PROGRAMMAZIONE I E LABORATORIO A - L

Obiettivi formativi

• PROGRAMMAZIONE I

  Descrizione generale sintetica

  Il corso presenta i fondamenti di programmazione degli elaboratori adottando C++ come linguaggio di riferimento.
  In particolare sono presentati i concetti base della programmazione strutturata e di quella OOP (Object-Oriented Programming) senza tralasciare la codifica di algoritmi notevoli ed alcune tecniche di progettazione di software OOP.

  
  Obiettivi formativi generali dell'insegnamento in termini di risultati di apprendimento attesi

  1. Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding): l'obiettivo primario del corso è individuato nell’acquisizione da parte degli studenti della “filosofia” della programmazione strutturata e di quella OOP, oltre che nella conoscenza dettagliata della sintassi e della semantica del linguaggio di programmazione C++.
     Il corso rivolge una particolare attenzione allo sviluppo di codice ben scritto e ben strutturato utilizzando le tecniche di base per lo sviluppo di software nel paradigma Object-Oriented.
  
  
  2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding): si intende fornire gli strumenti per conseguire le seguenti abilità pratiche e professionali:
     - Tradurre in codice idee algoritmiche;
     - Progettare, descrivere ed implementare programmi in C++;
     - Debuggare programmi C++ con tools professionali;
     - Comprendere semplici algoritmi ricorsivi;
     - Analizzare e descrivere soluzioni Object-Oriented mediante diagrammi UML (Unified Language Modeling) delle classi;
     - Progettare, implementare ed utilizzare correttamente gerarchie di classi polimorfe e codice generico;
     - Leggere, comprendere ed analizzare codice C++ di terze parti anche in termini di efficienza;
     - Orientarsi nella documentazione delle librerie.
  
  
  3. Autonomia di giudizio (making judgements): attraverso l'esame di numerosi esempi di codice Object-Oriented e una consistente componente pratica che prevede lo svolgimento di esercizi all'elaboratore, il discente sarà in grado, sia in forma autonoma che in forma cooperativa, di analizzare problemi e progettare ed implementare le relative soluzioni software.
  
  
  4. Abilità comunicative (communication skills): lo studente acquisirà le necessarie abilità comunicative e di appropriatezza espressiva nell'impiego del linguaggio verbale tecnico e del linguaggio visuale UML nell'ambito della programmazione degli elaboratori.
  
  
  5. Capacità di apprendimento (learning skills): il corso intende fornire al discente le necessarie metodologie teoriche e pratiche da mettere in campo in contesti professionali e, in particolare, la capacità di formulare ed implementare algoritmi ad-hoc per la risoluzione di nuovi problemi oltre alla possibilità di acquisire facilmente ed in breve tempo altri linguaggi di programmazione Object-Oriented.
• LABORATORIO

  Descrizione generale sintetica

  Il corso presenta i fondamenti di programmazione degli elaboratori adottando C++ come linguaggio di riferimento.
  In particolare sono presentati i concetti base della programmazione strutturata e di quella OOP (Object-Oriented Programming) senza tralasciare la codifica di algoritmi notevoli ed alcune tecniche di progettazione di software OOP.

  
  Obiettivi formativi generali dell'insegnamento in termini di risultati di apprendimento attesi

  1. Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding): l'obiettivo primario del corso è individuato nell’acquisizione da parte degli studenti della “filosofia” della programmazione strutturata e di quella OOP, oltre che nella conoscenza dettagliata della sintassi e della semantica del linguaggio di programmazione C++.
     Il corso rivolge una particolare attenzione allo sviluppo di codice ben scritto e ben strutturato utilizzando le tecniche di base per lo sviluppo di software nel paradigma Object-Oriented.
  
