assumere come valori solo numeri interi
su di essa possono essere effettuate soltanto le operazioni consentiteper i numeri interi
Il tipo e utile per
allocare spazio sufficiente a memorizzare il valore di una variabile
verificare in fase di compilazione la correttezza di un programma
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Astrazioni
Variabili
Il concetto di variabile e un’astrazione del concetto di locazione dimemoria
L’assegnamento di un valore a una variabile e un’astrazionedell’istruzione STORE
Tipi
Sebbene tutte le variabili siano rappresentate nella memoria comesequenze di bit, tali sequenze possono essere interpretatediversamente in base ai tipi
La nozione di tipo fornisce un’astrazione rispetto allarappresentazione effettiva dei dati
Il programmatore puo utilizzare variabili di tipi differenti, senzanecessita di conoscerne l’effettiva rappresentazione
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Astrazioni
Variabili
Il concetto di variabile e un’astrazione del concetto di locazione dimemoria
L’assegnamento di un valore a una variabile e un’astrazionedell’istruzione STORE
Tipi
Sebbene tutte le variabili siano rappresentate nella memoria comesequenze di bit, tali sequenze possono essere interpretatediversamente in base ai tipi
La nozione di tipo fornisce un’astrazione rispetto allarappresentazione effettiva dei dati
Il programmatore puo utilizzare variabili di tipi differenti, senzanecessita di conoscerne l’effettiva rappresentazione
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Dichiarazione delle variabili
Molti linguaggi richiedono di dichiarare le variabili utilizzate nelprogramma indicandone il tipo.
Vantaggi:
accresce la leggibilita dei programmi
diminuisce la possibilita di errori
facilita la realizzazione di compilatori efficienti
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Dichiarazione delle variabili
Molti linguaggi richiedono di dichiarare le variabili utilizzate nelprogramma indicandone il tipo.
Vantaggi:
accresce la leggibilita dei programmi
diminuisce la possibilita di errori
facilita la realizzazione di compilatori efficienti
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Esempio: calcolo delle radici di ax2 + bx + c = 0
variabili a, b, c, D, x, x1, x2: numeri reali
leggi a, b, c
D ← b2 - 4 * a * c
SE D < 0
ALLORA
scrivi “nessuna soluzione reale”ALTRIMENTI
SE D == 0
ALLORA
x ← - b / (2 * a)
scrivi “Due soluzioni coincidenti: ”, xALTRIMENTI
x1 ← (- b -√D) / (2 * a)
x2 ← (- b +√D) / (2 * a)
scrivi “Due soluzioni: ”, x1, x2FINESE
FINESE
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Sommario: Computer, algoritmi e linguaggi
1 Computer, algoritmi e programmiComputer, algoritmi e programmiEvoluzione della programmazioneFinalita del corsoRappresentazione dell’informazione
2 Dal linguaggio macchina ai linguaggi ad alto livelloLa macchina di Von NeumannComponenti principali di un computerI linguaggi ad alto livelloJava Virtual Machine (JVM)Strumenti per la stesura dei programmi
3 La programmazione strutturataLe strutture di controllo fondamentaliVariabili e assegnamenti
4 Sintassi e semanticaGrammaticheLessico del linguaggio Java
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Linguaggi di programmazione
Sintassi
Fornisce delle regole per la scrittura di programmi
Esistono vari formalismi per descrivere la sintassi di un linguaggio(forme di Backus-Naur, carte sintattiche, . . . )
Semantica
Determina il significato di un programma
Ovvero, le operazioni attuate dalla macchina che esegue il programma(semantica operazionale)
Solo i programmi sintatticamente corretti hanno una semantica, cioepossono essere eseguiti
Quando il compilatore (o l’interprete) incontra un errore di sintassi nelcodice si arresta segnalando il problema
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Linguaggi di programmazione
Sintassi
Fornisce delle regole per la scrittura di programmi
Esistono vari formalismi per descrivere la sintassi di un linguaggio(forme di Backus-Naur, carte sintattiche, . . . )
Semantica
Determina il significato di un programma
Ovvero, le operazioni attuate dalla macchina che esegue il programma(semantica operazionale)
