A. Veneziani – Elementi di programmazione e flow-chart per le classi prime (1a C, G, H) Alcune definizioni



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24.01.2018
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A. Veneziani – Elementi di programmazione e flow-chart
per le classi prime (1a C, G, H)

Alcune definizioni
Fornisco alcune definizioni che saranno utili a inquadrare alcuni concetti e a mettere ordine mentale riguardo ad alcuni punti base di argomenti attigui alla programmazione dei calcolatori o che riguardano essa stessa.
Programma: Un programma è costituito da una sequenza di istruzioni, nella quale è suddiviso. Questa sequenza di istruzioni indica alla macchina le operazioni da compiere per raggiungere un certo scopo.
Come sappiamo il computer non ha facoltà mentali proprie (essendo una macchina inanimata) e quindi tutta la sua capacità di decisione ed elaborazione viene dai programmi. Tramite i programmi è possibile dire al computer cosa deve fare per svolgere un certo compito. Per questo si dice anche che il computer è una macchina programmata o programmabile.

A differenza di alcune macchine in cui la logica con cui operano è fissa o comunque determinata dagli stessi circuiti che le costituiscono (ossia da come sono costruite), il computer è una macchina “universale”, in cui la logica legata al compito da svolgere può essere di volta in volta modificata, tramite appunto la scrittura di vari programmi.

Si ricordi a questo proposito che abbiamo paragonato il programma alle indicazioni di una ricetta che una massaia o un cuoco seguono per realizzare ad esempio un dolce o un piatto particolare.
Algoritmo: Strategia o logica con la quale un programma raggiunge il suo scopo. Questa logica non è unica perché usualmente non vi è un solo modo per svolgere un compito.

In sintesi uno stesso problema può essere risolto con algoritmi diversi.

Si noti anche che mentre un programma è una implementazione (una realizzazione operativa) di un algoritmo, per algoritmo si intende un modo astratto di descrivere un procedimento logico, atto a risolvere un problema.

Si tenga anche conto che: un programma non può esistere senza un algoritmo (ci vuole una logica per scrivere un programma utilizzabile), mentre un algoritmo esiste al di là del fatto che sia utilizzato o no concretamente in un programma, ossia è un idea astratta, una strategia per risolvere un certo problema, uno schema mentale.


Come nella progettazione di tutte le cose che ci circondano non c’e’ un solo modo per costruirle (pensiamo alle auto, o alle lavatrici, o ai televisori, tutti simili, ma costruiti internamente in modo diverso) , così anche programmi che raggiungono scopi simili o uguali possono seguire varie strade per essere realizzati, ossia la logica interna (il loro algoritmo) è diverso in un caso o nell’altro.
Istruzione: Parte elementare in cui il programma è suddiviso. Da un indicazione per un operazione elementare in un certo linguaggio (ad es leggi un numero, carica una variabile, incrementa una variabile ecc.).

Riconducendosi all’esempio della ricetta, si tratta della singola indicazione di una ricetta composta da varie indicazioni (ad es. spezzare le zucchina, far fondere il burro, miscelare la farina e lo zucchero).


Nei linguaggi ad alto livello (BASIC, Pascal..) questa parte elementare svolge compiti anche complessi. In linguaggio assembler (linguaggio macchina; linguaggio a basso livello) le singole istruzioni sono operazioni elementari. Per questo un programma assembly che compie un certo compito ha un numero di istruzioni molto più grande di un programma BASIC che svolge gli stessi compiti.
Le istruzioni usualmente si suddividono in alcune macrocategorie tra cui:

Istruzioni sequenziali: Tutte le comuni istruzioni che dopo essere state eseguite passano il controllo all’istruzione subito successiva ad esse. Quando queste istruzioni vengono eseguite il programma procede seguendo la sequenza delle sue istruzioni.
Nei flow-chart queste istruzioni vengono rappresentate riquadrate in un rettangolo:




Istruzioni di I/O: Una sottocategoria delle istruzioni sequenziali sono le istruzioni di input e output, che sono preposte alla lettura di dati che l’utente fornisce al programma in esecuzione o che si occupano di stampare a video o su carta i dati che il programma ha elaborato. Anche le istruzioni di disegno grafico (presenti ormai in quasi tutti i linguaggi) possono essere considerate di output.

