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W alter Savitch

PROGRAMMAZIONE DI BASE E AVANZATA CON A cura di Daniela Micucci

JAVA /

Pearson Learning Solution

Codice di accesso a

M yLab

Aula virtuale Risorse multimediali Test ed esercizi Autovalutazione Pearson eTéxt

alway:

learning

W alter Savitch con la collaborazione di Kenrick Mock

PROGRAMMAZIONE DI BASE E AVANZATA CON JA>^

I I

Daniela Micucci Università degli Studi

I

di Milano - Bicocca .

© 2 0 1 4 Pearson Italia, M ila n o -T o rin o

Authorized transLuion from thè English language edition, entitledJAVA: An In troduction to Problem Solving and Programmingy 6th editiotty by Walter Savitchy published by Pearson Educationy InCy publishing OS Prentice HalU Copyright © 2012 All rights reserved. No part o f this hook may be reproduced or transmitted in any fo rm or by any meansy electronic or mechanicaly including photocopyingy recording or by any inform ation Storage retrieval systenty without permission from Pearson Education, Ine. Italian language edition published by Pearson Italia S.p.A.y Copyright © 2014.

Le informazioni contenute in questo libro sono state verificate e documentate con la massima cura possibile. Nessuna responsabilità derivante dal loro utilizzo potrà venire imputata agli Autori, a Pearson Italia S.p.A. o a ogni persona e società coinvolta nella creazione, produzione e distribuzione di questo libro.

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Curatore per l’edizione italiana: Daniela Micucci Traduzione: Francesco Fiamberti Redazione e impaginazione: Carmelo Giarratana Progetto grafico di copertina: Maurizio Garofalo Stampa: Tip.Le.Co. - S. Bonico (PC) Tutti i marchi citati nel testo sono di proprietà dei loro detentori.

978-88-6518-190-4 Printed in Italy 1* edizione: marzo 2014 Ristampa 01 02

03

04

Anno 15

16

17

18

Indice

Prefazione aH’edizione italiana Prefazione per gli studenti Guida alla lettura

Capìtolo 1 1.1

1.2

1.3

1.4 1.5 1.6

2.1

Introduzione ai computer e a lava

Concetti di base sui computer 1.1.1 Hardware e memoria 1. 1.2 Programmi 1.1.3 Linguaggi di programmazione, compilatorie interpreti 1.1.4 Bytecode Java 1.1.5 Class Loader Un assaggio di Java 1.2.1 Storia del linguaggio Java 1.2.2 Applicazioni e applet 1.2.3 II primo programma Java 1.2.4 Scrivere, compilare ed eseguireprogrammi Java Concetti di base di programmazione 1.3.1 Programmazione a oggetti 1.3.2 Algoritmi 1.3.3 Collaudo e debugging 1.3.4 Riutilizzo del software Riepilogo Esercizi Progetti

Capìtolo 2

XV XIX XXIII

1 2 4 5 7 9 9 9 10 10 14 16 16 19 20 21 23 24 25

Nozioni dì base

Variabili ed espressioni 2.1.1 Variabili 2.1.2 Tipi 2.1.3 Identificatori Java 2.1.4 Istruzioni di assegnamento 2.1.5 Semplici operazioni di input 2.1.6 Un esempio di output su schermo 2.1.7 Costanti 2.1.8 Costanti con nome 2.1.9 Compatibilità di assegnamento

27 28 30 32 34 36 37 38 40 41

2.1.10 Conversioni di tipo 2.1.11 Operatori aritmetici 2.1.12 Parentesi e regole di precedenza 2.1.13 Operatori di assegnamento ausiliari 2.1.14 Operatori di incremento e decremento 2.1.15 Note aggiuntive sugli operatori di incremento e decremento

42 44 46 47 53 54 53

La classe S t r in g 2.2.1 Stringhe costanti e variabili 2.2.2 Concatenazione di stringhe 2.2.3 Metodi di S t r in g 2.2.4 Elaborazione delle stringhe 2.2.5 Caratteri di escape 2.2.6 Set di caratteri Unicode 2.3 Operazioni di I/O: la tastiera e lo schermo 2.3.1 Output su schermo 2.3.2 Input da tastiera 2.3.3 Altri delimitatori di input (opzionale) 2.3.4 Output formattato con p r i n t f 2.4 Documentazione e stile 2.4.1 Nomi significativi per le variabili 2.4.2 Commenti 2.4.3 Indentazione 2.4.4 Utilizzare le costanti con nome 2.5 Riepilogo 2.6 Esercizi 2.7 Progetti

55 55 57 60 61 62 63 63 65 70 72 73 74 74 77 77 79 80 82

2.2

Capitolo 3 3.1

Flusso di controllo: la selezione

Istruzione i f - e l s e 3.1.1 Istruzione i f - e l s e semplice 3.1.2 Espressioni booleane 3.1.3 Istruzioni i f - e l s e annidate 3.1.4 Istruzioni i f - e l s e multi-ramo 3.1.5 Confronto tra stringhe 3.1.6 Operatore condizionale (opzionale) 3.1.7 11 metodo e x i t 3.2 Tipo b o o lean 3.2.1 Variabili booleane 3.2.2 Regole di precedenza 3.2.3 Input e output di valori booleani 3.3 Istruzione s w itc h 3.3.1 Enumerazioni

86 86 91 96 98 104 108

109 110 110 112 114

115 119

Indice

3.4 3.5 3.6

Riepilogo Esercizi Progetti

C apitolo 4 4.1

4.2

4.3 4.4 4.5

5.1

5.2 5.3 5.4

5.5 5.6 5.7

121 124

Flusso di controllo: i cicli

C icli in Java 4.1.1 Istruzione w h i l e 4.1.2 Istruzione d o - w h ile 4.1.3 Istruzione f o r 4.1.4 Dichiarare variabili aH’interno di un’istruzione f o r 4.1.5 Usare una virgola in un’istruzione f o r 4.1.6 Istruzione f o r - e a c h Programmare con i cicli 4.2.1 II corpo del ciclo 4.2.2 Istruzioni di inizializzazione 4.2.3 Controllare il numero di iterazioni in un ciclo 4.2.4 Istruzioni b r e a k e c o n t in u e nei cicli (opzionale) 4.2.5 C icli difettosi 4.2 .6 Tracciare le variabili 4.2 .7 Controllo delle asserzioni Riepilogo Esercizi Progetti

C ap ito lo 5

120

127 128 131 142 146 147 148 149 149 150 151 158 159 161

162 164 165 167

I metodi: concetti base

Definizione e invocazioni di metodi 5.1.1 Definire e invocare metodi v o id 5.1.2 Definire metodi che restituiscono un valore 5.1.3 Variabili locali 5.1.4 Blocchi 5.1.5 Parametri di tipo primitivo 5.1.6 Ancora sulPistruzione return La classe Math Cosa accade realmente quando si invoca un metodo?