Solo i programmi sintatticamente corretti hanno una semantica, cioepossono essere eseguiti
Quando il compilatore (o l’interprete) incontra un errore di sintassi nelcodice si arresta segnalando il problema
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Linguaggi di programmazione
Sintassi
Fornisce delle regole per la scrittura di programmi
Esistono vari formalismi per descrivere la sintassi di un linguaggio(forme di Backus-Naur, carte sintattiche, . . . )
Semantica
Determina il significato di un programma
Ovvero, le operazioni attuate dalla macchina che esegue il programma(semantica operazionale)
Solo i programmi sintatticamente corretti hanno una semantica, cioepossono essere eseguiti
Quando il compilatore (o l’interprete) incontra un errore di sintassi nelcodice si arresta segnalando il problema
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Linguaggi di programmazione
Sintassi
Fornisce delle regole per la scrittura di programmi
Esistono vari formalismi per descrivere la sintassi di un linguaggio(forme di Backus-Naur, carte sintattiche, . . . )
Semantica
Determina il significato di un programma
Ovvero, le operazioni attuate dalla macchina che esegue il programma(semantica operazionale)
Solo i programmi sintatticamente corretti hanno una semantica, cioepossono essere eseguiti
Quando il compilatore (o l’interprete) incontra un errore di sintassi nelcodice si arresta segnalando il problema
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Programmi e algoritmi
ALGORITMI
PROGRAMMI
PROGRAMMI CORRETTI
PROGRAMMI TERMINANTI
Per codificare tutti gli algoritmi e necessario utilizzare i cicli
La presenza dei cicli rende possibile scrivere programmi non terminanti(contenenti cicli infiniti), che quindi non codificano nessun algoritmo
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Sintassi e semantica
In astratto, la sintassi e definita da una grammatica
La grammatica e un modello generativo di tutti e soli i programmisintatticamente corretti
Sintassi dei numeri reali (ad esempio 3.14...)
<reale> ::= <sequenza_cifre> . <sequenza_cifre>
<sequenza_cifre> ::= <cifra> | <cifra> <sequenza_cifre>
<cifra> ::= 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9
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Sintassi e semantica
In astratto, la sintassi e definita da una grammatica
La grammatica e un modello generativo di tutti e soli i programmisintatticamente corretti
Sintassi dei numeri reali (ad esempio 3.14...)
<reale> ::= <sequenza_cifre> . <sequenza_cifre>
<sequenza_cifre> ::= <cifra> | <cifra> <sequenza_cifre>
<cifra> ::= 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9
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Sintassi e semantica
In astratto, la sintassi e definita da una grammatica
La grammatica e un modello generativo di tutti e soli i programmisintatticamente corretti
Sintassi dei numeri reali (ad esempio 3.14...)
<reale> ::= <sequenza_cifre> . <sequenza_cifre>
<sequenza_cifre> ::= <cifra> | <cifra> <sequenza_cifre>
<cifra> ::= 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9
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Grammatica
G = (T ,N,P,S)
T insieme finito dei simboli terminali, cioe dei simboli checostituiranno i programmi
N insieme finito dei simboli non terminali, o metasimboli,utilizzati nella costruzione dei programmi
P insieme finito delle regole di produzione
S simbolo iniziale, S ∈ N ed e il punto di partenza nellacostruzione dei programmi
Linguaggio generato da G
L’insieme di tutte le sequenze di simboli terminali ottenibili applicando leregole di produzione dell’insieme P, a partire dal simbolo iniziale S .
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Grammatica
G = (T ,N,P,S)
T insieme finito dei simboli terminali, cioe dei simboli checostituiranno i programmi
N insieme finito dei simboli non terminali, o metasimboli,utilizzati nella costruzione dei programmi
P insieme finito delle regole di produzione
S simbolo iniziale, S ∈ N ed e il punto di partenza nellacostruzione dei programmi
Linguaggio generato da G
L’insieme di tutte le sequenze di simboli terminali ottenibili applicando leregole di produzione dell’insieme P, a partire dal simbolo iniziale S .