  
  2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding): si intende fornire gli strumenti per conseguire le seguenti abilità pratiche e professionali:
     - Tradurre in codice idee algoritmiche;
     - Progettare, descrivere ed implementare programmi in C++;
     - Debuggare programmi C++ con tools professionali;
     - Comprendere semplici algoritmi ricorsivi;
     - Analizzare e descrivere soluzioni Object-Oriented mediante diagrammi UML (Unified Language Modeling) delle classi;
     - Progettare, implementare ed utilizzare correttamente gerarchie di classi polimorfe e codice generico;
     - Leggere, comprendere ed analizzare codice C++ di terze parti anche in termini di efficienza;
     - Orientarsi nella documentazione delle librerie.
  
  
  3. Autonomia di giudizio (making judgements): attraverso l'esame di numerosi esempi di codice Object-Oriented e una consistente componente pratica che prevede lo svolgimento di esercizi all'elaboratore, il discente sarà in grado, sia in forma autonoma che in forma cooperativa, di analizzare problemi e progettare ed implementare le relative soluzioni software.
  
  
  4. Abilità comunicative (communication skills): lo studente acquisirà le necessarie abilità comunicative e di appropriatezza espressiva nell'impiego del linguaggio verbale tecnico e del linguaggio visuale UML nell'ambito della programmazione degli elaboratori.
  
  
  5. Capacità di apprendimento (learning skills): il corso intende fornire al discente le necessarie metodologie teoriche e pratiche da mettere in campo in contesti professionali e, in particolare, la capacità di formulare ed implementare algoritmi ad-hoc per la risoluzione di nuovi problemi oltre alla possibilità di acquisire facilmente ed in breve tempo altri linguaggi di programmazione Object-Oriented.

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

• PROGRAMMAZIONE I

  Lezioni frontali con l'ausilio del videoproiettore.

• LABORATORIO

  Lezioni frontali con l'ausilio del videoproiettore.

Prerequisiti richiesti

• PROGRAMMAZIONE I

  Nessun prerequisito.

• LABORATORIO

  Nessun prerequisito.

Frequenza lezioni

• PROGRAMMAZIONE I

  Frequenza obbligatoria, bi-settimanale secondo il calendario pubblicato in www.dmi.unict.it

• LABORATORIO

  Frequenza obbligatoria, bi-settimanale secondo il calendario pubblicato in www.dmi.unict.it

Contenuti del corso

• PROGRAMMAZIONE I

  Modulo A − Elementi di Programmazione Imperativa ed Orientata agli Oggetti (3CFU)

  1. Introduzione alla programmazione
     1. Problemi; Algoritmi; Diagrammi di flusso.
     2. Variabili; Espressioni; Assegnazioni.
     3. Notazione lineare strutturata; Teorema di Böhm-Jacopini.
     4. Struttura dati array.
  2. Linguaggi di programmazione : C++
     1. Linguaggi di programmazione: macchina, assembly e di alto livello.
     2. Problema della traduzione : compilazione ed interpretazione.
     3. Installazione del compilatore; Primo programma: Editing, Compiling, Running, Debugging.
  3. Costrutti del linguaggio
     1. Tipi di dato; Operatori predefiniti; Conversioni di tipo; Gestione dell’I/O.
     2. Controllo del flusso: costrutti di selezione if-then-else e switch, ed iterativi while e do-while.
  4. Introduzione alla Programmazione Orientata agli Oggetti
     1. Oggetti: stato e comportamento; Classi; Istanziazione di oggetti: costruttori.
     2. Messaggi: struttura, parametri, tipi di messaggi.
     3. Relazione di composizione/aggregazione per gli oggetti.
  5. Struttura dati array e stringhe di caratteri
     1. Array di tipi predefiniti e di oggetti. Array bidimensionali.
     2. Costrutto iterativo for.
     3. Sequenze di caratteri : array di char ed oggetti stringa.