Istruzioni di salto incondizionato: Queste istruzioni indicano che l’esecuzione del programma deve continuare da un’altra istruzione in un punto non successivo a quella corrente. Questo salto avviene sempre e comunque se l’istruzione di salto è raggiunta e quindi è detta “senza condizioni”. In questo caso non vi sono particolari simboli grafici per indicare questi tipo di istruzione. Semplicemente in flusso ha un percorso che si innesta in un altro punto del programma.

Istruzioni di salto condizionato: Il programma giunge all’istruzione in questione ed in base ad alcune condizioni (valori di variabili o altro) decide se effettuare il salto ad una posizione del programma o no. Si parla appunto in questo caso di salto condizionato.

Nei diagrammi di flusso queste istruzioni danno luogo a diramazioni nel percorso del diagramma. Il simbolo che individua queste diramazioni è il rombo. All’interno di esso viene scritta la condizione che determina in cambio di percorso.


Variabile: Praticamente ogni linguaggio di programmazione possiede il concetto di variabile. Usualmente una variabile è un sezione della memoria (RAM) associata ad un nome. Una variabile và pensata come un contenitore che può contenere valori via via diversi nel tempo. Usualmente i valori nuovi inseriti cancellano i vecchi (nelle variabili numeriche c’e’ spazio per un solo numero e non per più numeri).

Questi elementi di programmazione (ossia le variabili) permettono al programma di operare su dati ogni volta differenti, a seconda dei casi.


In QBasic in particolare esistono 2 tipi di variabili, quelle numeriche (capaci di contenere numeri con e senza virgola e con segno), e quelle alfanumeriche (dette anche variabili stringa) atte a contenere serie di caratteri.
Processo: Si tratta di un programma in esecuzione. I moderni sistemi operativi (compreso Windows nelle sue varie versioni) sono in grado di eseguire istanze multiple di un programma contemporaneamente (multitasking). In questo caso può capitare che il programma in esecuzione sia lo stesso (ad es. più programmi Word aperti), ma ognuno di questi programmi avrà un suo stato diverso dagli altri programmi anche dello stesso tipo aperti, determinato dal tipo di testo scritto, dall’ampiezza della finestra del programma, dal numero di barre visibili e così via.
Per fare una similitudine con le ricette e la preparazione di un dolce possiamo dire:

la ricetta è il programma. Il processo è lo stato di avanzamento del programma. Ammettiamo che un cuoco prepari più dolci simili. Potrebbe succedere che uno sia alla fase dell’impasto degli ingredienti base,mentre l’altro sia gia’ cotto e alla fase di finitura. Tutto questo esemplifica lo stato della preparazione di ogni singolo dolce.


Linguaggio: Nel mondo dei calcolatori i programmi, ossia le sequenze di istruzioni che il calcolatore deve eseguire devono essere descritte con un linguaggio che non può essere quello naturale. Il linguaggio umano (sia italiano, sia inglese, ecc.) non è adatto a descrivere con precisione un algoritmo, in quanto non sufficientemente preciso e univoco. Al contrario i linguaggi per i calcolatori sono molto più semplici e specifici di quello umano e atti a descrivere rigorosamente e senza equivoci un procedimento logico.
Abbiamo già detto che i linguaggi per calcolatori si possono suddividere in linguaggi ad alto livello (BASIC, Pascal, Fortran ecc.) e linguaggi a basso livello (Assembler).

L’assembler è un linguaggio direttamente legato al tipo di CPU che opera nel calcolatore, mentre i linguaggi ad alto livello possono essere in certi casi praticamente identici anche se il tipo di calcolatore è diverso. Questo a causa della maggiore astrazione (alto livello) rispetto all’hardware della macchina raggiunta da tali linguaggi. In pratica essi sono più indipendenti rispetto all’hardware della macchina e alle sue caratteristiche.


Storicamente il primo linguaggio ad alto livello per la programmazione di calcolatori inventato fu il Fortran nel 1954. Al seguito vennero inventati molteplici ulteriori linguaggi quali il BASIC (1964), Pascal (1971), e il C (1969).
Compilatore: Programma atto a trasformare una serie di istruzioni in un linguaggio ad alto livello in un eseguibile contente istruzioni in linguaggio macchina (codice binario macchina). Tale codice è l’unico riconosciuto direttamente dal calcolatore, ossia dalla sua CPU.

