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C è un linguaggio di alto livello dove i programmi sono un insieme di istruzioni.

Noi scriveremo codice con dei text editor e compileremo da linea di comando, si possono usare anche degli IDE con tutto integrato ovviamente.

Ambiente di Sviluppo e Esecuzione in C

Per sviluppare programmi in C abbiamo bisogno di un compilatore, in questo caso gcc (GNU Compiler Collection), il compilatore svolge le attività di pre-processamento, compilazione e linking.

Nel dettaglio:

Tramite un editor di testo scriviamo del codice e lo memorizziamo sul disco.
Avviene il pre - processamento, questo processo ha varie funzioni (vedremo più avanti) come ad esempio gestire gli include, i condizionali, i commenti e altro, possiamo vederla come una modellazione del codice già esistente.
Prende l’output del preprocessamento e genera del codice assembly, quindi codice più vicino alla macchina poi questo viene assemblato e viene generato il codice macchina (zeri e uni) chiamato anche object code
Linking: Questo prende tutti gli object code generati e li collega in uno unico, collega fra loro anche librerie esterne se le utilizziamo. Di linking ne esistono due tipi:
- Statico: Il codice esterno viene copiato all’interno del file finale
- Dinamico: Il codice non viene copiato ma viene semplicemente scritto il nome della libreria a cui fa riferimento.

Adesso si passa all’ambiente di esecuzione:

Il loader prende il programma dal disco e lo carica in RAM
La CPU esegue tutte le istruzioni quando possibile

Differenze con Java e Python

La compilazione che avviene in Java tramite javac non produce del codice eseguibile ma un codice interpretabile dalla JVM, questo è il file .class. Quindi per eseguirlo questo codice non va dato direttamente al PC ma alla JVM.

Il file che generiamo con gcc invece è un eseguibile che potrebbe essere eseguito anche su altre macchine indipendentemente da gcc, non va ricompilato.

Struttura di un Programma C

Composto principalmente da due parti:

Main Function: È il punto da cui parte il programma, quindi può essere dove risiede tutto il codice oppure dove vengono chiamate le altre funzioni.
Funzioni: Blocchi di codice che svolgono determinate azioni, sono identificate da un nomo univoco.

Queste due componenti possono trovarsi anche all’interno dello stesso file .c

Functions

Ogni funzione è composta da un header e un basic block

Header:

<return-type> fn-name (parameter-list)
	basic block

Basic Block:

{
	declaration of variables
	executable statements
}

Nel basic block dobbiamo usare il ;per concludere le righe (statement).

Uno statement importante è il return, questo imposta il valore di ritorno di una funzione a chi l’ha chiamata in base ad un’espressione.

int main()
{
	return 0;
}

L’espressione può essere una costante, una variabile o altro, es:

return 1;
return x;
return 3 * x + 1;
return fact(x);

Compilare ed Eseguire

Per compilare eseguiamo il comando

gcc -Wall prog-name.c

Se ci sono messaggi di errore ci verranno stampati a schermo.

Se si includono librerie esterne e vogliamo includerle usiamo -lm quindi:

gcc -Wall prog-name.c -lm

In generale come risultato otteniamo un file eseguibile con estensione .out, se vogliamo specificare il nome di questo file in fase di compilazione:

gcc -Wall prog-name.c -o executable-name.o

Precompilazione, Compilazione e Linking

Se vogliamo eseguire soltanto la precompilazione e non eseguire:

cpp helloworld.c > precompilato.c

Questo esegue tutte le direttive del compilatore ed elimina i commenti, fornisce un precompilato.

Se dal precompilato vogliamo effettuare la compilazione:

gcc -c precompilato.c -o compilato.o

Questo controllerà che la sintassi sia corretta, che i tipi stabiliti negli header vengano rispettati, crea il codice macchina delle funzioni. Le chiamate a funzioni avranno una destinazione simbolica finché non eseguiamo il linking.

Se vogliamo effettuare precompilazione + compilazione, quindi entrambe le operazioni precedenti:

gcc -c file.c -o file.o

Infine, per effettuare il linking:

gcc file.o

Questo risolve tutte le chiamate a funzione, quindi ogni chiamata avrà header e blocco di codice. L’inclusione di alcune librerie è automatica, altre vanno specificate dal programmatore.