C om e scrivere i metodi 5.4.1 Decomposizione 5.4.2 Affrontare i problemi di compilazione 5.4.3 C ollaudare i metodi Riepilogo Esercizi Progetti

171 173 175 178 180 181 186 189 191 196 202

202 203 204 205 208

Vi ,

VMI

Indice

Capitolo 6

Array

6.1

Concetti di base suf li array 6.1.1 Creazione « accesso a un array 6.1.2 Dettagli sugli array 6.1.3 La propriesà le n g t h 6.1.4 Ulteriori dettagli sugli indici di un array 6.1.5 Inizializzarc gli array 6.1.6 Array parzialmente riempiti 6.1.7 Utilizzare ili ciclo f o r - e a c h con gli array 6.2 Utilizzare gli array nei metodi 6.2.1 Variabili indicizzate come argomenti di un metodo 6.2.2 Array come argomenti di un metodo 6.2.3 Argomenti del metodo m a in 6.2.4 Assegnamenta e uguaglianza di array 6.2.5 Metodi che restituiscono array 6.2.6 Metodi con un numero variabile di parametri 6.3 Ordinamento e ricerca con gli array 6.3.1 Selection Sort 6.3.2 Altri algoritmi di ordinamento 6.3.3 Ricerca negli array 6.4 Array multidimensionali 6.4.1 Fondamenti sugli array multidimensionali 6.4.2 Array multidimensionali come parametri e come valori restituiti 6.4.3 Rappresentazione Java di array multidimensionali 6.4.4 Array irregobri (opzionale) 6.5 Riepilogo 6.6 Esercizi 6.7 Progetti

Capìtolo 7 7.1

7.2 7.3 7.4 7.5

211 212

215 218

220 223 223 224 226 226 228 230 231 234 236 240 240 244 245 245 247 249 251 252 254 255 258

Rìcorsìone

Le basi della ricorsionc 7.1.1 Come funziona la ticorsione 7.1.2 Ricorsionc infinita 7.1.3 Lo stack e la ticorsione 7.1.4 Confronto tra metodi ricorsivi e iterativi 7.1.5 Metodi ricorsivi che restituiscono un valore Programmare utilizzando la ticorsione 7.2.1 Tecniche di progettazione ricorsiva Riepilogo Esercizi Progetti

263 270 274 275 276 277 283 283 296 297 299

Indice

Capitolo 8

Definire classi e creare oggetti

8.1

Definizione di classi 8.1.1 File delle classi e compilazione 8.1.2 Variabili di istanza 8.1.3 Metodi di istanza 8.1.4 La parola chiave t h i s 8.2 Information hiding e incapsulamento 8.2.1 Information hiding 8.2.2 Commenti con precondizioni e postcondizioni 8.2.3 I modificatori d’accesso p u b lic e p r i v a t e 8.2.4 Metodi get e set 8.2.5 La parola chiave t h i s applicata alle variabih di istanza 8.2.6 Metodi che invocano altri metodi 8.2.7 Incapsulamento 8.2.8 Documentazione automatica con ja v a d o c 8.2.9 Diagrammi di classe UML 8.3 Oggetti e riferimenti 8.3.1 Variabili di tipo classe 8 . 3.2 Definire un metodo e q u a ls per una classe 8.3.3 Metodi booleani 8.3.4 Test di unità 8.3.5 Parametri di tipo classe 8.4 Riepilogo 8.5 Esercizi 8.6 Progetti

Capitolo 9 9.1

9.2

9.3

9.4

306 308 308 311 316 317 318 318 319 325 331 332 337 340 340 341 341 348 352 354 356 361 363 366

Approfondim enti su classi, oggetti e metodi

Costruttori 9.1.1 Definire i costruttori 9.1.2 Invocare metodi da costruttori 9.1.3 Invocare un costruttore da un altro costruttore 9.1.4 La costante n u l i Variabili statiche e metodi statici 9.2.1 Variabili statiche 9.2.2 Metodi statici 9.2.3 Suddividere le attività del metodo m ain in sotto-attività 9.2.4 Aggiungere un metodo m ain a una classe 9.2.5 Classi wrapper Overloading 9.3.1 Concetti di base deU’overloading 9.3.2 Overloading e conversione automatica di tipo 9.3.3 Overloading e tipo di ritorno Information hiding rivisitato 9.4.1 Privacy leale

374 374 382 384 386 388 388 389 395 397 398 402 402 405 408 414 414

ix

X

Indice

9.5 9.6

9.7 9.8

9.9 9.10 9.11

Rappresentare in UML le relazioni associative fra classi Array nelle definizioni di classe 9.6.1 Array di tipi primitivi 9.6.2 Array di riferimenti Enumerazioni come classi Package 9.8.1 Package e istruzione im p o rt 9.8.2 Nomi di package e cartelle 9.8.3 Conflitti tra nomi Riepilogo Esercizi Progetti

Capitolo 10

Ereditarietà

10.1

Concetti di base sull’ereditarietà 10.1.1 Classi derivate 10.1.2 Metodi ridefiniti (overriding) 10.1.3 Cambiare il tipo di ritorno di un metodo ridefinito 10.1.4 Cambiare i modificatori d’accesso di un metodo ridefinito 10.1.5 Overriding vs. overloading 10.1.6 Ereditarietà nei diagrammi UML 10.2 Incapsulamento ed ereditarietà 10.2.1 Uso delle variabili di istanza private della classe base 10.2.2 I metodi privati non sono accessibili 10.2.3 Modalità d’accesso p r o t e c te d (opzionale) 10.3 Programmare con l’ereditarietà 10.3.1 Costruttori nelle classi derivate 10.3.2 Ancora sul metodo t h i s 10.3.3 Invocare un metodo ridefinito 10.3.4 Un altro modo per definire il metodo equals in NonLaureato

Compatibilità di tipo 10.3.6 La classe Object 10.3.7 Un metodo equals migliorato 10.4 Riepilogo 10.5 Esercizi 10.6 Progetti 10.3.5

Capitolo 11 11.1

418 421 421 427 441 443 443 445 447 448 449 453

461 462 466 467 468 468 469 470 471 472 473 474 474 476 477 481 482 485

486 488 489 490

Polimorfismo, classi astratte e interfacce

Polimorfismo 11.1.1 BLnding dinamico 11.1.2 Binding dinamico con toString 11.1.3 Il modificatore fin al 11.1.4 Metodi per cui il binding dinamico non viene applicato 11.1.5 Downcast e upcast

496 496 505 506 507 509

Indice

11.2

11.3

11.4 11.5 11.6

Classi astratte 11.2.1 Concetti di base 11.2.2 La classe astratta è un tipo 11.2.3 Ulteriori dettagli Interfacce 11.3.1 Interfacce di classi 11.3.2 Interfacce Java 11.3.3 Implementare un’interfaccia 11.3.4 Un interfaccia come un tipo 11.3.5 Estendere un’interfaccia Riepilogo Esercizi Progetti

Capitolo 12 12.1

12.2

12.3 12.4 12.5

13.1

13.2 13.3

13.4 13.5 13.6

523 523 526 527 531 531 532 533 536 537 542 542 544

ArrayList e generici

Strutture di dati basate su array 12.1.1 La classe ArrayList 12.1.2 Creare un’istanza di ArrayList 12.1.3 Utilizzare i metodi di ArrayList 12.1.4 Classi parametriche e tipi di dato generico Generici 12.2.1 Fondamenti 12.2.2 Vincoli sui tipi parametrici 12.2.3 Metodi generici 12.2.4 Ereditarietà con classi generiche Riepilogo Esercizi Progetti

Capitolo 13

XI

550 550 551 552 557 558 558 568 570 571 573 573 574

Eccezioni

Concetti di base sulla gestione delle eccezioni 13.1.1 Eccezioni in Java 13.1.2 Classi di eccezioni predefinite Definire nuove classi di eccezioni Approfondimenti sulle classi di eccezioni 13.3.1 Dichiarare le eccezioni 13.3.2 Tipi di eccezioni 13.3.3 Errori 13.3.4 Throw e catch multipli 13.3.5 Blocco finally 13.3.6 Rilanciare un’eccezione (opzionale) Riepilogo Esercizi Progetti

575 576 585 586 592 592 595 596 598 603 604 614 614 617

xn

Indice

Capitolo 14

Stream e I/O da file

14.1

Introduzione ai flussi dati e all’I/O su file 14.1.1 II concetto di stream 14.1.2 Perché utilizzare TI/O su file?