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Grammatica
G = (T ,N,P,S)
T insieme finito dei simboli terminali, cioe dei simboli checostituiranno i programmi
N insieme finito dei simboli non terminali, o metasimboli,utilizzati nella costruzione dei programmi
P insieme finito delle regole di produzione
S simbolo iniziale, S ∈ N ed e il punto di partenza nellacostruzione dei programmi
Linguaggio generato da G
L’insieme di tutte le sequenze di simboli terminali ottenibili applicando leregole di produzione dell’insieme P, a partire dal simbolo iniziale S .
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Grammatica
G = (T ,N,P,S)
T insieme finito dei simboli terminali, cioe dei simboli checostituiranno i programmi
N insieme finito dei simboli non terminali, o metasimboli,utilizzati nella costruzione dei programmi
P insieme finito delle regole di produzione
S simbolo iniziale, S ∈ N ed e il punto di partenza nellacostruzione dei programmi
Linguaggio generato da G
L’insieme di tutte le sequenze di simboli terminali ottenibili applicando leregole di produzione dell’insieme P, a partire dal simbolo iniziale S .
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Grammatica
G = (T ,N,P,S)
T insieme finito dei simboli terminali, cioe dei simboli checostituiranno i programmi
N insieme finito dei simboli non terminali, o metasimboli,utilizzati nella costruzione dei programmi
P insieme finito delle regole di produzione
S simbolo iniziale, S ∈ N ed e il punto di partenza nellacostruzione dei programmi
Linguaggio generato da G
L’insieme di tutte le sequenze di simboli terminali ottenibili applicando leregole di produzione dell’insieme P, a partire dal simbolo iniziale S .
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Grammatica
G = (T ,N,P,S)
T insieme finito dei simboli terminali, cioe dei simboli checostituiranno i programmi
N insieme finito dei simboli non terminali, o metasimboli,utilizzati nella costruzione dei programmi
P insieme finito delle regole di produzione
S simbolo iniziale, S ∈ N ed e il punto di partenza nellacostruzione dei programmi
Linguaggio generato da G
L’insieme di tutte le sequenze di simboli terminali ottenibili applicando leregole di produzione dell’insieme P, a partire dal simbolo iniziale S .
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Esempio
(1) T = {il, lo, la, cane, mela, gatto, mangia, graffia, ,}
(2) N = {frase, soggetto, verbo, complemento, articolo, nome}
(3) P, regole espresse in BNF (forma di Backus-Naur):
frase ::= soggetto verbo complementosoggetto ::= articolo nomearticolo ::= il | la | lonome ::= cane | mela | gattoverbo ::= mangia | graffiacomplemento ::= articolo nome | articolo nome , complemento
(4) S = frase.
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Esempio
(1) T = {il, lo, la, cane, mela, gatto, mangia, graffia, ,}
(2) N = {frase, soggetto, verbo, complemento, articolo, nome}
(3) P, regole espresse in BNF (forma di Backus-Naur):
frase ::= soggetto verbo complementosoggetto ::= articolo nomearticolo ::= il | la | lonome ::= cane | mela | gattoverbo ::= mangia | graffiacomplemento ::= articolo nome | articolo nome , complemento
(4) S = frase.
c© 2005-2010 Pearson Education Italia Capitolo 1 - Computer, algoritmi e linguaggi 66 / 71
Esempio
(1) T = {il, lo, la, cane, mela, gatto, mangia, graffia, ,}
(2) N = {frase, soggetto, verbo, complemento, articolo, nome}
(3) P, regole espresse in BNF (forma di Backus-Naur):
frase ::= soggetto verbo complementosoggetto ::= articolo nomearticolo ::= il | la | lonome ::= cane | mela | gattoverbo ::= mangia | graffiacomplemento ::= articolo nome | articolo nome , complemento
(4) S = frase.
