Parte 3
Elementi di Informatica di base
Dott.ssa Elisa Tiezzi
Elementi di Informatica di base
1
Cosa è Java
• Linguaggio di programmazione familiare
– Simile a C e C++
• Linguaggio di programmazione orientato a oggetti
– Facile da modificare e altamente riutilizzabile
• Linguaggio robusto
– Restrizioni per evitare che le applicazioni generino errori
• Linguaggio ad alte prestazioni
– Strumenti per la gestione di più processi
• Linguaggio portabile
– Applicazioni eseguibili su Windows, Linux o MacOS
• Linguaggio semplice
– Pochi strumenti base e molte librerie
Elementi di Informatica di base
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Compilatori tradizionali
compilatore Windows
codice sorgente
compilatore Linux
compilatore MacOS
codice eseguibile Windows
codice eseguibile Linux
codice eseguibile MacOS
Elementi di Informatica di base
3
Compilatore Java
compilatore Windows
codice sorgente
compilatore Linux
interprete bytecode Windows
Java bytecode
compilatore MacOS
Elementi di Informatica di base
interprete bytecode Linux
interprete bytecode MacOS
4
Programmazione
• Concetti base:
– dati
– istruzioni
• Dati:
– variabili
– tipi
• Istruzioni:
– istruzioni base
– strutture di controllo
– sotto-programmi
Elementi di Informatica di base
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Variabili e tipi
• Variabile:
– locazione di memoria a cui è dato un nome con cui chiamarla ed
utilizzarla
• programmatore usa il nome senza necessariamente sapere che esso faccia
riferimento ad una locazione di memoria
• Tipo:
– ogni variabile ha un tipo che indica che genere di dati la variabile può
contenere
• una variabile può contenere dati di tipo intero (ad es., 15 o 2038), oppure dati
di tipo carattere (ad es., ‘a’ o ‘£’) oppure dati di tipo stringa (ad es., “java” o
“pascal”)
Elementi di Informatica di base
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Istruzioni base
• Assegnazioni ed espressioni:
– comandi per leggere e scrivere dati in una variabile e
per fare calcoli
• esempio: interest = amount * 0.07;
• Input/Output:
– comandi per ricevere dati dall’utente o da un file su
disco e comandi per inviare dati nell’altra direzione
Elementi di Informatica di base
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Strutture di controllo
• Un programma è una sequenza di istruzioni
• Il calcolatore esegue le istruzioni nell’ordine in cui esse appaiono, una dopo
l’altra
– molto limitato
• Le strutture di controllo sono istruzioni speciali che consentono di modificare
il normale flusso di istruzioni
• Due tipi base di strutture di controllo
– cicli
• permettono di ripetere una sequenza di istruzioni
– diramazioni
• permettono di decidere tra due o più diverse alternative di proseguimento
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Sotto-programmi
• I programmi sono spesso abbastanza complessi da dover essere scomposti in
“pezzi” più maneggevoli
• Un sotto-programma consiste di istruzioni per svolgere un certo compito
raggruppate insieme in un’unità a cui è dato un nome
• il nome può essere usato come sostituto dell’intero insieme di istruzioni
• Esempio
– uno dei compiti del programma consiste nel disegnare un rettangolo sullo
schermo
• scrivere le necessarie istruzioni e raggrupparle in un sotto-programma di nome
drawRect
• ogni volta che il programma deve disegnare un rettangolo, lo può fare con una
semplice istruzione: drawRect();
• Vantaggi:
• risparmio di scrittura, organizzazione, riutilizzo
Elementi di Informatica di base
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Che cosa è una variabile?