14.1.3 File di testo e file binari 14.2 I/O con file di testo 14.2.1 Creare un file di testo 14.2.2 Aggiungere dati a un file di testo 14.2.3 Leggere da un file di testo 14.2.4 Leggere un file di testo con la classe Scanner 14.2.5 Leggere un file di testo con la classe BufferedReader Tecniche generiche per la gestione dei file 14.3 14.3.1 La classe F i l e 14.3.2 Percorsi 14.3.3 Metodi della classe File 14.4 Basi deiri/O con file binali 14.4.1 Creare un file binario 14.4.2 Scrivere valori di tipo primitivo in un file binario 14.4.3 Scrivere stringhe in un file binario 14.4.4 Alcuni dettagli sul metodo writeUTF 14.4.5 Leggere da un file binario 14.4.6 La classe EOFException 14.5 I/O su file binari di oggetti e array 14.5.1 I/O binario con oggetti di tipo classe 14.5.2 Alcuni dettagli sulla serializzazione 14.5.3 Array nei file binari 14.6 Riepilogo 14.7 Esercizi 14.8 Progetti

Capìtolo 15 15.1

623 623 624 625 626 626

632 633 633 635 639 640 641 642 647 647 649 651 652 653 657 662 662

666 667 669 669 672

Strutture dati dinamiche

Liste concatenate 15.1.1 Generalità sulle liste concatenate 15.1.2 Implementare le operazioni di una lista concatenata 15.1.3 Privacy leak 15.1.4 Inner class 15.1.5 Classi nodo come inner class 15.1.6 Iteratori 15.1.7 Iteratori interni ed esterni (opzionale) 15.1.8 L’interfaccia Java I t e r a t o r 15.1.9 Gestione delle eccezioni con le liste concatenate 15.2 Varianti delle liste concatenate 15.2.1 Liste concatenate doppie 15.2.2 Pile

676 676 679 685 685

686 687 697 697 697 702 702

704

Indice

15.3 15.4 15.5 15.6 15.7 15.8

15.2.3 Code 711 Tabelle di hash 714 15.3.1 Una funzione di hash per le stringhe 715 15.3.2 Efficienza delle tabelle di 718 Insiemi 719 15.4.1 Operazioni di base sugli insiemi 722 15.4.2 Efficienza degli insiemi realizzati mediante liste concatenate 724 Alberi 725 15.5.1 Proprietà degli alberi 725 15.5.2 Efficienza degli alberi di ricerca binaria 731 Riepilogo 732 Esercizi 733 Progetti 735

Capitolo 16 16.1

16.2 16.3

16.4 16.5 16.6

17.2

17.3

Collezioni, mappe e iteratoti

Le collezioni 16.1.1 Wildcard 16.1.2 La libreria delle collezioni (Collection Framework) 16.1.3 Classi concrete di tipo collezione 16.1.4 Differenze tra ArrayList<T> e Vector<T> 16.1.5 Versione non parametrica della libreria delle collezioni Mappe 16.2.1 Classi mappa concrete Iteratori 16.3.1 Il concetto di iteratore 16.3.2 L’interfaccia Iterator<T> 16.3.3 Iteratori di lista Riepilogo Esercizi Progetti

Capitolo 17 17.1

X III

741 742 743 749 757 758 759 761

764 764 765 768 772 773 773

Interfacce utente grafiche

Introduzione 778 17.1.1 Interfacce utente grafiche 778 17.1.2 Programmazione a eventi 778 Caratteristiche di base della libreria Swing 780 17.2.1 Ulteriori dettagli sui w in d ow listener 786 17.2.2 Unità di misura per le dimensioni degli oggetti sullo schermo 786 17.2.3 Ulteriori dettagli sul metodo setvisible 788 17.2.4 Alcuni metodi della classe JFrame 797 17.2.5 Gestori di layout 797 Pulsanti e a ction listen er 803 17.3.1 Pulsanti 805 17.3.2 A ction listen er ed eventi di tipo azione 807

X iV

)nriic£_

17.3.3 II pattern M odel-View-Controller Approfondimenti su finestre ed eventi 17.4 17.4.1 L’interfaccia WindowLis tener 17.4.2 Programmare il pulsante di chiusura 17.5 Classi contenitore 17.5.1 La classe JPanel 17.5.2 La classe Container 17.6 I/O di testo nelle interfacce utente grafiche 17.6.1 Aree e campi di testo 17.6.2 Input e output di numeri 17.6.3 Gestire una NumberFormatException Riepilogo 17.7 17.8 Esercizi 17.9 Progetti

Appendici Appendice 1 Come ottenere una copia di Java Appendice 2 Javadoc Appendice 3 Il set di caratteri U nicode Appendice 4 Keyword (parole chiave)

Indice analitico

811 813 813 817 822 822 826 832 833 841 846 854 835 857

861 863 867 869 871

Prefazione aiPedizione italiana_________ L obiettivo del testo P rogram m azione d i base e avanzata con Ja va è di introdurre gli stu­ denti alla programmazione e al p roh lem utilizzando Java come strumento programmativo. Il testo propone un percorso formativo che include sia i contenuti di un corso di programmazione di base sia un insieme di approfondimenti che supportano lo svol­ gimento di progetti software complessi. Tale percorso è ottenuto aggiungendo ai dodici capitoli del testo P rogram m azione con Ja va cinque nuovi capitoli che approfondiscono alcune rilevanti tematiche quali la gestione delle eccezioni, la lettura e la scrittura su file, le strutture dati dinamiche, le collezioni e la realizzazione di interfacce utente grafiche.

Questo testo è il risultato della mia diretta esperienza personale nell’insegnamento della programmazione. Quando mi è stato assegnato per la prima volta un insegnamen­ to di programmazione rivolto a studenti universitari del primo anno mi sono posta il problema di quale testo adottare. L’obiettivo deirinsegnamento era chiaro: gli studenti dovevano imparare a programmare utilizzando sia il paradigma della programmazione strutturata sia quello della programmazione orientata agli oggetti perché tali paradigmi programmativi sarebbero stati, con tutta probabilità, quelli che avrebbero incontrato più di frequente nel corso dei propri studi e, successivamente, in ambito lavorativo. Lo speci­ fico linguaggio di programmazione adottato doveva essere solo il mezzo attraverso cui gli studenti avrebbero messo in pratica le nozioni acquisite. Il linguaggio doveva essere unico e semplice, perché lo scopo era appunto insegnare le basi della programmazione, ma i concetti appresi dovevano essere facilmente trasferibili agli altri linguaggi di programma­ zione. La scelta è ricaduta su Java: un lingus^gio di programmazione semplice e idoneo a essere utilizzato per programmare sia secondo il paradigma strutturato, sia secondo quello a oggetti. Cercando in rete e consultando quanto gentilmente inviato dalle case editrici ho riscontrato un problema piuttosto diffuso: quasi tutti i testi si concentravano sul linguag­ gio Java e dedicavano minore attenzione alle tecniche di programmazione. Molti di essi, inoltre, introducevano contemporaneamente le basi della programmazione strutturata e il concetto di classe mischiando, a mio avviso, due paradigmi di programmazione.