Anche il linguaggio assembly, pur essendo molto simile e vicino a tale linguaggio macchina ha bisogno di un semplice compilatore detto assemblatore.


In pratica si deve tener conto che i linguaggi Fortran, BASIC, Pascal (ed altri) non possono essere compresi direttamente da nessuna delle CPU in commercio che operano con linguaggi molto più elementari e primordiali. A causa di ciò tutti questi linguaggi devono essere opportunamente tradotti in linguaggio macchina tramite un opportuno programma detto compilatore o un interprete (di cui daremo la definizione in un altro paragrafo).

Da evidenziare che non esiste un compilatore unico per tutti i linguaggi, ma ogni linguaggio deve essere tradotto da un suo specifico programma di traduzione (ossia si avranno compilatori BASIC, capaci di tradurre il BASIC, compilatori Pascal capaci di tradurre il Pascal e così via).


Interprete: Programma che carica un programma scritto in un certo linguaggio e lo traduce progressivamente istruzione per istruzione a seconda di come viene eseguito il programma stesso.
Un interprete differisce da un compilatore per il fatto che traduce progressivamente (una istruzione alla volta) il programma. Un compilatore invece traduce il programma una sola volta tutto assieme. Generalmente quindi il procedimento di interpretare un programma è meno efficiente di quello di compilarlo, in quanto richiede ad ogni istruzione eseguita un lavoro per la traduzione.

Tuttavia lo sviluppo di programmi tramite interpreti ha anche qualche vantaggio rispetto allo sviluppo con compilatore, soprattutto nelle fasi di debugging del programma che possono essere facilitate con questa metodologia di traduzione. Un tipico linguaggio sul quale l’uso di interpreti era intensivo è il BASIC.


Sorgente: Si dice sorgente di un programma il file o i files che contengono il codice nativo (ossia in BASIC, Pascal ecc.) dello stesso. Tali files hanno usualmente estensioni opportune per indicare il loro contenuto quali .BAS per il BASIC, .PAS per il PASCAL ecc. Usualmente tali file (soprattutto nel caso di programmi da sottoporre alla traduzione di un compilatore sono in formato testo standard (non formattato) ossia formato ASCII / Unicode.
Editor: Usualmente un programma viene scritto in uno speciale programma (atto a scrivere il suo testo) chiamato editor. In passato tali programmi erano programmi separati; attualmente gran parte dei programmi utili allo sviluppo sono spesso raggruppati in un mega-aggregato, un programma unico(I.D.E.) (che opera usualmente per lo sviluppo con un certo linguaggio), che raggruppa tutti gli strumenti necessari per lo sviluppo quali editor specializzato, compilatore, strumenti per il disegno di interfacce grafiche, debugger e molti altri.
Debugger: programma specializzato per l’individuazione di errori; talvolta capace anche di essere utilizzato con vari linguaggi di programmazione.

Usualmente tutti i debugger sono inclusi oggigiorno negli ambienti di sviluppo (I.D.E.)


QBasic: Si tratta di un interprete BASIC che lavora su una versione di Basic Microsoft. Il programma è un prodotto funzionante sotto DOS di questa casa di software. Questo specifico programma era presente come programma di serie nelle ultime versioni di DOS, il sistema operativo di generazione precedente a Windows prodotto da Microsoft.

Si noti che anche QBasic, pur nella sua semplicità è già in tutto e per tutto una comleta I.D.E. di sviluppo (per Basic), ossia congloba in un solo ambiente molte funzioni, quali editing del programma (ossia gli strumenti per la sua scrittura), debugging, ed altro.


Basic: Nella sua versione originale si tratta di un linguaggio piuttosto semplice e facile da apprendere e questo fu anche lo scopo principale dei suoi inventori. Il Basic non fu mai oggetto di seria standardizzazione e questo portò alla creazione di una miriade di dialetti molto simili fra loro nel periodo in cui i microcomputer divennero diffusi nel mondo dei dispositivi elettronici di consumo di massa.