   

  Modulo B − Caratteristiche avanzate del linguaggio C++ (2,5CFU)

  1. Dichiarazione di classi
     1. Struttura della classe: attributi ed operazioni; Modificatori di accesso.
     2. Implementazione di metodi: valore di ritorno, passaggio di parametri per valore e per riferimento; Categorie di memorizzazione delle variabili; Regole di visibilità.
     3. Implementazione del costruttore.
  2. Puntatori ed Array
     1. Puntatori; Operatori di indirizzo e di dereferenzazione. Aritmetica dei puntatori. Puntatori ed array; Puntatori come parametro; Allocazione dinamica della memoria.
     2. Puntatori a funzioni; Il puntatore this; Indirizzamento multilivello.
     3. Riferimenti; Enumerazioni; Unioni; Campi di bit.
     4. Array 2D : Array allocati dinamicamente, Array come parametri, Array frastagliati; Array multidimensionali;.
  3. Elementi avanzati del linguaggio
     1. Il modificatore const per i puntatori e per i metodi; Argomenti standard per i parametri di funzioni. Clausola Namespace; Dichiarazioni forward; Funzioni inline.
     2. Implementazione della relazione di composizione/aggregazione.
     3. Overloading di metodi; Costruttori e distruttori. Costruttore di copia.
     4. Funzioni e classi friend; Attributi e metodi statici.

   

  Modulo C − Tecniche di Programmazione (0,5CFU)

  1. Algoritmi notevoli
     1. Algoritmi di Ricerca: lineare in una sequenza ordinata e non, ricerca con sentinella, ricerca del massimo/minimo, ricerca dicotomica iterativa.
     2. Algoritmi di Ordinamento: Bubblesort, Selectionsort, Insertionsort.
     3. Algoritmi di Fusione: Natural-merge.
  2. Ricorsione
     1. Definizione di metodi ricorsivi; Calcolo del fattoriale.
     2. Gestione delle chiamate ai metodi mediante stack delle attivazioni.
     3. Ricorsione di coda e non di coda.
     4. Efficienza della ricorsione: numeri di Fibonacci.
     5. Applicazioni della ricorsione: Ricerca dicotomica, Torre di Hanoi, Segmentazione binaria di un righello.

   

  Modulo D − Progettazione di software orientato agli oggetti (3CFU)

  1. Ereditarietà
     1. Definizione; Relazione ISA; Derivazioni e modalità di accesso: protected.
     2. Gerarchie ereditarie di classi. Overriding di metodi. Operatore :: risolutore di scope.
     3. Lista di inizializzazione e modalità d’esecuzione di costruttori e distruttori ereditati.
     4. Ereditarietà multipla. Classi base virtuali.
  2. Polimorfismo e Classi astratte
     1. Puntatori a classi derivate; Funzioni virtuali; Late-binding. Polimorfismo.
     2. Gerarchie ereditarie di classi polimorfe.
     3. Funzioni virtuali pure; Classi astratte; Interfacce.
     4. RTTI: typeid e dynamic_cast.
  3. Principi di progettazione orientata agli oggetti
     1. Diagrammi UML per le classi.
     2. Progettazione ed analisi nel paradigma OOP.
  4. Overloading degli operatori.
     1. Tipo di overloading di operatori : non-membro, friend, membro.
     2. Operatori prefissi e postfissi “++” e “--”.
     3. Cenni ad operatori di assegnamento “=”, di indicizzazione “[ ]” e “( )” e di cast.
     4. Operatori di I/O.
  5. Programmazione generica.
     1. Funzioni generiche. Classi generiche.
• LABORATORIO

  Modulo A − Elementi di Programmazione Imperativa ed Orientata agli Oggetti (3CFU)