Quando Pearson mi inviò il testo Ja va: An Introduction to C om puter S cience a n d P rogram m ing di Walter Savitch non ho avuto esitazione ad adottarlo in accordo con i miei colleghi. Era un testo strutturato secondo la nostra impostazione del corso di program­ mazione. Col tempo, però, ci siamo resi conto che in un corso erogato al primo anno di studi il libro di testo in inglese costituiva per gli studenti una grossa difficoltà per la com­ prensione degli argomenti. Da qui l’idea di tradurre il volume in italiano.

Il testo scritto da Walter Savitch si caratterizza per alcune peculiarità che lo contrad­ distinguono dagli altri. La principale è l’obiettivo che il testo si pone: insegnare le tecniche di programmazione, non semplicemente il linguaggio di programmazione Java. Il testo spazia dalle tecniche per la risoluzione di problemi di programmazione al debugging^ dalle regole di buon codingT^Xz. progettazione a oggetti (includendo cenni di UML) mostrando come utilizzare Java quale linguaggio di programmazione per la loro attuazione. La trat­ tazione è corredata da una vasta gamma di esempi completi e chiaramente documentati, evitando l’errore di sfruttare frammenti di codice decontestualizzati. Gli esempi proposti

XVI

Prefazione aH'edizione italiana

sono particolarmente utili alla comprensione dei concetti base perché, grazie alla loro immediatezza e semplicità, permettono allo studente di concentrarsi suirargomento di­ scusso e non sulla comprensione deiresempio. Il testo propone anche esercizi di program­ mazione e casi di studio che aiutano lo studente nelFapprofondimento della compren­ sione del problema. L’ordine di presentazione degli argomenti, infine, è molto naturale: viene affrontata prima la programmazione strutturata e successivamente quella a oggetti.

Questo è fondamentale, poiché partire dalla programmazione a oggetti può limitare la comprensione della programmazione strutturata come paradigma programmativo indipendente. Pur facendo riferimento a un linguaggio orientato agli oggetti, il testo riesce elegantemente a trattare le tecniche di programmazione strutturata anticipando in modo semplice quei concetti relativi a classi e oggetti necessari alla comprensione degli esempi pratici, senza però complicare la trattazione. Successivamente viene affrontata la program­ mazione a oggetti per intero, cioè dai concetti fondamentali alPutilizzo dei generici.

La versione italiana non è solo il risultato di una traduzione della sesta edizione di Java an Introduction to Prohlem S olvin g & P rogram m ingy ma è il risultato di un impor­ tante processo di revisione il cui obiettivo è stato quello di separare in maniera più netta la parte inerente la programmazione strutturata da quella a oggetti. In questo modo il testo può essere adottato sia in un corso introduttivo alla programmazione strutturata, sia in un corso dedicato alla programmazione a oggetti, e sia in un corso che affronti sia la programmazione strutturata che quella a oggetti. Infine, i cinque nuovi capitoli costi­ tuiscono un ottima base per iniziare ad affrontare problematiche applicative che possono comprendere, ad esempio, Tinterfacciamento con i file, la realizzazione di interfacce uten­ te e Tutilizzo di collezioni. Questo fa sì che il testo possa essere adottato in diversi corsi a seconda degli specifici obiettivi formativi e che lo studente possa avere un unico testo di riferimento.

Il raggiungimento di questo obiettivo ha com portato diversi cambiamenti rispetto al testo originale inglese. In particolare, è stato introdotto un nuovo capitolo interamente dedicato ai metodi nella parte iniziale del testo, in modo tale che la programmazione strutturata possa essere appresa e utilizzata anche in contesti non necessariamente legati alla programmazione a oggetti. Loriginale Capitolo 7 dedicato agli array è stato suddiviso in due capitoli in modo da trattare separatamente array di tipi prim itivi e array di riferi­ menti. È stato inserito il capitolo dedicato alla ricorsione che chiude la parte riguardante la programmazione strutturata. I capitoli relativi alla definizione delle classi e degli oggetti sono stati rivisitati in modo da presentare i metodi dal punto di vista del paradigma ad oggetti. Il Capitolo 9 include una sezione che approfondisce la modellazione delle asso­ ciazioni fra classi con UML e la corrispondente im plem entazione in Java. Ereditarietà e polimorfismo sono trattati in due capitoli che, utilizzando anche contenuti estratti e opportunamente riadattati dal testo A hsolute J a v a sem pre di W alter Savitch, trattano con maggiore profondità ciascuno dei due argom enti. È stato incluso un capitolo che illustra in maniera dettagliata come realizzare strutture dati dinam iche ed è il risultato di un’op­ portuna rivisitazione e adattamento di due capitoli, uno dei quali tratto dal le s t o Ahsolute Ja va, Sono stati quindi introdotti capitoli più specifici indirizzati a un corso successivo sulla programmazione che riguardano l’I/O su file e la creazione di interfacce utente gra­ fiche. Infine, il capitolo sulle collezioni, tratto da A hsolute J a v a e adattato rispetto alla filo­ sofia del testo originale, illustra alcuni tipi di collezioni e le proprietà che le caratterizzano.

Prefazione alTedizione italiana

X V II

Organizzazione Il testo è organizzato in tre parti principali. I Capitoli da 1 a 7 illustrano la programma­ zione strutturata. I Capitoli da 8 a 12 sono dedicati alla programmazione orientata 2iglì oggetti e alcune sue applicazioni. I Capitoli da 13 a 17 affrontano alcuni concetti avanzati relativi alla programmazione.

Il Capitolo 1 fornisce una panoramica sintetica sui componenti hardware e software degli elaboratori e sulle tecniche base di progettazione del software, con particolare enfasi verso la programmazione a oggetti.

Il Capitolo 2 introduce le prime nozioni di programmazione che permettono di sviluppare semplici programmi. In particolare sono descritte le variabili, i tipi primitivi e Tinput e l’output in Java.

I Capitoli 3 e 4 introducono il flusso di controllo. In particolare il Capitolo 3 illustra le strutture decisionali e le espressioni booleane, mentre il Capitolo 4 illustra i cicli e le tecniche per progettare i cicli.

II Capitolo 5 introduce i metodi enfatizzando il loro ruolo nella programmazione strutturata.

Il Capitolo 6 presenta gli array di tipi primitivi e illustra alcuni algoritmi notevoli di ordinamento.

Il Capitolo 7 descrive il concetto di ricorsione e illustra il suo utilizzo. Gli esempi sono numerosi e riguardano anche algoritmi notevoli di ordinamento.

I Capitoli 8 e 9 illustrano la programmazione a oggetti, introducendo le classi, gli oggetti, i metodi di istanza e statici e le variabili di istanza e di classe. In particolare, il Ca­ pitolo 9 discute approfonditamente \ inform ation hidin g, ponendo enfasi sulle situazioni in cui può verificarsi una privacy lack e fornendo suggerimenti su come evitarla. Infine, il Capitolo 9 tratta array di tipi riferimento.

