PROGRAMMAZIONE I A - L

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 algoritmi ad-hoc per la risoluzione di nuovi problemi e la possibilità di acquisire facilmente ed in breve tempo un altro linguaggio di programmazione Object-Oriented.

Nessun prerequisito.

Tri-settimanale secondo il calendario pubblicato in www.dmi.unict.it

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.

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.

• 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.

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#prog1_2017_18

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?