All’epoca ogni personal computer (si trattava di macchine sostanzialmente diverse fra loro e non compatibili) aveva spesso una sua versione di Basic al seguito come lingaggio di programmazione di primo impiego. Successivamente sia sotto DOS sia sotto Windows si diffusero diverse versioni di Basic, molte delle quali create da Microsoft stessa, quali GWBASIC / BASICA, Turbo Basic, Quick Basic (da cui deriva in forma ridotta anche QBasic) ed infine il più noto di tutti Visual Basic, che da anni è il più semplice linguaggio di programmazione sotto il sistema operativo Windows.



Il linguaggio BASIC
Qui di seguito diamo una breve sintesi delle istruzioni che più frequentemente andremo ad usare nei nostri brevi programmi che andremo a comporre per esercizio.




Istruzione


Descrizione


<nomevariabile> = <costante>
<nomevariabile>$ = <stringa costante>

In QBasic esistono due tipi di variabili: uno numerico (numeri con segno interi e con virgola) e stringa (sequenze anche lunghe di caratteri). Le variabili stringa devono avere dopo il loro nome un segno di dollaro, che indica questo tipo particolare di variabile.

Ad es. X = 2
A$ = “Prova variabile stringa”

Costanti - esempi:


2.34
45
parola”

La cella a lato mostra alcune costanti che possono essere usate in varie parti dei programmi.

In alcuni casi queste costanti sono numeriche, ma sono da considerarsi costanti anche frasi o parole racchiuse tra virgolette. Queste sono le cosiddette costanti stringa, ossia delle serie di lettere.

Operatori:


+, -, *, /

(sui numeri)


+ (concatenazione) sulle stringhe



Anche in Basic esistono gli usuali operatori aritmetici per trattare numeri interi e con la virgola.


Ad es.
A = 2

B = 5
C = B – A


(C conterrà 3)
Sulle stringhe esiste un importante operatore, detto operatore di concatenazione, che permette si agganciare due o più stringhe fra loro creandone una sola.
Ad es.
A$ = “Alberto”

B$ = “ “


C$ = “Veneziani”
D$ = A$ + B$ + C$
(D$ conterrà “Alberto Veneziani”)

INPUT <nomevariabile>




Questa istruzione fa fermare il programma in attesa che l’utente fornisca dei dati che saranno inseriti nella variabile indicata a fianco dell’istruzione INPUT


Ad es. INPUT X




<nomevariabile> = <espressione>


Questa è un istruzione detta di assegnamento. Sebbene sia indicata con il simbolo matematico di = essa non và letta come un uguaglianza matematica.

Quando incontra questa istruzione il computer riversa nella variabile che compare alla sinistra dell’ = il valore calcolato tramite l’espressione a destra dell’ =.
Ad es. X = 3 * Y


PRINT <nomevariabile>



Questa istruzione indica che il computer dovrà scrivere sullo schermo il valore contenuto nella variabile a fianco all’istruzione PRINT

L’istruzione viene eseguita senza che il programma interrompa la sua esecuzione (diversamente da INPUT)


Ad es. PRINT X

‘ <frase di commento>


o
REM <commento>

In alcuni casi è opportuno aggiungere delle frasi che possano spiegare cosa un programma và in quale momento a calcolare o elaborare.

In Qbasic queste frasi (dette commenti), sono inseribili su una qualunque riga di programma che inizi con un apice (‘), o con l’indicazione REM (abbreviazione di remarke).
L’indicazione ha validità per una sola riga e và ripetuta ad ogni riga nel caso di commenti che occupino più righe
Ad es. ‘Calcolo della somma
REM Calcolo della somma

IF <condizione> THEN <istruzione>


Si tratta di una istruzione che condiziona l’esecuzione di altre istruzioni. In alcuni casi il programma sarà quindi eseguito in modo diverso da altri.

Nella forma più semplice l’istruzione che viene eseguita solo sotto certe condizioni è una sola e appare a fianco dell’indicatore THEN

La condizione è invece una espressione logica che può assumere i valori vero o falso a seconda della sua effettiva falsità o verità.



L’istruzione condizionata viene eseguita solo se la condizione risulta vera.
Ad es. IF (X > 0) THEN PRINT “X è maggiore di zero”


IF <condizione> THEN



<istruzioni>

END IF

In certi casi può essere comodo poter mettere sotto condizione, ossia eseguire solo se la condizione di un IF è vera, diverse istruzioni e non solo una. In questo caso si utilizza la forma di IF mostrata qui a lato.
Ad es. IF (X = 2) THEN

X = X + 1

PRINT X

END IF




<etichetta>:

….