I Capitoli 10 e 11 illustrano l’ereditarietà e concetti avanzati ad essa legati. In par­ ticolare, il Capitolo 10 presenta le basi dell’ereditarietà, mentre il Capitolo 11 illustra il polimorfismo, le classi astratte e le interfacce.

II Capitolo 12 presenta l’ArrayList come esempio di struttura dati dinamica e conclude presentando i generici in Java.

Il Capitolo 13 illustra la gestione delle eccezioni.

Il Capitolo 14 introduce TI/O sia sui file di testo e sia su quelli binari.

Il Capitolo 15 presenta alcune strutture dati dinamiche. In particolare il capitolo tratta le liste concatenate, gli insiemi, le tabelle di hash e gli alberi. Il Capitolo 16 fornisce una panoramica delle collezioni già presenti nelle librerie standard di Java.

Infine, il Capitolo 17 introduce la programmazione ad eventi e la realizzazione di alcune semplici interfacce utente grafiche.

Ogni capitolo è corredato da esempi completi e casi di studio, che comprendono la descrizione del problema e la costruzione guidata di una soluzione. Ciascun capitolo si conclude con diversi esercizi e proposte di progetto che gli studenti sono invitati a svolgere.

D aniela M icu cci D ipartim en to d i In form atica, Sistem istica e C om unicazione U niversità d egli Studi d i M ilano —B icocca

XVIII

Prefiìzione all'edizione italiana

Pearson Learning Solution Il volum e è corredato da un co d ice di registrazione che consente laccesso per diciotto mesi alla piattaforma e-Learning MyLab. Q uesta nuova piattaforma integra Fattività di studio con un sistema di tutoring, esercitazioni e strumenti per FautovaJutazione. In particolare sono disponibili materiali di supporto e approfondimento tra cui domande di autoverifica (in italiano), vid eo-n ote e co d ice so rgen te di alcuni programmi.

Le vid eo-n ote e il co d ic e so rg en te so n o segn a la ti nel libro dalla seguente icona: MyLab

0

Prefazione per gli studenti !^ucsto testo è stato progettato per l’insegnamento del linguaggio di programmazione [ava e, cosa ancora più importante, delle tecniche di programmazione di base. Non ri:hiede esperienza di programmazione né particolari conoscenze di matematica, se non ilcuni concetti elementari di algebra. Per trarre dal testo il massimo beneficio, sarebbe opportuno avere installato Java sul proprio computer per poter dare pratica attuazione alle tecniche illustrate.

L’Appendice 1 fornisce dei link a siti web per scaricare i compilatori e gli ambienti di programmazione Java. Per i principianti si consiglia inizialmente il JDK Oracle, per il compilatore e i relativi software, e TextPad come semplice editor per il codice. Quando si scarica il JDK, ci si assicuri di ottenere l’ultima versione disponibile.

Se non si ha esperienza di programmazione_____ Non occorre esperienza di programmazione per utilizzare questo testo. Se si sono avute esperienze con altri linguaggi di programmazione, non bisogna presupporre che Java sia analogo ai linguaggi sperimentati. I linguaggi sono diversi fra loro e le differenze, anche se piccole, possono creare problemi. Si sfoglino almeno i primi sei capitoli del testo e si leggano i box di riepilogo.

Qualora in precedenza si sia programmato in C o in C++, il passaggio a Java può sembrare semplice e privo di complicazioni. Anche se a prima vista può sembrare molto simile al C o al C++, in realtà Java è molto diverso da questi linguaggi ed è necessario essere consapevoli delle differenze.

Supporto alPapprendimento Ogni capitolo contiene molte caratteristiche che aiutano nella comprensione del mate­ riale presentato: ♦ la panoramica di apertura comprende un breve sommario dei contenuti, gli obietti­ vi, i prerequisiti e una descrizione sugli argomenti trattati dal capitolo; ♦ i box di riepilogo riassumono sinteticamente gli aspetti principali della sintassi Java e altri importanti concetti; ♦ le FAQ, o “domande frequenti”, rispondono alle domande che già altri studenti hanno posto; ♦ i box che evidenziano le idee importanti che bisognerebbe tenere a mente sempre; ♦ i box che suggeriscono modi per migliorare le competenze di programmazione; ♦ i box che identificano alcuni potenziali errori che si possono commettere durante la programmazione; ♦ il riepilogo a fine capitolo sintetizza i concetti importanti.

XX

Prefazione per gii studenti

Questo testo è anche un manuale di riferimento Oltre che assolvere alla funzione di libro di testo del corso, questo volume può essere utilizzato come manuale di riferimento. Quando si ha la necessità di verificare un con­ cetto che si è dimenticato o di cui si è sentito parlare ma ancora non si è studiato, basta ricercarlo nelfindice. Molte voci delfindice analitico riportano Findicazione della pagina in cui si trova un box di riepilogo. Si vada a quella pagina e si troverà una breve sintesi che fornisce i punti salienti sulFargomento. La stessa procedura si applica per verificare sia i dettagli del linguaggio Java sia quelli delle tecniche di programmazione. In ogni capitolo le sezioni di riepilogo forniscono una sintesi veloce dei principali punti trattati.

Ringraziamenti Ringraziamo le numerose persone che hanno reso possibile la sesta edizione di questo testo, nonché le persone che hanno contribuito alle prime cinque edizioni. Iniziamo col ringra­ ziare le persone coinvolte nello sviluppo di questa nuova edizione. I commenti e i suggeri­ menti dei seguenti revisori sono stati di inestimabile valore e ampiamente apprezzati.

Asa Ben-Hur - Colorado State University Joan Boone - University ofN orth Carolina a t C hapel H ill Dennis Brylow - Tempie University Billie Goldstein - Tempie University Hellen H. Hu - Westminster College Tammy VanDeGrift - University o f Portland Molti altri revisori hanno letto le prime bozze delle edizioni precedenti del libro. Questa nuova edizione continua a beneficiare dei loro consigli. Grazie ancora una volta a: Gerald Baumgartner —Louisiana State University Jim Buffenbarger —Idaho State University Robert P. Burton —Brigham Young University Mary Eiaine Califf —Illinois State University Steve Cater - K ettering University Martin Chelten —Moorpark C ommunity College Ashraful A. Chowdhury —Geor^a Perim eter College Ping-Chu Chu —Fayetteville State University Michael Clancy —University o f CaliforniUy Berkeley Tom Cortina ~ State University ofN ew York at Stony Brook Prasun Dewan - University ofN orth Carolina Laird Dornan - Stm Microsystems, Ine. H. E. Dunsmore - Purdue University, Lafayette Adel Elmaghraby ~ University ofL ouisville Ed Gellenbeck - Central Washington University Adrian German - Indiana University