  1. Introduzione alla programmazione
     1. Problemi; Algoritmi; Diagrammi di flusso.
     2. Variabili; Espressioni; Assegnazioni.
     3. Notazione lineare strutturata; Teorema di Böhm-Jacopini.
     4. Struttura dati array.
  2. Linguaggi di programmazione : C++
     1. Linguaggi di programmazione: macchina, assembly e di alto livello.
     2. Problema della traduzione : compilazione ed interpretazione.
     3. Installazione del compilatore; Primo programma: Editing, Compiling, Running, Debugging.
  3. Costrutti del linguaggio
     1. Tipi di dato; Operatori predefiniti; Conversioni di tipo; Gestione dell’I/O.
     2. Controllo del flusso: costrutti di selezione if-then-else e switch, ed iterativi while e do-while.
  4. Introduzione alla Programmazione Orientata agli Oggetti
     1. Oggetti: stato e comportamento; Classi; Istanziazione di oggetti: costruttori.
     2. Messaggi: struttura, parametri, tipi di messaggi.
     3. Relazione di composizione/aggregazione per gli oggetti.
  5. Struttura dati array e stringhe di caratteri
     1. Array di tipi predefiniti e di oggetti. Array bidimensionali.
     2. Costrutto iterativo for.
     3. Sequenze di caratteri : array di char ed oggetti stringa.

   

  Modulo B − Caratteristiche avanzate del linguaggio C++ (2,5CFU)

  1. Dichiarazione di classi
     1. Struttura della classe: attributi ed operazioni; Modificatori di accesso.
     2. Implementazione di metodi: valore di ritorno, passaggio di parametri per valore e per riferimento; Categorie di memorizzazione delle variabili; Regole di visibilità.
     3. Implementazione del costruttore.
  2. Puntatori ed Array
     1. Puntatori; Operatori di indirizzo e di dereferenzazione. Aritmetica dei puntatori. Puntatori ed array; Puntatori come parametro; Allocazione dinamica della memoria.
     2. Puntatori a funzioni; Il puntatore this; Indirizzamento multilivello.
     3. Riferimenti; Enumerazioni; Unioni; Campi di bit.
     4. Array 2D : Array allocati dinamicamente, Array come parametri, Array frastagliati; Array multidimensionali;.
  3. Elementi avanzati del linguaggio
     1. Il modificatore const per i puntatori e per i metodi; Argomenti standard per i parametri di funzioni. Clausola Namespace; Dichiarazioni forward; Funzioni inline.
     2. Implementazione della relazione di composizione/aggregazione.
     3. Overloading di metodi; Costruttori e distruttori. Costruttore di copia.
     4. Funzioni e classi friend; Attributi e metodi statici.

   

  Modulo C − Tecniche di Programmazione (0,5CFU)

  1. Algoritmi notevoli
     1. Algoritmi di Ricerca: lineare in una sequenza ordinata e non, ricerca con sentinella, ricerca del massimo/minimo, ricerca dicotomica iterativa.
     2. Algoritmi di Ordinamento: Bubblesort, Selectionsort, Insertionsort.
     3. Algoritmi di Fusione: Natural-merge.
  2. Ricorsione
     1. Definizione di metodi ricorsivi; Calcolo del fattoriale.
     2. Gestione delle chiamate ai metodi mediante stack delle attivazioni.
     3. Ricorsione di coda e non di coda.
     4. Efficienza della ricorsione: numeri di Fibonacci.
     5. Applicazioni della ricorsione: Ricerca dicotomica, Torre di Hanoi, Segmentazione binaria di un righello.

   

  Modulo D − Progettazione di software orientato agli oggetti (3CFU)

  1. Ereditarietà
     1. Definizione; Relazione ISA; Derivazioni e modalità di accesso: protected.
     2. Gerarchie ereditarie di classi. Overriding di metodi. Operatore :: risolutore di scope.
     3. Lista di inizializzazione e modalità d’esecuzione di costruttori e distruttori ereditati.
     4. Ereditarietà multipla. Classi base virtuali.
  2. Polimorfismo e Classi astratte
     1. Puntatori a classi derivate; Funzioni virtuali; Late-binding. Polimorfismo.
     2. Gerarchie ereditarie di classi polimorfe.
     3. Funzioni virtuali pure; Classi astratte; Interfacce.
     4. RTTI: typeid e dynamic_cast.
  3. Principi di progettazione orientata agli oggetti
     1. Diagrammi UML per le classi.
     2. Progettazione ed analisi nel paradigma OOP.
  4. Overloading degli operatori.
     1. Tipo di overloading di operatori : non-membro, friend, membro.
     2. Operatori prefissi e postfissi “++” e “--”.
     3. Cenni ad operatori di assegnamento “=”, di indicizzazione “[ ]” e “( )” e di cast.
     4. Operatori di I/O.
  5. Programmazione generica.
     1. Funzioni generiche. Classi generiche.

