Strutture di controllo e tipi di base

spanio@dei.unipd.it

Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione

19 marzo 2024

Tenendo a mente l’architettura di Von Neumann per i calcolatori, si può riassumere che i computer hanno bisogno di 2 principali elementi: dati e istruzioni per manipolare i dati. I linguaggi di programmazione forniscono in maniera trasparente queste componenti attraverso l’uso di variabili ed espressioni.

Le espressioni sono un insieme di:

variabili,
costanti,
operatori.

Tipi di base

Tipi di dato

Le varibili possono contenere diversi tipi di dati, i tipi di dati base in C sono:

interi: int, short, long int, unsigned short/int/long int
virgola mobile: float, double, long double
char: caratteri

Inoltre esiste il tipo speciale void che indica l’assenza di informazione.

Tipi numerici

I vari tipi di interi e tipi di virgola mobile si distinguono per il numero di byte usati per la loro rappresentazione in memoria e, conseguentemente, per il range di valori che possono rappresentare.

Nota

Il numero di byte usati per rappresentare un tipo di dato dipende dal compilatore e dall’architettura del computer. Per sapere quanti byte vengono usati per rappresentare un tipo di dato si può usare l’operatore sizeof.

Per conoscere il range di valori che può rappresentare un tipo di dato si può usare la libreria limits.h per i tipi interi e float.h per i tipi di virgola mobile.

Tipi numerici

#include <limits.h>
#include <stdio.h>

int main(void)
{
    printf("size of short: %lu\n", sizeof(short));
    printf("size of int: %lu\n", sizeof(int));
    printf("size of double: %lu\n", sizeof(double));
    printf("INT_MAX = %d\n", INT_MAX);
    printf("INT_MIN = %d\n", INT_MIN);
    printf("UINT_MAX = %u\n", UINT_MAX);
    printf("LONG_MAX = %ld\n", LONG_MAX);
    printf("LONG_MIN = %ld\n", LONG_MIN);
    printf("ULONG_MAX = %lu\n", ULONG_MAX);
    printf("SHRT_MAX = %d\n", SHRT_MAX);
    printf("SHRT_MIN = %d\n", SHRT_MIN);
    printf("USHRT_MAX = %u\n", USHRT_MAX);
}

Tipi char

Il tipo char è usato per rappresentare un singolo carattere. In C i caratteri sono rappresentati come interi senza segno di 8 bit.

I char vanno sempre scritti tra apici singoli, scrivendo un solo carattere. Il C lin interpreterà come un intero.

Conversioni tra tipi

In generale, per effettuare operazioni aritmetiche tra due numeri, questi devono essere dello stesso tipo.

In C è possibile mescolare tipi diversi nella stessa espressione, e il compilatore effettuerà automaticamente le conversioni necessarie per eseguire l’operazione richiesta.

Conversioni implicite

int a = 5;
float b = 1.618;

a + b; // 6.618

In questo esempio, il valore intero a viene convertito implicitamente in virgola mobile prima di eseguire l’operazione di somma. Questo tipo di conversione è chiamato “promotion”.

Conversioni implicite

Se assegno un valore a una variabile di tipo diverso, il compilatore effettuerà una conversione implicita.

int i = 1;
float f;
f = i; // 1.0
f = 2; // 2.0

È vero quindi anche il contrario:

float f = 1.618;
int i;
i = f; // 1

Cast espliciti

È possibile convertire esplicitamente il tipo di un’ espressione con l’operazione di casting:

(nome_tipo) espressione

Il risultato dell’espressione viene convertito al tipo specificato.

Un caso frequente è quando si esegue una divisione tra due interi:

float quotient;
int dividend, divisor;
quotient = (float) dividend / divisor;

Operatori

Esistono molteplici operatori, ognuno ha varie caratteristiche:

arietà: numero di argomenti (unario, binario, ternario)
precedenza: ordine in cui vengono analizzati gli operatori
associatività: se ci sono più operatori uguali (o di uguale precedenza)
side-effects, se presenti (cioè le variabili coinvolte vengono cambiate o no)

Operatori

Gli operatori più in alto hanno priorità più alta:

Quiz!