Prefazione per gli studenti

Gobi Gopinarh - Sujfolk C ounty C om m unity College Le Grucnwald - U niversity o f Oklahoma Gopal Gupra -< University ofTexasy Dallas Ricci Heishman ~ Nortb Virpnia C om m unity College Robert Herrmann - Sun Microsystems, Inc., Java Soft Chris Hoffmann - U niversity o f Massachusetts, Amherst Robert Holloway - University o f Wisconsin, M adison Charles Hoot - Oklahoma City University Lily Hou - C arnegie M ellon University Richard A. Johnson - Missouri State University Rob Kelly - State University ofN ew York at Stony Brook Michele Kleckner - Elon College Stan Kwasny - Washington University Anthony Larrain - D epaul University Mike Litman - Western Illinois University Y. Annie Liu - State University ofN ew York at Stony Brook Michael Long —California State University Blayne Mayfìeld —Oklahoma State University Drew McDermott - Yale University Gerald H. Meyer —LaGuardia Community College John Morii —California State University, Northridge Michael Olan - Stockton State Richard Ord —University o f California, San Diego James Roberts - Carnegie M ellon University Alan Saleski - Loyola University Chicago Dolly Samson - H awaii Pacific University Nan C. Schaller —Rochester Institute o f Technology Arijit Sengupta - Raj Sion College o f Business, Wright State University Ryan Shoemaker - Sun Microsystems, Ine. Liuba Shrira —Brandeis University Ken Slonneger - University o f low a Donald E. Smith —Rutgers University Peter Spoerri —Fairfield University Howard Strambing —Boston College Navabi Tadayon —Arizona State University Boyd Trolinger - Butte College Tom Van Drunen - Wheaton College Subramanian Vijayarangam - University o f Massachusetts, Lowell Stephen RWeiss —University ofN orth Carolina, Chapel Hill Richard Whitehouse —Arizona State University Michael Young - University o f Oregon Infine, ma non per questo ultimo, ringraziamo i numerosi studenti della University of California San Diego (UCSD) che ci hanno aiutato a correggere le versioni preliminari di questo testo cosi come lo sono stati i docenti che hanno utilizzato in aula queste versioni

XXI

X X II

Prefazione |)er gli studenti

preliminari. In particolare, rivolgiamo uno speciale ringraziamento a Carole McNamcc della California State University, Sacramento e a Paul Kube della UCSD. I commenti di questi studenti, i feedback dettagliati e la verifica in aula delle precedenti versioni di questo testo sono stati di inestimabile aiuto nella definizione di questo testo.

W.S., K.M.

Guida alla lettura R ie p ilo g o

Sintetizza concetti importanti e la sintassi Java.

La sintassi deiristmzione f o r Sintassi for {inÌ2Ùalizzazione)

espressione_booieana', ag^ornamento)

corpo Il corpo del ciclo può essere un istruzione singola oppure, come accade più spesso, un’istruzione composta che consiste di un elenco di istruzioni racchiuse tra parentesi graffe {}. Si noti che i tre elementi tra le parentesi tonde sono separati da due punti e virgola, non tre.

E se m p io

for (prossimo = 0; prossimo <= 10; prossimo = prossimo + 2) { somma = somma + prossimo; System,out.println("La somma ora corrisponde a * + somma);

}

D a ricordare

Evidenzia alcuni concetti importanti che dovrebbero essere ricordati.

Differenze tra tipi primitivi e tipi classe

Un metodo non può modificare il valore di un argomento di tipo primitivo che gli viene passato. Inoltre, un metodo non può sostituire un oggetto che riceve come ar­ gomento con un altro oggetto. D’altro canto, un metodo può modificare i valori delle variabili di istanza di un argomento di tipo classe.

T IP

Fornisce utili suggerimenti sulla programmazione.

Le variabili di istanza dovrebbero essere p r i v a t e

Tutte le variabili di istanza di una classe dovrebbero essere dichiarate come p riv a te .

In questo modo si costringe un programmatore che debba usare la classe ad accedere alla variabile di istanza solo attraverso i metodi della classe. Questo permette alla classe di controllare tutte le attività di lettura e scrittura dei valori delle variabili di istanza.

L’esempio che segue mostra perché è importante rendere private le variabili di istanza.

X X IV

Guida alla lettura

PITFALL Evidenzia possibili errori che dovrebbero essere evitati.

Usare Toperatore * invece di - » per verificare l'uguaglianza

h-\ Il simbolo « è l’operatore di assegnamento. Sebbene questo simbolo abbia il signifi­ cato di uguale in matematica, non presenta lo stesso significato in ]ava. Se si scrive i f (X « y ) invece di i£ ( x *= y ) per verificare se x e y sono uguali, il compilatore restituisce un messaggio di errore di sintassi.

FAQ

Fornisce risposte a tipiche domande.

FAQ

Perché i numeri in virgola mobile sono chiamati così?

I numeri in virgola mobile sono chiamati in questo m odo perché l'utilizzo della no­ tazione e permette di far "fluttuare" (dall'inglese floating) la virgola in una nuova po­ sizione spostando l'esponente. Per esempio, si può spostare la virgola in 0.000483 dopo il 4 esprimendo questo num ero com e 4 ,8 3 e -4 .

Listato

Mostra programmi completi con esempi di output. ! LISTATO 8.13

Programma di dimostrazione della classe O ra c o lo .

public class OracoloDeoo { public static void main(Stringn args) { Oracolo delphi » new Oracolo(); delphi.parla();

}

}

E sem pio d i o u tp u t

Sono l'oracolo. Rispondere' a qualsiasi domanda che digiterai su una riga.

Qual e' la tua domanda?

Che ore sono?

Rinn, ho bisogno di aiuto su questo.

Scrivimi una riga di aiuto.

Guardami e dovresti trovar risposta Grazie. Mi ha aiutato molto Hai posto la domanda: Che ore sono?

Ora ecco la mia risposta: La risposta e' nel tuo cuore.

Vuoi pormi un'altra domanda? si Qual e' la tua domanda?

Qual e' il senso della vita?

Hm, ho bisogno di aiuto su questo.

Scrivimi una riga di aiuto.

Chiedi al rivenditore d'auto

G u id a alla lettura

□

XXV

Caso di studio Dato un problema, identifica e descrive Falgoritmo risolutivo e la relativa codifi ca in Java.

□

CASO DI STUDIO FORMATTAZIONE DELL'OUTPUT

; Quando si usa una variabile di tipo d ou b lé per memorizs^rc, per esempio, una certa ■somma di denaro, ci si aspetta che il programma visualizzi Timporto in un formato appropriato. Tuttavia, è probabile che si onenga un output simile al seguente:

I

i

II costo, IVA inclusa, e' di E19.98123576432

!

! Ovviamente si preferirebbe avere un output come il seguente; I

II costo, IVA inclusa, e' di E19.98

I Sebbene come separatore dei centesimi si usi la virgola, per rappresentare somme di ! denaro viene di seguito utilizzato il punto poiché si fa uso di numeri in virgola mobile, i Si ricorda che i numeri in virgola mobile utilizzano come separatore per le cifre decimali il punto (.) e non la vìrgola.

In questo caso di studio si definisce la classe FormattaEuro contenente i due metodi statici scrivi e scriviRiga che possono essere utilizzati per produrre questo tipo di output ben formattato. Per esempio, se la somma di denaro è memorizzata nella variabile doublé somma, potremmo scrivere il seguente codice per ottenere Toutput desiderato: System.out.print("Il costo, IVA inclusa, FonnattaEuro,scriviRiga (somnva);

di -);

Si noti che imetodi scrivi e scriviRiga devono indicare che il denaro è espresso in Euro e devono sempre mostrare esattamente due cifre dopo la virgola. Q uindi, questi metodi devono mostrare E 2.10 e non E2.1.

Esempio di programmazione Fornisce la soluzione di uno specifico problema in term ini di programma Java.