• Una locazione in cui memorizzare dati ed a cui è assegnato un
nome
– un contenitore di dati
• Può contenere un solo tipo di dati
– per esempio, solo numeri interi, solo numeri reali oppure solo
caratteri
Elementi di Informatica di base
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Creazione di variabili
• Tutte le variabili devono essere dichiarate prima di poterle utilizzare
• Una dichiarazione di variabile associa un nome alle locazioni di
memoria ad essa corrispondenti e specifica il tipo di dati che la
variabile conterrà:
Tipo Variabile_1, Variabile_2, …;
• Per esempio, per creare tre variabili che memorizzino il numero di
cesti, il numero di uova per cesto ed il numero totale di uova:
int numberOfBaskets, eggsPerBasket, totalEggs;
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Nomi di variabili: identificatori
Regole
- devono essere rispettate
Regole di programmazione
•
•
usare sempre nomi che abbiano un
significato (ad esempio,
eggsPerBasket invece di n o di
count)
•
iniziare i nomi di variabile con una lettera
minuscola
iniziare le parole interne al nome con una
lettera maiuscola (meglio
eggsPerBasket di eggsperbasket)
•
•
•
- dovrebbero essere rispettate
tutti gli identificatori Java devono
obbedire alle stesse regole
non devono cominciare con una cifra
devono contenere solo numeri,
lettere, simboli ‘_’ e ‘$’ (ma è meglio
evitare ‘$’, in quanto è riservato per
scopi particolari)
sono sensibili alle maiuscole
(ThisName e thisName sono due
diversi nomi di variabili)
•
•
evitare di usare ‘$’ in quanto è riservato a
scopi particolari
Elementi di Informatica di base
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Due tipi di tipi di dati in Java
primitivi
classi
• I tipi più semplici
• Non possono essere decomposti
in altri tipi
• Contengono solo valori
• Esempi:
int - intero
double - reale
char - carattere
• Più complessi
• Composti di altri tipi (primitivi o
classi)
• Contengono sia dati che metodi
• Esempio:
Integer
String
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Tipi di Dati Primitivi
Nome
byte
Tipo di valore
intero
Memoria usata
1 byte
Insieme di valori
da -128 a 127
short
intero
2 byte
da -32768 a 32767
int
intero
4 byte
long
intero
8 byte
float
reale
4 byte
double
reale
8 byte
char
carattere (Unicode)
2 byte
da -2,147,483,648 a
2,147,483,647
da -9,223,372,036,854,775,808
a 9,223,374,036,854,775,808
da +/- 3.4028… x 10+38 a
+/- 1.4023… x 0-45
da +/- 1.767… x 10+308 a
+/- 4.940… x 0-324
tutti i caratteri Unicode
boolean
true oppure false
1 bit
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Quali sapere per ora
• double
• int
– semplicemente numeri interi
– possono essere positivi e negativi
– nessun punto decimale
• char
– semplicemente un singolo carattere
– utilizza le virgolette singole
• per esempio, `A`;
– numeri reali, sia positivi che negativi
– ha un punto decimale (parte
frazionaria)
– due formati
• numero con punto decimale,
a.e. 514.061
• notazione e o scientifica, a.e.
5.14061 e2, che significa
5.14061 x 102
Elementi di Informatica di base
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Assegnare valori alle variabili
• Istruzione di assegnazione
– variabile = espressione;
• esempio: answer = 42;
• Operatore di assegnazione: “=“
– non lo stesso dell’algebra
– significa: “assegna il valore dell’espressione alla destra del segno di
uguale alla variabile alla sinistra.”
– se numberOfCards ha il valore 7 e handicap ha il valore 2, allora la
seguente istruzione imposta il valore di score a 9:
score = numberOfCards + handicap;
• La variabile può apparire in entrambi i lati:
int count = 10;
count = count - 1;
– nuovo valore di count = 10 - 1 = 9
Elementi di Informatica di base
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Assegnare valori iniziali alle variabili
• I valori iniziali possono o meno essere assegnati quando le variabili sono
dichiarate:
int totalEggs, numberOfBaskets, eggsPerBasket;
oppure
int totalEggs = 0;
int numberOfBaskets = 0;
int eggsPerBasket = 0;
• Suggerimento: è una buona regola di programmazione inizializzare sempre le
variabili.
