Aniello Murano » 1.Introduzione al Corso - Il Linguaggio C (I parte)

Introduzione al Corso

Informazioni Generali sul Corso:

• Esame: Laboratorio di Algoritmi e strutture dati (6 CFU)

Libri di testo:

• Brian W. Kernighan e Dennis M. Ritchie, “Linguaggio C “, Jackson libri

Approfondimenti:

• Al Kelley e Ira Pohl, “C Didattica e Programmazione”, Addison Wesley Italia.
• Dantona e Damiani “Il linguaggio C++ “, Addison Wesley Italia.

Modalità d’esame:

• Una prova di laboratorio a gruppi (di tre persone) e una prova scritta.

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Informazioni sul Docente:

Prof. Dr. Aniello Murano, ricercatore universitario presso la Sezione di Informatica del Dipartimento di Fisica – Università degli Studi di Napoli “Federico II”

Sito web

Ricevimento: Studio OF29b – Edificio del Dip. di Biologia, nei giorni e orari indicati sul sito web del docente

E-mail: murano@na.infn.it

Introduzione al Corso

Obiettivi del Corso:

• Familiarizzare lo studente con la progettazione di algoritmi e strutture dati.
• Particolare enfasi verrà posta sullo stile di programmazione utile per produrre codice chiaro, modulare, efficiente e facilmente modificabile.
• Dopo una breve introduzione al linguaggio di programmazione C, si procederà all’implementazione di alcune strutture dati fondamentali quali alberi, heap, code con priorità, insiemi disgiunti e grafi.
• Le lezioni sono basate su lezioni frontali e esercitazioni pratiche in laboratorio.

Introduzione al Corso

Finalità del Corso

• Al termine del corso gli studenti dovranno essere in grado di realizzare un progetto completo, comprensivo dei seguenti passi:
  • Analisi del problema
  • Individuazione di una soluzione efficiente
  • Stesura del codice
  • Documentazione delle scelte effettuate e del codice prodotto.

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Programma del Corso

Breve Introduzione al C:

• Origini del C e sue relazioni con altri linguaggi di programmazione, Librerie, Tipi di dati, Espressioni ed istruzioni, Operazioni di input/output, Procedure e funzioni.
• Tecniche di progetto (divide-et-impera, ordinamento, ricerca, selezione) e analisi asintotica

Implementazione delle seguenti strutture dati:

• Stack e Code, Liste semplici, doppiamente puntate e circolari, Heap binari e code di priorità, Alberi binari di ricerca.
• Definizione della struttura dati grafo e sua rappresentazione in memoria
• Algoritmi su grafi
• Creazione, interrogazione e modifica di grafi rappresentati con matrici e liste di adiacenza Visita di grafi (BFS e DFS).

Introduzione al Linguaggio C (Prima parte)

• Cenni storici
• Caratteristiche generali
  • Struttura di un programma C
  • Variabili e costanti
• Istruzioni elementari
  • Espressioni ed operatori
  • Assegnazioni
  • Input/output
• Istruzioni di controllo del flusso
  • Istruzioni condizionali
  • Iterazioni

Introduzione al C

Cenni Storici

Il linguaggio C è stato sviluppato intorno al 1972 nei Bell Laboratories AT&T americani, da Dennis Ritchie.

E’ nato come linguaggio di sviluppo del Sistema Operativo UNIX.

Gli antenati del C possono essere riuniti in linea genealogica:

• Algol 60 1960 (Comitato Int.)
  • Regolarità della sintassi, struttura in moduli, particolarmente complesso.
• CPL (Combined Programming Lan.) 1963 e BCPL 1967 (Cambridge)
  • Migliorarono le caratteristiche dell’Algol ma non la complessità.
• B 1970 (Thompson)
  • Molto legato alla struttura dell’hardware.
• C 1972 (Ritchie)
  • Riassume le migliori caratteristiche dei precedenti

1986: Objective C (Cox), C++ (Stroustrup)

1999: Ultima release dello standard ANSI

Introduzione al C

Perché programmare in C

• Portabilità del Codice e del Compilatore
• Codice generato molto efficiente
• Facilità di accesso al livello “macchina”
• Interfacciamento completo al S.O. UNIX
• Varietà di operatori di linguaggio
• Strutture dati potenti
• Non complesso (poche keywords)
• Modularità e Riuso

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Passi fordamentali:

• Scrivere un codice sorgente in linguaggio C con un editor.
• Produzione di codice eseguibile utilizzando un compilatore.
• Dev C++ è un compilatore Free (under the GNU General Public License).