c© 2005-2010 Pearson Education Italia Capitolo 1 - Computer, algoritmi e linguaggi 66 / 71
Esempio
(1) T = {il, lo, la, cane, mela, gatto, mangia, graffia, ,}
(2) N = {frase, soggetto, verbo, complemento, articolo, nome}
(3) P, regole espresse in BNF (forma di Backus-Naur):
frase ::= soggetto verbo complementosoggetto ::= articolo nomearticolo ::= il | la | lonome ::= cane | mela | gattoverbo ::= mangia | graffiacomplemento ::= articolo nome | articolo nome , complemento
(4) S = frase.
c© 2005-2010 Pearson Education Italia Capitolo 1 - Computer, algoritmi e linguaggi 66 / 71
Esempio di produzione
���
���
���
@@@
@@@
@@@
����
QQQQ
AAA
articolo nome articolo nome complemento
articolo nome
soggetto verbo complemento
frase
lo mela
graffia
lo gatto
,
il cane
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Linguaggio Java: il lessico
AlfabetoL’alfabeto utilizzato per scrivere i programmi si chiama Unicode, ed eun insieme di caratteri rappresentati su 16 bit.
Parole riservate (o parole chiave)Sono parole che nel linguaggio hanno un significato predeterminato.Non possono essere utilizzate diversamente e non possono essereridefinite.
abstract assert boolean break byte case
catch char class const continue default
do double else enum extends final
finally float for goto if implements
import instanceof int interface long native
new package private protected public return
short static strictfp super switch synchronized
this throw throws transient try void
volatile while
c© 2005-2010 Pearson Education Italia Capitolo 1 - Computer, algoritmi e linguaggi 68 / 71
Linguaggio Java: il lessico
AlfabetoL’alfabeto utilizzato per scrivere i programmi si chiama Unicode, ed eun insieme di caratteri rappresentati su 16 bit.
Parole riservate (o parole chiave)Sono parole che nel linguaggio hanno un significato predeterminato.Non possono essere utilizzate diversamente e non possono essereridefinite.
abstract assert boolean break byte case
catch char class const continue default
do double else enum extends final
finally float for goto if implements
import instanceof int interface long native
new package private protected public return
short static strictfp super switch synchronized
this throw throws transient try void
volatile while
c© 2005-2010 Pearson Education Italia Capitolo 1 - Computer, algoritmi e linguaggi 68 / 71
Linguaggio Java: il lessico
AlfabetoL’alfabeto utilizzato per scrivere i programmi si chiama Unicode, ed eun insieme di caratteri rappresentati su 16 bit.
Parole riservate (o parole chiave)Sono parole che nel linguaggio hanno un significato predeterminato.Non possono essere utilizzate diversamente e non possono essereridefinite.
abstract assert boolean break byte case
catch char class const continue default
do double else enum extends final
finally float for goto if implements
import instanceof int interface long native
new package private protected public return
short static strictfp super switch synchronized
this throw throws transient try void
volatile while
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Linguaggio Java: il lessico (2)
IdentificatoriSono nomi impiegati all’interno del programma per indicare variabili,classi, riferimenti a oggetti, e cosı via.Un identificatore e costituito da una sequenza di lettere e cifre cheinizia con una lettera
SeparatoriSono caratteri che permettono di separare o raggruppare parti dicodice.( ) { } [ ] ; , .
OperatoriSono simboli o sequenze di simboli che denotano alcune operazioni.= > < ! ~ ? :
== <= >= != && || ++ --
+ - * / & | ^ % << >> >>>
+= -= *= /= &= |= ^= %= <<= >>= >>>=
c© 2005-2010 Pearson Education Italia Capitolo 1 - Computer, algoritmi e linguaggi 69 / 71
Linguaggio Java: il lessico (2)
IdentificatoriSono nomi impiegati all’interno del programma per indicare variabili,classi, riferimenti a oggetti, e cosı via.Un identificatore e costituito da una sequenza di lettere e cifre cheinizia con una lettera
SeparatoriSono caratteri che permettono di separare o raggruppare parti dicodice.( ) { } [ ] ; , .