Indovina l’output del seguente codice:

i = 1;
printf("i is %d\n", i++);
printf("i is %d\n", i);
printf("i is %d\n", ++i);
printf("i is %d\n", i);

Operatori

i++ è il post-incremento, ++i è il pre-incremento

i = 1;
printf("i is %d\n", i++); /* i is 1 */
printf("i is %d\n", i);   /* i is 2 */
printf("i is %d\n", ++i); /* i is 3 */
printf("i is %d\n", i);   /* i is 3 */

Da grandi poteri derivano grandi bugs…

Gli operatori di post/pre-incremento sono molto utili e vengono usati spesso, vanno però usati con attenzione. Nella maggior parte delle situazioni è bene usare queste operazioni atomicamente (da sole in una riga).

Espressioni istruzione

Tutte le espressioni possono essere anche statement: in una linea posso avere anche solo una operazione singola seguita da ;

i = 1;      // utile
i++;        // utile
i * j + 2   // inutile, potrebbe dare warning
            // "statement with no effect"

Nella seconda riga dell’esempio il risultato viene scartato, ma la modifica avviene lo stesso.

Espressioni logiche

Alcuni operatori ci dicono se una certa espressione è “vera” o “falsa”, ad esempio:

i < j && j < k ci dice se \(i\) è minore sia di \(j\) che di \(k\)

Nota

\(i < j < k\) si può scrivere ma non fa quello che sembra, in realtà: (i < j) < k è vero con int i=3, j=2, k=1.

bool

Il tipo di ritorno di queste espressioni in C è un intero, il tipo booleano non esiste in C (in C99 si è provato a sistemare).

\(0 \rightarrow\) falso
\(1 \rightarrow\) vero (e tutti gli interi diversi da \(0\))

Nota

Da C99 in poi, bool è un tipo definito in stdbool.h che può assumere solo i valori true e false.

#include <stdbool.h>
bool b = true;

Espressioni logiche

Gli operatori booleani producono tutti 0 oppure 1 come risultato, ma bisogna ricordare che qualunque valore diverso da 0 è considerato vero.

L’espressione (5 && 1) viene valutata come vera in quanto entrambi i valori sono diversi da 0

Espressioni logiche

!expr restituisce 1 se expr è 0
expr1 && expr2 restituisce 1 se entrambe le espressioni sono non-zero
expr1 || expr2 restituisce 1 se almeno una delle due espressioni è non-zero

Nota

Sia && che || sono operatori a corto circuito, cioè se il risultato è già noto dopo aver valutato la prima espressione, la seconda non viene valutata.

Quiz!

Qual è il valore di verità delle seguenti espressioni?

!0
1 && 2
1 || 0
1 > 0
'a' > 'b'
'Z' > 'a'
':' < ';'

Control flow

Essendo C un linguaggio strutturato, possiede un insieme di istruzioni di controllo del flusso di esecuzione del programma. Le principali istruzioni di controllo del flusso sono:

if-else
switch
for

while
do-while
break
continue

`if`-`else`

L’istruzione if-else permette di eseguire un blocco di codice solo se una condizione è vera. La sintassi è la seguente:

if (espressione) {
    // statements
} else {
    // statements
}

`if`-`else` annidati

Oppure si può usare l’istruzione else if per evitare annidamenti.

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int x = 10;
    if (x > 7)
    {
        printf("x è maggiore di 7\n");
    }
    else if (x > 5)
    {
        printf("x è maggiore di 5\n");
    }
    else
    {
        printf("x è minore o uguale a 5\n");
    }
}

Attenzione

Un errore comune è confondere l’operatore di assegnamento = con l’operatore di confronto ==. Ad esempio, l’espressione x = 10 assegna il valore 10 alla variabile x, mentre l’espressione x == 10 confronta il valore della variabile x con 10. Se si scrive if (x = 10), l’espressione è sempre vera, perché assegna 10 alla variabile x e restituisce 10, che è considerato true. Per confrontare il valore della variabile x con 10, si deve invece scrivere if (x == 10).