Introduzione al C

Struttura del Programma Sorgente C

Un programma sorgente C è formato da uno o più blocchi chiamati funzioni

La definizione di una funzione rappresenta la specificazione delle operazioni che dovranno essere svolte all’atto della chiamata.

La definizione è costituita da due parti:

• intestazione dichiarativa
• corpo

L’intestazione definisce le regole di interfaccia.

Il corpo specifica le operazioni da eseguire ed è formata da un insieme di istruzioni delimitato utilizzando le parentesi graffe

{ corpo }

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Le istruzioni

• Le istruzioni C terminano con un punto e virgola (;)
• Esempio: printf(“Stampa questa riga \n”);
• Generalmente, un’istruzione può essere interrotta e ripresa nella riga successiva, dal momento che la sua conclusione è dichiarata chiaramente dal punto e virgola finale.
• Raggruppamenti di istruzioni si fanno utilizzando le parentesi graffe { }
• Esempio: <istruzione>; {<istruzione>; <istruzione>;}

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Struttura del Sorgente (2)

Altri oggetti fondamentali di un codice sorgente in linguaggio C sono:

• Direttive del preprocessore
• Commenti

Le direttive del preprocessore guidano alla compilazione del codice. L’uso più comune riguarda l’inclusione di codice esterno al file sorgente (librerie), composto da file che terminano con l’estensione “.h”. Tali istruzioni iniziano con il simbolo “#“.

I commenti vengono indicati tra i simboli /* e */.

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Standard C library

• Esaminiamo l’istruzione

printf (“Primo programma C\n”);

• printf è il nome di una funzione il cui codice è già scritto ed inserito nella standard C library “stdio.h“.
• Questa libreria viene inclusa durante la fase di compilazione del programma attraverso la direttiva del preprocessore #include <stdio.h> .
• La libreria standard è necessaria alla gestione dei flussi di standard input, standard output e standard error.
• Altre funzioni appartenenti a questa libreria sono sono:
  • printf(), fprintf(), sprintf(), scanf(), fscanf(), sscanf(), getc(), gets(), getchar(), putc(), puts(), putchar(), fgetc(), fgets(), fputs(), fwrite(), fread(), etc…

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Le variabili

• Una variabile è un’astrazione di una o più celle di memoria.
• Un identificatore è il nome associato ad un variabile e consiste di un numero qualsiasi di caratteri alfanumerici minuscoli o maiuscoli incluso il carattere “_” (underscore).
• Il primo carattere deve essere una lettera oppure underscore.
• Il compilatore fa differenza tra lettere minuscole e maiuscole.
• Esempi validi: sp_addr sp2_addr F_lock_user_found
• Esempi non validi: 20_secolo -pippo
• Ogni identificatore possiede due attributi che lo caratterizzano:
  • classe di memoria: determina la durata della memoria associata alla variabile
  • Tipo: determina il significato dei valori assunti dalla variabile

Classi di Memoria

Classi di Memoria

• Esistono due classi di memoria: automatica e statica
• La classe di memoria automatica è relativa a quegli oggetti locali ad un blocco (funzione o programma) che viene liberata non appena si raggiunge la fine di quel blocco.
• La classe di memoria statica è relativa a quegli oggetti locali ad un blocco od esterni a qualsiasi blocco che non viene liberata tra uscite ed entrate successive tra diversi blocchi.
• Se non esistono altre specificazioni ogni oggetto dichiarato in un blocco ha classe di memoria automatica, se la loro definizione è accompagnata dalla parola chiave “static“, allora la loro classe di memoria è statica.
• Gli oggetti dichiarati all’esterno di qualsiasi blocco (variabili globali) hanno sempre classe di memoria statica.