Testi di riferimento

• PROGRAMMAZIONE I
  1. H.M. Deitel, P. J. Deitel, C++ Fondamenti di programmazione – Apogeo
  2. Eckel, Thinking in C++, Vol. I, 2°Ed. (anche online ed in italiano)
  3. Horstmann, C++ for everyone, 2°Ed. – Wiley (anche online)
  4. Lippman, Lajoye, C++ Corso di programmazione, 3°Ed. – Addison Wesley
  5. Pohl, Object-Oriented Programming Using C++, 2° Ed. – Addison Wesley
  6. Schildt, C++ La guida completa, 2°Ed. – McGraw-Hill (anche online)
  7. Stroustrup, C++ Linguaggio, libreria standard, principi di programmazione, 3°Ed. – Addison Wesley

   

  I libri (1), (2), (3) ed (6) sono consigliati ai principianti.
  Il libro (3) è fortemente consigliato ai principianti per la grande quantità di esercizi presenti in esso.
  I libri (4) e (5) sono di livello intermedio e sono consigliati a chi è già nota la programmazione.
  Il libro (7) è di livello avanzato ed è consigliato a chi è già nota la programmazione.

• LABORATORIO
  1. H.M. Deitel, P. J. Deitel, C++ Fondamenti di programmazione – Apogeo
  2. Eckel, Thinking in C++, Vol. I, 2°Ed. (anche online ed in italiano)
  3. Horstmann, C++ for everyone, 2°Ed. – Wiley (anche online)
  4. Lippman, Lajoye, C++ Corso di programmazione, 3°Ed. – Addison Wesley
  5. Pohl, Object-Oriented Programming Using C++, 2° Ed. – Addison Wesley
  6. Schildt, C++ La guida completa, 2°Ed. – McGraw-Hill (anche online)
  7. Stroustrup, C++ Linguaggio, libreria standard, principi di programmazione, 3°Ed. – Addison Wesley

   

  I libri (1), (2), (3) ed (6) sono consigliati ai principianti.
  Il libro (3) è fortemente consigliato ai principianti per la grande quantità di esercizi presenti in esso.
  I libri (4) e (5) sono di livello intermedio e sono consigliati a chi è già nota la programmazione.
  Il libro (7) è di livello avanzato ed è consigliato a chi è già nota la programmazione.

Programmazione del corso

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

• PROGRAMMAZIONE I
  • L’esame consiste nella verifica degli obiettivi preposti per il corso e cioè:
    1. la capacità di descrivere ed implementare semplici procedimenti algoritmici,
    2. la conoscenza dettagliata del linguaggio di programmazione C++,
    3. la capacità di applicare il paradigma orientato agli oggetti (OOP) allo sviluppo del software.

  A tal fine l’esame è composto da tre prove indipendenti atte a verificare i precedenti punti e si intenderà superato quando tutte e tre le prove saranno valutate sufficientemente:

  1. prova teorica di programmazione imperativa (verifica gli obiettivi (a) e (b)),
  2. prova pratica di laboratorio (verifica gli obiettivi (b) e (c)),
  3. prova teorica di programmazione orientata agli oggetti (verifica gli obiettivi (b) e (c)).

  Le prove 1), 2) e 3) sono da considerarsi propedeutiche, pertanto, possono accedere alla prova 2) tutti coloro che abbiano superato la prova 1), e possono accedere alla prova 3) tutti coloro che abbiano superato la prova 2). Le varie prove possono essere superate in momenti differenti; la sufficienza conseguita in una certa prova sarà considerata valida per tutto l’A.A. (fino a Dicembre successivo al corso).