ESEMPIO DI PROGRAMMAZIONE SPESE FO LLI I Si immagini che Paola abbia vinto un buono omaggio da 10 0 Euro a una gara. Il buono I deve essere speso in un certo negozio, ma non si possono comprare più di tre prodotti. [ Il computer del negozio tiene traccia di quanto rimane da spendere c del numero di j prodotti acquistati. Ogni volta che Paola sceglie un prodotto, il computer dice se può I essere acquistato. Sebbene in questo esempio si considerino cifre piccole, si vuole scrivcj re un programma in cui sìa il numero di Euro a disposizione, sia il numero di prodotti j acquistabili possano essere modificati facilmente. j Chiaramente questo è un processo ripetitivo: Paola continua ad acquistare finché j ha a disposizione ancora soldi c finché ha acquistato meno di tre prodotti, ^espressione

Capitolo 1

In tr o d u z io n e ai com puter e a Java

OBIETTIVI w

w

♦ Fornire una panoramica sintetica delle caratteristiche hardware e software dei computer. ♦ Fornire una panoramica del linguaggio di programmazione Java. ♦ Descrivere le tecniche base di progettazione del software, con particolare enfasi verso la programmazione a oggetti.

Q uesto capitolo presenta una breve panoram ica sulPhardware e sul softw are dei com pu­ ter. La m aggior parte degli argom enti trattati è relativa alla program m azione in qualsiasi linguaggio, non solo alla program m azione in Java. La parte relativa al softw are include la descrizione di una m etod ologia per la progettazione di program m i nota com e program ­ m azione a oggetti {object-orientedprogram m iti^. Il capitolo introduce, infine, il linguag­ gio di p rog ram m azion e Java e discute la stru ttu ra di un sem plice program m a.

Prerequisitì In questo primo capitolo non si presuppone alcuna esperienza di programmazione, ma si prevede la possibilità di accedere a un computer. Per poter apprendere meglio quanto descritto in questo capitolo e nel resto del testo, si dovrebbe avere a disposizione un com­ puter con il linguaggio Java installato, in modo da poter mettere in pratica quello che si sta apprendendo. L’Appendice 1 descrive come ottenere una copia gratuita del linguaggio Java, insieme a degli utili editor.

1.1

Concetti di base sui computer________________

Un com puter è un insieme di componenti hardware e software. Il termine hardware indica la macchina fisica. Un insieme di istruzioni che un computer deve eseguire è detto programma. II termine softw are indica genericamente tutti i possibili tipi di programmf utilizzati per fornire istruzioni a un computer. In questo testo verrà trattato il sofnvattù ma, per comprenderlo ai meglio, è utile conoscere alcuni aspetti base dell’hardwarc.

Capitolo 1 • Introduzione ai computer e a lava

1.1.1

Hardware e memoria

U maggior parte dei computer disponibili oggigiorno c costituita dagli stessi componenti di base, solitamente configurati allo stesso modo. Tutti i computer possiedono dispositivi di ingresso {input device)^ come una tastiera c un mouse, dispositivi di usciu tput devicé)^ come un monitor e una stampante, e altri componenti, solitamente ospiuti airinterno di un box (cabinet o case), che si occupano di archiviare i dati ed effettuare le computazioni.

La CPU (CentralProcessing Unit, unità centrale di elaborazione), più semplicemente chiamata processore, è il dispositivo interno che esegue le istruzioni di un programma.

Il processore è in grado di eseguire solo istruzioni molto semplici, come spostare numeri o altri dati presenti in memoria e compiere alcune operazioni aritmetiche di base, come somme c sottrazioni.

La memoria di un computer conserva i dati che il computer deve elaborare e i ri­ sultati dei calcoli intermedi effettuati. Esistono fondamentalmente due tipi di memoria: la memoria principale e la memoria ausiliaria. La memoria p rincipale conserva il pro­ gramma che attualmente è in esecuzione e gran parte dei dati che il programma stesso su utilizzando. Le informazioni immagazzinate nella memoria principale sono volatili, cioè sono cancellate quando il computer viene spento. Al contrario, i dati contenuti nella me­ moria ausiliaria, detta anche memoria secondaria, persistono anche a computer spento.

Tutti i vari tipi di dischi, come gli hard disk, le flash drive, i CD (C om p a ct D isc) e i DVD (D istai Versatile Disc), sono memorie ausiliarie.

Per esempio, in un PC (Personal Computer) avente 1 gigabyte di RAM e 200 gigabne di hard disk, la RAM (Random Access M em ory, memoria ad accesso casuale) è la memoria principale, mentre l’hard disk è la principale forma di memoria ausiliaria, anche se non Tunica. Un b)T:c è una quantità di memoria: un gigabyte di RAM è costituito ap­ prossimativamente da un miliardo di byte di memoria.

La memoria principale del computer è costituita da un lungo elenco di byte nume­ rati, ognuno con un proprio indirizzo. Un byte è la più piccola unità di m em oria indirizzabiie. Un singolo dato, per esempio un numero o un carattere della tastiera, può essere memorizzato in uno di questi bvte. Per recuperare successivamente tale dato, il computer utilizza Tindirizzo del b)Te in cui era stato memorizzato.

Per convenzione, un bne contiene orto cifre (dipi), ciascuna delle quali può assu­ mere il valore 0 oppure il valore 1. Ciascuna di queste cifre è detta c ifra b in a ria (binary ; digit) 0, jMÙcomunemente, b it Un byte contiene quindi otto bit di m em oria. Sia la mcI moria principale, sia la memoria secondaria sono misurate in byte.

Dati di vario tipo, come numeri, lettere e stringhe di caratteri, sono codificati come serie di valori 0 e I c immagazzinati nella memoria del computer. Un byte è sufficiente­ mente grande per contenere un singolo carattere della tastiera. Questo è uno dei motivi per cui la memoria del computer è suddivisa in byte di otto bit. Tuttavia, per memorizzare una stringa di caratteri oppure un numero di valore elevato, è necessario im piegare più di un singolo byte. Quando il computer ha necessità di memorizzare un dato che non può essere contenuto in un singolo byte, utilizza più byte adiacenti. Q uesti byte vengono quindi considerati come un’unica, e più grande, area di m em oria, dove Tindirizzo del primo byte viene utilizzato come indirizzo dell’intera area di memoria. La Figura l 1 mo­ stra come una tipica memoria principale possa essere suddivisa in arce di memoria. Gli mdirm di queste aree non sono fissati dalJ’hardware, ma dipendono dal oroffram m à sta utilizzando la memoria, °

f

1. \

Concetti dt base sui computer

3

fì\te

Indirizzi dei b\t€

3021

11110000

3022

11001100

3023

10101010

3024

11001110

3 02 5

00110001

3026

11100001

3027

01100011

3028

10100010

3029

01111111

3030

10000001

3031

10111100

Area di memoria di due byte all'indirizzo 3021 Area di memoria di un byte aWindirizzo 3023 Area di memoria di tre byte all'indirizzo 3024

Area di memoria di due byte all'indirizzo 3027

Figura 1.1 La memoria principale.

Come precedentemente detto, la memoria principale contiene il programma che è attual­ mente in esecuzione c gran parte dei dati che sta utilizzando. La memoria ausiliaria viene usata per conservare i dati in modo più o meno permanente. Anche la memoria ausiliaria è suddivisa in byte, ma questi sono raggruppati in unità più grandi, dette file. Un file può contenere pressoché qualsiasi tipo di dato, per esempio un programma, un testo, un elen­ co di numeri o una figura, ciascuno in forma codificata. Per esempio, quando si scrive un programma Java, lo si salva in un file, che tipicamente risiede neU’hard disk del computer.