Tipi di dati

Tipi di dati

Tutte le variabili devono essere dichiarate con il loro tipo prima di essere utilizzate

Ci sono 4 tipi base in C:

• char (carattere): 8 bit
• int (intero): 16 bit
• float (numero in virgola mobile): 32 bit
• double (float a doppia precisione): 64 bit

Interi

Interi

• La dichiarazione di variabili intere deve essere posta all’inizio di un blocco di codice.
• Esempio: int a,b,c;
• Dopo che una variabile è stata dichiarata è possibile assgnarle un valore intero tramite l’operatore di assegnamento
• Esempio: a = 100;
• Avendo a disposizione un calcolatore che memorizza interi a 16 bit, i due valori estremi che possono essere assegnati ad un intero sono: -32768 e +32767

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Caratteri

• Le variabili di tipo carattere vengono dicharate nel modo eseguente:

char anno, mese;

• Per assegnare un valore carattere A ad una variabile c di tipo char usiamo la seguente sintassi

c=’A’

• In effetti, nel linguaggio C i caratteri sono valori numerici ai quali per convenzione sono associate lettere dell’alfabeto, segni di interpunzione ed altri simboli alfanumerici.
• La codifica più comunemente usata è la codifica ASCII (American Standard Code for Information Interchange)
• Ad esempio la lettera ‘A’ viene codificata come 65 mentre la minuscola ‘a’ corrisponde a ‘97′

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Dati in virgola mobile

• I dati floating point sono una approssimazione dei reali, espressi come frazioni decimali.
• Per esempio: 3.14159, 2.71828
• Solitamente vengono utilizzati 32 bit per la rappresentazione interna di questi dati, di cui almeno i primi 6 sono i più significativi.
• Il range di variazione dei floating point è: 1,..e-39 fino a 1…e+38

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Costanti

In C esistono diversi tipi di costanti, in cui possiamo distinguere 5 tipi fondamentali:

• costanti intere
• costanti esplicitamente long
• costanti carattere
• costanti in virgola mobile
• stringhe di caratteri costanti

Costanti particolari:

• New line (lf) ‘\n’
• Carriage return (cr) ‘\r’
• Backspace (bs) ‘\b’
• Horizontal tab (tab) ‘\t’
• Backslash (\) ‘\\’

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Operatori aritmetici e di assegnamento

• Si consideri l’espressione:

anno = anno + 1;

che significa: ” prendere il valore corrente della variabile anno, sommargli 1 e memorizzare il risultato nuovamente in anno”.

• Nell’espressione sono presenti due operatori “+” e “=” che implicano l’esecuzione dell’operazione in due passi.
• L’ordine di esecuzione è: somma e poi assegnamento.

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Operatori di incremento e decremento

• Questi operatori sommano o sottraggono 1 all’operando cui sono applicati.
• Esempi: a++ incrementa a di 1; a– decrementa a di 1
• La posizione degli operatori di incremento e decremento può essere prefissa o suffissa.
• Esempio: (per a=5):
  • b =++a; → a=6 e b=6
  • b =a++; → a=6 e b=5

Operatori di assegnamento composti

• Sono operatori assegnamento opportunamente composti con quelli aritmetici
• L’elenco completo degli assegnamenti è il seguente:

= += -= *= /= %=

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Strutture di controllo

SEQUENZIALI

• Statement semplice
• Statement composto

CONDIZIONALI

• if (< expr.>) { } else { }
• switch() { case < cost> : .. }

ITERATIVE

• while() { }
• for (..) { }
• do { } while(< expr.>)

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Operatore Ternario

L’operatore ternario è una forma compressa dell’operatore if – else.

Sintassi:

< expr > ? < expr1> : < expr2>;

Semantica:

Se < expr> è vero viene valutato solo < expr1> altrimenti viene valutato

Esempio:

max = (alfa>beta) ? alfa : beta;

che corrisponde a…

if (alfa > beta)

max = alfa;

else

max = beta;

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Istruzione Switch

• Trasferisce l’elaborazione a uno o più statement composti, in funzione della valutazione di una espressione.
• È usata quando occorre effettuare scelte plurime.
• L’esecuzione delle istruzioni avviene in modo SEQUENZIALE a partire dalla prima espressione cost_x che risulta vera e fino al termine dell’istruzione switch.
• Ciò permette di associare più possibilità ad un unica etichetta.
• Per evitare l’esecuzione di istruzioni suc-cessive a quelle corrispondenti alla con-dizione soddisfatta si usa il comando break

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Istruzione “for”