  Ad ogni appello gli studenti potranno sostenere tutti e tre i tipi di prove, in particolare:

  • la prova 1) può essere sostenuta alla data ufficiale dell’appello;
  • la prova 2) può essere sostenuta alla data che sarà pubblicata nella homepage del docente (tale data sarà tipicamente 7 gg. dopo la data dell’appello). Per accedere al tale prova è necessario esibire il tesserino per il laboratorio ed utilizzare il corrispondente account assegnato.
  • la prova 3) può essere sostenuta nello studio del docente durante un qualunque orario di ricevimento. Per accedere a tale prova lo studente deve risultare prenotato nel portale studenti.
• LABORATORIO
  • L’esame consiste nella verifica degli obiettivi preposti per il corso e cioè:
    1. la capacità di descrivere ed implementare semplici procedimenti algoritmici,
    2. la conoscenza dettagliata del linguaggio di programmazione C++,
    3. la capacità di applicare il paradigma orientato agli oggetti (OOP) allo sviluppo del software.

  A tal fine l’esame è composto da tre prove indipendenti atte a verificare i precedenti punti e si intenderà superato quando tutte e tre le prove saranno valutate sufficientemente:

  1. prova teorica di programmazione imperativa (verifica gli obiettivi (a) e (b)),
  2. prova pratica di laboratorio (verifica gli obiettivi (b) e (c)),
  3. prova teorica di programmazione orientata agli oggetti (verifica gli obiettivi (b) e (c)).

  Le prove 1), 2) e 3) sono da considerarsi propedeutiche, pertanto, possono accedere alla prova 2) tutti coloro che abbiano superato la prova 1), e possono accedere alla prova 3) tutti coloro che abbiano superato la prova 2). Le varie prove possono essere superate in momenti differenti; la sufficienza conseguita in una certa prova sarà considerata valida per tutto l’A.A. (fino a Dicembre successivo al corso).

  Ad ogni appello gli studenti potranno sostenere tutti e tre i tipi di prove, in particolare:

  • la prova 1) può essere sostenuta alla data ufficiale dell’appello;
  • la prova 2) può essere sostenuta alla data che sarà pubblicata nella homepage del docente (tale data sarà tipicamente 7 gg. dopo la data dell’appello). Per accedere al tale prova è necessario esibire il tesserino per il laboratorio ed utilizzare il corrispondente account assegnato.
  • la prova 3) può essere sostenuta nello studio del docente durante un qualunque orario di ricevimento. Per accedere a tale prova lo studente deve risultare prenotato nel portale studenti.

Esempi di domande e/o esercizi frequenti

• PROGRAMMAZIONE I

  Alcuni testi di compiti per la prova teorica (1) e per la prova di laboratorio (2) si trovano in:

  http://www.dmi.unict.it/~messina/teaching.html

  Alcune tipiche domande per la prova orale (3) sono le seguenti:

  • Descrivere l'algoritmo "InsertionSort".
  • Implementare una matrice con gestione dinamica della memoria.
  • Qual è la differenza tra aggregazione e composizione?
  • Cos'è il polimorfismo?
  • A cosa servono le funzioni virtuali pure?
  • Come si implementa l'overloading dell'operatore di incremento in forma prefissa?
• LABORATORIO

  Alcuni testi di compiti per la prova teorica (1) e per la prova di laboratorio (2) si trovano in:

  http://www.dmi.unict.it/~messina/teaching.html

  Alcune tipiche domande per la prova orale (3) sono le seguenti:

  • Descrivere l'algoritmo "InsertionSort".
  • Implementare una matrice con gestione dinamica della memoria.
  • Qual è la differenza tra aggregazione e composizione?
  • Cos'è il polimorfismo?
  • A cosa servono le funzioni virtuali pure?
  • Come si implementa l'overloading dell'operatore di incremento in forma prefissa?