<istruzioni>

….

GOTO <etichetta>




Giunto all’istruzione GOTO effettua un salto incondizionato alla etichetta indicata a fianco di GOTO.


etic1:

…….. (qui sono presenti altre istruzioni)


GOTO etich1

CLS



Pulisce lo schermo di output prima di eseguire il programma (analogo ad una lavagna che viene cancellata prima della lezione).


END


Istruzione di terminazione del programma.

Quando viene eseguita il programma ha termine


Esistono anche delle istruzioni grafiche che possono interessare per creare piccoli disegni e composizioni grafiche; QBasic è un linguaggio capace di operare in grafica:





Istruzione


Descrizione

SCREEN 12



Attiva il modo grafico in modalità VGA (640x 480) a colori oggi supportato da tutti i PC


SCREEN 0

Riporta QBasic ad operare in modalità a carattere (non grafica).

LINE(<x1>,<y1>)-(<x2>,<y2>)


Traccia una linea retta sullo schermo dalle coordinate (x1,y1) alle coordinate (x2,y2).



CIRCLE (<xc>,<yc>), <r>




Disegna un cerchio con centro in xc e yc e raggio pari al valore r.


COLOR


Definisce con quale colore saranno disegnate le forme geometriche da quel momento in poi.


I codice colore ammissibili sono solo 16 e vanno indicati con i valori da 0 a 15 a fianco della istruzione COLOR
In particolare il codice 0 corrisponde al nero ed il 15 al bianco.




Alcuni programmi d’esempio
Si riportano qui alcuni programmi d’esempio in QBasic alcuni dei quali proposti durante le esercitazioni di laboratorio:

‘ Lettura di un numero


INPUT X

‘ Lettura di un numero e stampa dello stesso


INPUT X
PRINT X

‘ Somma di due numeri


INPUT X
INPUT Y
PRINT X + Y


‘ Somma di due numeri
INPUT X
INPUT Y
R = X + Y
PRINT R






‘ Controllo di valori (1, 2 o 3)


INPUT V
IF (V = 1) THEN PRINT “E’ uno.”
IF (V = 2) THEN PRINT “E’ due.”
IF (V = 3) THEN PRINT “E’ tre.”


‘ Concatenazione (accostamento) di stringhe


INPUT A$ ‘Legge la prima stringa (sequenza di caratteri)
INPUT B$ ‘Legge la seconda stringa (sequenza di caratteri)
R$ = A$ + B$
PRINT R$

‘Programma che calcola il valore assoluto di un numero


INPUT N
IF N < 0 THEN N = - N
PRINT N

‘Programma che indica se un numero è maggiore o minore di 0


INPUT N
IF N > 0 THEN PRINT “Il numero è maggiore di zero.”
IF N < 0 THEN PRINT “Il numero è minore di zero.”
IF N = 0 THEN PRINT “Il numero è uguale a zero.”

‘Programma che calcola il doppio di più numeri proposti via via in input


CLS ‘pulisce tutti i contenuti precedenti sullo schermo
Ripeti: ‘etichetta di salto eti1
INPUT N
R = N * 2
PRINT R
GOTO Ripeti





‘Programma che traccia un quadrato di lato 30 sullo schermo grafico


SCREEN 12 ‘ attiva la modalità grafica in risoluzione 640 x 480
LINE (10,10)-(10,40)

LINE (10,40)-(40,40)

LINE (40,40)-(40,10)

LINE (40,10)-(10,10)



‘ Programma che traccia vari quadrati con lato pari ad L sullo schermo grafico


SCREEN 12
Ripeti:
INPUT L
IF L = 0 THEN END
‘ disegna un quadrato di lato L e spigolo in alto a sinistra nel punto (10,10)

LINE (10,10)-(10,10 + L)

LINE (10,10 + L)-(10 + L,10 + L)

LINE (10 + L,10 + L)-(10 + L,10)

LINE (10 + L,10)-(10,10)
GOTO Ripeti




Dove reperire QBasic
Il programma QBasic è reperibile all’indirizzo Web:
http://www.petesqbsite.com/sections/introduction/qbasic11.zip
Il file .zip in questione contiene una versione di QBasic completa in inglese (purtroppo non in italiano). Il file contiene un file.ini (ove il programma memorizza le sue impostazioni attuali) un file .hlp contenente molte informazioni sul linguaggio e consultabile dal programma principale e il programma di sviluppo vero e proprio QBasic.exe.