If ternario

L’if ternario è una forma compatta dell’istruzione if-else. La sintassi è la seguente:

espressione ? valore_se_vera : valore_se_falsa

Se l’espressione è vera, viene restituito valore_se_vera, altrimenti viene restituito valore_se_falsa.

If ternario

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int x = 10;
    int y = (x > 5) ? 1 : 0;

    printf("y = %d\n", y);
}

Questo modo di scrivere l’istruzione if-else è utile quando si vuole assegnare un valore a una variabile in base a una condizione con una sola riga di codice. Se l’espressione è complessa, l’uso dell’if ternario può rendere il codice meno leggibile.

`switch`

Tanti if in cascata potrebbero essere sostituiti da uno switch. La sintassi è la seguente:

switch (espressione) {
    case constant-expression:
        // statements
        break;
    case constant-expression:
        // statements
        break;
    // ...
    default:
        // statements
}

Lo switch può essere utilizzato solo con espressioni di tipo intero (int, char, short, long, ecc.) e con espressioni di tipo enum (che verrà trattato in seguito).

Cicli

Caratteristica fondamentale di un linguaggio di programmazione sono i cicli. C implementa i classici for, while, ma anche do…while

while (expression) { statements }
do { statements } while (expression)
for (initialization; condition; increment) { statements }

Cicli

while e for sono equivalenti: tutto ciò che si può fare con un ciclo for si può fare con un ciclo while e viceversa. La scelta di quale istruzione utilizzare dipende dal contesto e dalla preferenza personale.

L’istruzione do-while è simile a while, ma la condizione viene valutata alla fine del blocco di codice. Questo significa che il blocco di codice viene eseguito almeno una volta, anche se la condizione è falsa.

Cicli

Dal C99 è possibile dichiarare variabili all’interno del ciclo for. Queste variabili sono visibili solo all’interno del ciclo. In C89 e nelle versioni precedenti, le variabili devono essere dichiarate all’inizio del blocco di codice.

for (int i = 0; i < 10; i++) {
    // ...
}

Cicli infiniti

Un ciclo infinito è un ciclo che non termina mai. Può essere creato utilizzando un’istruzione while con una condizione sempre vera o for senza condizione, ad esempio while (1) oppure for (;;).

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int i = 0;
    while (1)
    {
        printf("%d\n", i);
        i++;
        if (i == 10)
            break;
    }
}

`break` e `continue`

L’istruzione break termina immediatamente il ciclo in cui si trova.
L’istruzione continue termina l’iterazione corrente del ciclo e passa alla successiva.

Avviso

È bene non abusare di break e continue, perché possono rendere il codice meno leggibile. In generale, è meglio evitare di utilizzare break e `continue all’interno di cicli annidati.

Esercizio: FizzBuzz

Scrivere un programma che stampi i numeri da 1 a 100, ma per i multipli di 3 stampi “Fizz” e per i multipli di 5 stampi “Buzz”. Per i numeri che sono sia multipli di 3 che di 5 stampi “FizzBuzz”.

Suggerimento

L’operatore modulo % restituisce il resto della divisione tra due numeri. Ad esempio, 5 % 3 restituisce 2, perché 5 diviso 3 dà 1 con un resto di 2.

Strutture di controllo e tipi di base

Tipi di base

Tipi di dato

Tipi numerici

Tipi numerici

Tipi char

Conversioni tra tipi

Conversioni implicite

Conversioni implicite

Cast espliciti

Operatori

Operatori

Operatori

Quiz!

Operatori

Espressioni istruzione

Espressioni logiche

Espressioni logiche

bool

Espressioni logiche

Espressioni logiche

Quiz!

Control flow

Control flow

if-else

if-else annidati

If ternario

If ternario

switch

Cicli

Cicli

Cicli

Cicli infiniti

break e continue

Esercizio: FizzBuzz

`if`-`else`

`if`-`else` annidati

`switch`

`break` e `continue`