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Cambiare il valore di una variabile
• Generalmente il valore viene cambiato (è assegnato un valore
diverso) in qualche parte del programma
• Può essere calcolato a partire da altri valori:
totalEggs = numberOfBaskets * eggsPerBasket;
• Oppure può essere letto in input
– vedremo più avanti
Elementi di Informatica di base
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Operatori di assegnazione specializzati
• Un’abbreviazione per eseguire un’operazione ed assegnare un nuovo
valore ad una variabile
• Forma generale: var <op>= expression;
– equivalente a: var = var <op> (expression);
– <op> è +, -, *, /, or %
• Esempi:
amount += 5;
//amount = amount + 5;
amount *= 1 + interestRate;
//amount = amount * (1 + interestRate);
• La parte destra è trattata come una singola unità (come se vi fossero
delle parentesi)
Elementi di Informatica di base
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Costanti
•
•
•
Le costanti sono simili alle variabili, ma possono
contenere un solo valore per tutta la durata della loro esistenza.
In Java si dichiarano le costanti premettendo
la parola chiave final.
E’ convenzione usare lettere maiuscole.
Es.: final int NUMERO_MASSIMO_POSTI = 427
•
E’ buona pratica usare costanti invece
di valori numerici (letterali)
perche’ si evita di modificarli inavvertitamente.
Elementi di Informatica di base
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Valore di ritorno
• Le espressioni ritornano valori: il numero prodotto da
un’espressione è il “valore di ritorno”
int numberOfBaskets, eggsPerBasket, totalEggs;
numberOfBaskets = 5;
eggsPerBasket = 8;
totalEggs = numberOfBaskets * eggsPerBasket;
– nell’ultima linea numberOfBaskets ritorna il valore 5 e
eggsPerBasket ritorna il valore 8
– numberOfBaskets * eggsPerBasket è un’espressione che
ritorna il valore intero 40
Elementi di Informatica di base
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Conversione di tipo
• La conversione di tipo cambia il tipo di dato di un valore
– Non è possibile assegnare un valore di un tipo ad una variabile di un tipo diverso,
a meno che non lo si converta in modo da coincidere con il tipo della variabile
• La conversione di tipo modifica solo il tipo del valore di ritorno, non il tipo
della variabile
– ad esempio:
double x;
int n = 5;
x = n;
• poiché n è un int ed x è un double, il valore ritornato da n (non n) deve essere
convertito in un double prima di essere assegnato ad x
Elementi di Informatica di base
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Conversione implicita
• La conversione di tipo è eseguita implicitamente (in modo automatico)
quando un tipo “più basso” viene assegnato ad un tipo “più alto” secondo la
seguente gerarchia:
byte --> short --> int --> long --> float --> double
• Ad esempio:
double x;
int n = 5;
x = n;
– il valore di ritorno di n è convertito (in modo implicito) in un double, e quindi
assegnato ad x
– x contiene 5.0
– il tipo di dato della variabile n è invariato (ovvero ancora int)
Elementi di Informatica di base
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Ancora conversione implicita
• Alcune espressioni includono valori di tipo diverso
• Tutti i valori sono automaticamente (in modo implicito) fatti avanzare al
livello più alto prima di eseguire il calcolo del valore di ritorno
• Ad esempio:
double a;
int n = 2;
float x = 5.1;
double y = 1.33;
a = (n * x)/y;
– i valori di n ed x sono automaticamente convertiti al tipo double prima
di eseguire la moltiplicazione e la divisione
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Conversione esplicita
• La conversione esplicita è necessaria in tutti i casi non coperti da
quella implicta
• Ad esempio:
int points;
double distance = 9.0;
points = distance;
– l’ultima istruzione è illegale (anche se la parte frazionaria è 0)
• Porre di fronte al valore il cui tipo deve essere convertito il
nuovo tipo tra parentesi:
points = (int)distance;
– quest’istruzione è legale
Elementi di Informatica di base
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Troncamento
• Conversione da reale ad intero non arrotonda, ma tronca