Quando il programma verrà usato, per esempio per modificarlo, il contenuto del file verrà copiato dalla memoria ausiliaria alla memoria principale.

Ciascun file ha un nome e gruppi di file possono essere organizzati in directory o cartelle (folder). I termini cartella e directory sono sinonimi: alcuni sistemi informatici utilizzano il primo nome, altri il secondo.

FAQ

Perché solo 0 e 1 ?

I computer utilizzano i valori 0 e 1 perché è semplice costruire un dispositivo elettro­ nico che ha solo due stati stabili. Tuttavia, mentre si sta programmando, normalmente non ci si deve concentrare sul fatto che i dati siano codificati come sequenze di 0 e 1. Infatti, è possibile programmare come se il computer immagazzinasse nella me­ moria direttamente numeri, lettere o stringhe di caratteri.

Non c'è alcun motivo particolare per cui gli stati siano stati chiamati 0 e 1; si sarebbe­ ro potuti chiamare con altri nomi, come A e B, oppure vero e falso. L'aspetto impor­ tante è che il dispositivo fisico sottostante abbia due stati stabili, come on e off oppure alta e bassa tensione elettrica. Chiamare questi due stati 0 e 1 è semplicemente una convenzione, ma è quella che viene quasi universalmente adottata.

\__ _ Byte e aree dì memoria l-a memoria principale di un computer c suddivisa in unità numerate chiamate byte, il numero associato a un byte c chiamato indirizzo del byte. Ciascun byte può conte­ nere orto cifre binarie, dette anche bit, ciascuna delle quali può assumere il valore 0 oppure il valore 1. Per memorizzare un dato troppo grande per essere contenuto in un solo b\tc, il computer utilizza più byte adiacenti. Questi byte sono considerati come un’unica arca di memoria più grande, il cui indirizzo è Tindirizzo del primo dei byte adiacenti.

1,1.2

Programmi

Quando si usa un computer, si utilizzano i suoi programmi. G li editor di testo, per esem­ pio, sono programmi. Come precedentemente detto, un programma è semplicemente un insieme di istruzioni che un computer deve eseguire. Quando si fornisce a un computer un programma e alcuni dati c sì indica ai computer di eseguire le istruzioni dei program­ ma, si sra eseguendo {running) il programma sui dati.

La Figura 1.2 rappresenta in due modi difFercnti Tcsecuzione di un programma. Per considerare il primo modo, occorre ignorare il riquadro tratteggiato. C iò che rimane è quello che accade quando si esegue un programma. In quest’ottica, il com puter ha due dpi di input. Il primo è il programma stesso, che contiene le istruzioni che il computer do\Tà eseguire. I! secondo input sono i dati per il programma, cioè le informazioni che il programma dom elaborare. Per esempio, nel caso di un programma di correzione ortografica, i dati saranno il testo da controllare. Per come sono concepiti i computer, sia i dati sia il programma stesso sono input. L’output, cioè quello che viene prodotto, è costituito dai risultati prodotti dal computer in seguito all’esecuzione delle istruzioni del programma sui dati fomiti in input. Se il programma deve controllare l’ortografia di un testo, foutput potrebbe essere un elenco di parole che contengono errori ortografici.

Questo primo modo di rappresentare l’esecuzione di un program ma raffigura quello che accade, ma non costituisce il modo in cui ci si immagina Tesecuzione di un program­ ma. Un altro modo di rappresentare resecuzione di un programma considera i dati come runico input del programma. Secondo quest ottica, il computer e il program m a sono considerati come una sola unità. Il riquadro tratteggiato della Figura 1.2 circonda l’unità composta dal programma e dal computer. In quest’ottica, i dati sono considerati l’input del programma, mentre i risultati iJ suo output. Sebbene sia chiaro che il com puter è ne­ cessario, esso viene ^Tsto come qualcosa che assiste il programma. Le persone che scrivono programmi, cioè 1 programmatori, quando progettano un program ma, ritengono più utile il secondo modo di rappresentare Tcsecuzione.

Il computer possiede molti più programmi di quanto si possa immaginare. La mag­ gior pane di quello che si considera essere “il computer” è in realtà un program m a, cioè un software, non un componente hardware. Ogni volta che si accende un com puter, si sta già eseguendo un programma. Questo programma è il sistema o p e ra tivo , una specie di programma supervisore che controlk il funzionamento del com puter nella sua interezza.

Se ù voeU «eguirc un programma, si indica al sistema operativo che cosa si intende fare.

Di conseguenza, à sistema operativo recupera il programma c lo avvia. Il program ma che si esccue può encre un ^ ito r di testo, un browier per navigare nel W eb o qualche prò-

Figura 1.2 Esecuzione di un programma.

gramma scritto nel linguaggio Java. È possibile richiedere al sistema operativo resccuzionc di un programma ucilizz;mdo il mouse e facendo click su un icona oppure selezionando un elemento dì un menu oppure, ancora, digitando un com ando. A lcuni sistemi operativi comuni sono M icrosoft W indow s, Apple (M acintosh) M ac O S, Linux e U N IX .

FAQ

Che cos'è il software?

La parola softvv^are significa semplicemente programma. U n 'azien da di software è quindi un'azienda che produce programmi, mentre il software del com puter è sem ­ plicemente la collezione dei programmi presenti sul computer.

1.1.3

Linguaggi di program m azione^ c o m p ila to ri e interpreti

La maggior parte dei linguaggi di program m azione m oderni è stata progettata per essere fàcile da utilizzare e com prendere; per questo m otivo, tali linguaggi vengono definiti lin ­ guaggi di alto livello . Java è un linguaggio di alto livello, cosi com e la m aggior parte dei linguaggi di program mazione più diffusi, com e V isual Basic, C++, C#, P yth on o Ruby.

Ma, sfortunatam ente, Thardware dei com puter non è in grado di com prendere d irettamente i linguaggi di alto livello. Prim a che un program m a scritto in u n linguaggio di alto livello possa essere eseguito da un com puter, questo deve essere trad o tto in un altro linguaggio, com prensibile per il com puter.

Il linguaggio che il com puter è in grado di com prendere è chiam ato lin g u ag g io m ac­ china. 11 linguaggio assem bly è una rappresentazione simbolica del linguaggio m acchina, più semplice da interpretare da parte di una persona. D i conseguenza, il linguaggio assembly corrisponde in parte al linguaggio macchina, m a necessita com unque di alcune piccole tra­ sformazioni prima di poter essere interpretato dal com puter. Questi tipi dì linguaggi sono definiti linguaggi d i basso livello . La traduzione di un program m a da un linguaggio di alto livello, come Java, a un linguaggio di basso livello viene effettuata interam ente o in p an e da un altro programma. Per alcuni linguaggi di alto livello, questa traduzione viene effettuata da un program ma detto co m p ilato re. 11 com pilatore elabora il program m a scrino in [in­ g u a u io di alto livello in m odo che possa essere eseguito sul com puter. Q uesta operazione è detta com pilazione del program ma. U na volta com pilato, c possibile eseguire il program m a risultante quante volte si vuole, senza doverlo ricompilare.