OperatoriSono simboli o sequenze di simboli che denotano alcune operazioni.= > < ! ~ ? :
== <= >= != && || ++ --
+ - * / & | ^ % << >> >>>
+= -= *= /= &= |= ^= %= <<= >>= >>>=
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Linguaggio Java: il lessico (2)
IdentificatoriSono nomi impiegati all’interno del programma per indicare variabili,classi, riferimenti a oggetti, e cosı via.Un identificatore e costituito da una sequenza di lettere e cifre cheinizia con una lettera
SeparatoriSono caratteri che permettono di separare o raggruppare parti dicodice.( ) { } [ ] ; , .
OperatoriSono simboli o sequenze di simboli che denotano alcune operazioni.= > < ! ~ ? :
== <= >= != && || ++ --
+ - * / & | ^ % << >> >>>
+= -= *= /= &= |= ^= %= <<= >>= >>>=
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Linguaggio Java: il lessico (3)
LetteraliSequenze di caratteri utilizzate all’interno dei programmi perrappresentare valori di tipi primitivi e stringhe.
Commenti
/*. . . */
il compilatore ignora tutto il testo compreso tra questi caratteri;possono estendersi per piu righe
/**. . . */
il compilatore ignora tutto il testo compreso tra questi caratteri;possono estendersi per piu righe. Sono chiamati commenti didocumentazione, vengono interpretati da javadoc
commenti a fine riga
si aprono con la coppia di caratteri // e si chiudono alla fine della riga;il compilatore ignora il testo che inizia dai caratteri // fino alla finedella riga.
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Linguaggio Java: il lessico (3)
LetteraliSequenze di caratteri utilizzate all’interno dei programmi perrappresentare valori di tipi primitivi e stringhe.
Commenti
/*. . . */
il compilatore ignora tutto il testo compreso tra questi caratteri;possono estendersi per piu righe
/**. . . */
il compilatore ignora tutto il testo compreso tra questi caratteri;possono estendersi per piu righe. Sono chiamati commenti didocumentazione, vengono interpretati da javadoc
commenti a fine riga
si aprono con la coppia di caratteri // e si chiudono alla fine della riga;il compilatore ignora il testo che inizia dai caratteri // fino alla finedella riga.
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Linguaggio Java: il lessico (3)
LetteraliSequenze di caratteri utilizzate all’interno dei programmi perrappresentare valori di tipi primitivi e stringhe.
Commenti
/*. . . */
il compilatore ignora tutto il testo compreso tra questi caratteri;possono estendersi per piu righe
/**. . . */
il compilatore ignora tutto il testo compreso tra questi caratteri;possono estendersi per piu righe. Sono chiamati commenti didocumentazione, vengono interpretati da javadoc
commenti a fine riga
si aprono con la coppia di caratteri // e si chiudono alla fine della riga;il compilatore ignora il testo che inizia dai caratteri // fino alla finedella riga.
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Linguaggio Java: il lessico (3)
LetteraliSequenze di caratteri utilizzate all’interno dei programmi perrappresentare valori di tipi primitivi e stringhe.
Commenti
/*. . . */
il compilatore ignora tutto il testo compreso tra questi caratteri;possono estendersi per piu righe
/**. . . */
il compilatore ignora tutto il testo compreso tra questi caratteri;possono estendersi per piu righe. Sono chiamati commenti didocumentazione, vengono interpretati da javadoc
commenti a fine riga
si aprono con la coppia di caratteri // e si chiudono alla fine della riga;il compilatore ignora il testo che inizia dai caratteri // fino alla finedella riga.
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Il primo programma Java
/* Il nostro primo programma */
class BuonInizio {
// il metodo main
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Ti auguro una buona giornata!");
}
}
Nota
In Java, ogni istruzione deve trovarsi all’interno di una classeIn ogni programma Java deve essere definito un metodo main (e non piudi uno) che indica alla JVM dove iniziare la computazione
BuonInizio.java
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