Il programma opera anche con l’ausilio del mouse.



Installazione
Basta decomprimere i files e mandare in esecuzione (doppio click sul file) QBasic.exe. QBasic è pronto per essere usato.

Per avviare il programma Run - Start, per chiudere il programma File – Exit, per salvare il file File – Save As…. O File - Save. Per caricare un programma salvato in precedenza File - Open.

I programmi QBasic sono salvati in normale formato ASCII e possono venir editati e modificati con un comune editor (Blocco Note ad esempio). QBasic essendo un interprete non è in grado di produrre file .exe compilati dei vari programmi con esso composti.

Per l’esecuzione dei programmi quindi è sempre necessario l’ambiente interprete, ossia QBasic stesso.



Sui sistemi Windows 95 e 98 QBasic potrebbe essere già presente tra i tool DOS, presenti nel sistema operativo stesso. Effettuare in questo caso una ricerca tramite Start / Cerca… inserendo il nome QBasic.exe nella box del nome di file da cercare.

Esercizi di ripasso e approfondimento sulla programmazione


  1. Scrivere un programma QBasic che calcoli il quadrato di un numero fornito dall’utente. Verificare la correttezza dei risultati con vari numeri.




  1. Scrivere il flow chart del programma 1




  1. Modificare il programma precedente in modo che, senza uscire dal programma, si possano calcolare i quadrati di più numeri in modo letti in modo ripetuto (ossia realizzare lo stesso programma che lavori in modo ciclico, ossia ripetendo tutte le operazioni, lettura del numero, calcolo, scrittura del risultato)




  1. Scrivere un programma che scriva un numero solo se esso è inferiore a -5 e superiore a + 5.




  1. Scrivere un programma che calcoli l’area di un triangolo di base B e altezza H (B e H potrebbero anche essere i nomi delle due variabili utilizzate per leggere questi valori).




  1. Scrivere un programma che calcoli la divisione di due numeri. Verificare che se il divisore è 0 si ha un errore. Scrivere l’errore sul quaderno come promemoria.




  1. Scrivere un programma che scriva i primi 10 numeri da 1 a 10, effettuando un ciclo che si arresti opportunamente




  1. Scrivere un programma che scriva solo i numeri 2, 4, 6, 8, 10 (ossia i numeri pari nell’intervallo da 1 a 10) effettuando un ciclo effettuando un ciclo che si arresti opportunamente.




  1. Scrivere un programma che faccia la somma di tutti i numeri pari da 1 a 10.




  1. Scrivere un programma che individui se un numero è o no divisibile per 3. Per eseguire questo controllo si utilizzi anche la funzione INT(..), che rende la parte intera di un numero contenuto in una variabile. Ad es. I = INT(N), inserisce la parte intera di N e la mette in I.




  1. Scrivere il flow chart del programma 4




  1. Scrivere il flow chart del programma 9




  1. Scrivere un programma che disegni tre cerchi concentrici uno di raggio 50, un altro di raggio 70 e un altro di raggio 100. (Posizionare opportunamente il centro di modo da poter vedere per intero tutti e tre i cerchi).




  1. Modificare l’esercizio 13 in modo che il primo cerchio sia di colore rosso (codice colore QBasic 4), il secondo giallo (codice colore 14) e il terzo blu (codice colore 1).




  1. Scrivere un programma che disegni tre linee parallele della stessa lunghezza sullo schermo grafico. Modificare in seguito il programma di modo che le linee risultino di colore determinato dall’input di una variabile C, a cui si dovrà assegnare valori tra 0 e 15.




  1. Modificare il programma in 15, realizzando un controllo che richieda un valore corretto nel caso l’input effettuato su C non sia un valore tra 0 e 15. (Questo controllo è detto in gergo tecnico un controllo di correttezza dei dati).



A. Veneziani Programmazione e flow chart



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