– la parte frazionaria viene semplicemente ignorata
• Ad esempio:
int numberOfDollars;
double dinnerBill = 26.99;
numberOfDollars = (int) dinnerBill;
– il valore di numberOfDollars è ora 26
Elementi di Informatica di base
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Divisione reale e divisione intera
• Se almeno uno dei valori che occorrono nella divisione è di tipo
float o double, allora non si ha nessun troncamento (tutti i
valori sono convertiti al tipo più alto)
• Il troncamento si verifica se tutti i valori sono interi
• Ad esempio:
int a = 4, b =5, c;
double x = 1.5, y;
y = b/x;
c = b/a;
– il valore di y è 3.333... mentre quello di c è 1
Elementi di Informatica di base
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Caratteri come interi
•
Il tipo di dati char memorizza un singolo carattere stampabile
•
Ad esempio:
char answer = `y`;
•
I caratteri sono in realtà memorizzati come interi secondo un codice speciale
– ogni carattere stampabile (lettera, cifra, segno di interpunzione, spazio e
tabulazione) ha associato un codice intero distinto
– i codici sono distinti a seconda delle maiuscole o delle minuscole
• ad esempio, 97 potrebbe essere il codice di ‘a’ e 65 quello di ‘A’
•
•
•
ASCII e Unicode sono due codici molto frequenti
Unicode include tutti i codici ASCII più altri codici per linguaggi con alfabeto
diverso da quello italiano
Java usa Unicode
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Conversione di carattere in intero
• La conversione di un valore di tipo char produce il suo codice
Unicode
• Ad esempio, eseguendo le seguenti istruzioni
char answer = `7`;
int intAnswer = answer;
il valore di intAnswer sarebbe 55 (non 7) in quanto 55 è il
codice Unicode del carattere ‘7’
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Imprecisione di numeri in virgola mobile
• I calcolatori memorizzano i numeri utilizzando un numero fissato di bit, per
cui non tutti i numeri reali possono essere codificati in modo esatto
– un numero infinito di bit sarebbe richiesto per rappresentare in modo esatto ogni
numero reale
– ad esempio, se il calcolatore può rappresentare solo 10 cifre dopo il punto
decimale, allora il numero reale 1/3=0.33333... sarebbe memorizzato come
0.3333333333 (che non è esattamente 1/3)
• Gli interi, al contrario, sono memorizzati in modo esatto
– se il valore 2 è assegnato ad una variabile di tipo int, il suo valore è esattamente
2
Elementi di Informatica di base
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L’operatore di modulo: %
• Usato con i tipi interi
• a%b restituisce il resto della divisione di b per a
• Ad esempio:
int a = 14; b = 4, c;
c = a%b;
– c ora ha il valore 2, che è il reso della divisione di 14 per 4
• Ha molte applicazioni
– consente di contare modulo 2, 3 o qualsiasi altro numero
• consente di distinguere numeri pari da numeri dispari
– consente di eseguire un’operazione solo in corrispondenza dei multipli di un dato
numero
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Precedenze e parentesi
• Le espressioni Java soddisfano regole simili all’algebra dei numeri reali
• Si usano le parentesi per forzare la precedenza
– Tranne i casi in cui la precedenza è corretta ed ovvia, conviene usare le parentesi
per facilitare la lettura dell’espressione
Espressioni
matematiche
rate2 + delta
Espressione Java
(forma preferita)
rate*rate + delta
Espressione Java
con tutte le parentesi
(rate*rate) + delta
2(salary + bonus)
2 * (salary + bonus)
2 * (salary + bonus)
1/(time + 3 * mass)
1/(time + (3 * mass))
(a - 7) / (t + 9 * v)
(a - 7) / (t +( 9 * v))
1
time  3mass
a -7
t  9v
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Operatori di incremento e decremento
• Utilizzati per aumentare o diminuire il valore di una variabile di 1
• Incremento
– ++
• ad esempio, count++;
• Decremento
– -• ad esempio, count--;
• La variabile può essere incrementata (o decrementata) prima o dopo aver
usato il suo valore attuale. Ad esempio, dopo
int count=5;
int n = 2*(++count);
int m = 2*(count++);
sia n che m hanno il valore 12, mentre count ha il valore 7
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