Il linking può essere eseguito anche su più file contemporaneamente.

Direttive al preprocessore

Una riga preceduta da # è una direttiva destinata al preprocessore, ad esempio:

#include filename dice di includere il contenuto di filename al posto della riga.

I file usati in queste istruzioni di solito hanno estensione .h e sono detti header file

Esempio con altri elementi:

#include <stdio.h>
<> indicano che il file header è un file standard del C
"" indicano che il file header è dell’utente e si trova nella directory corrente
-I permette di specificare le directory in cui cercare i file header

Input e Output

Per mandare in output del testo con C usiamo

printf("format string", value-list);

Dove value-list può contenere:

Sequenze di caratteri
Variabili
Costanti
Espressioni logico matematiche

printf riceve dei valori ma in C possiamo manipolare anche indirizzi di memoria, se vogliamo stampare il contenuto di un indirizzo usiamo:

scanf

All’interno del print possiamo usare caratteri speciali ad esempio per gestire la spaziatura, sia orizzontale che verticale:

Variabili ed Espressioni

In C come in altri linguaggi usiamo degli indentificatori per nominare le variabili ma non possiamo usare liberamente qualsiasi parola come identificatore, ad esempio:

In generale seguiamo delle regole per definire un nome:

Primo carattere deve essere una lettera o un _ e può essere seguito da lettere o _
Non iniziare con cifre
C’è distinzione fra lettere minuscole e maiuscole
Virgole e spazi non sono consentiti
Parole chiave (come return) non possono essere usate come identificatori
Lunghezza non superiore a 31 caratteri

Variabili

Le variabili sono locazioni di memoria dove vengono memorizzati valori, questi possono venire modificati più volte durante il ciclo di vita del programma ma possono contenere un solo valore alla volta.

Le variabili possono essere dichiarate in diverso modo:

Globali: se dichiarate fuori dalle funzioni
Parametri: dichiarate nell’header di funzioni
Locali: all’interno di blocchi di funzioni

Quando le dichiariamo locali possiamo sia dichiarare tutte quelle che useremo all’inizio oppure crearle dal momento in cui ne avremo bisogno.

Vantaggi del dichiararle all’inizio

Convenzione storica del linguaggio
Dichiarare tutte le variabili nello stesso momento permette al compilatore di allocare tutta la memoria necessaria una sola volta.
Migliore leggibilità dato che possiamo definire tutto quello che usiamo e il come all’inizio, sappiamo anche dove andarlo a cercare
Preveniamo gli errori dove usiamo variabili non ancora dichiarate
Chiarezza del codice senza variabili nel mezzo

Svantaggi del dichiararle all’inizio:

Diventa meno chiaro dove queste variabili vengono utilizzate
Promuove l’uso di variabili per più scopi che non è una buona abitudine.

E per la dichiarazione vicino al punto di utilizzo?

Riduce la loro vita il più possibile
Limita il riuso
Non mostriamo tutte le variabili in un unico punto

Quando dichiariamo le variabili dobbiamo anche definire il loro tipo, ad esempio:

int x; double y; char c;

È buona norma avere un nome che descrive la funzione della variabile

In generale per la dichiarazione si usa la seguente sintassi:

optional_modifier data_type name_list;

Dove per optional modifier abbiamo:

signed, unsigned
short, long
const

data_type:

specifica il tipo della variabile, questo permette al compilatore di sapere quali sono le operazioni permesse su questo tipo di variabile

name_list:

lista di nomi di variabili

Tipi per Numeri

I tipi che possiamo usare per i numeri sono:

Type	Storage Size	Value Range	Precision
float	4 byte	1.2E - 38 to 3.4E + 38	6 decimal places
double	8 byte	2.3E - 308 to 1.7E + 308	15 decimal places
long double	10 byte	3.4E - 4932 to 1.1E + 4932	19 decimal places

Caratteri

Per i caratteri si usa il tipo char, questi occupano 1 byte e possiamo rappresentare tutti i caratteri ASCII

Boolean

Il tipo _Bool può memorizzare soltanto 0 ed 1, qualsiasi cosa diversa da 0 viene considerata 1.

Il tipo bool che richiede <stdbool.h> memorizza true e false.

In generale 0 corrisponde a false e 1 a true.

Assegnazioni di valori

Se dichiariamo una variabile e non la inizializziamo ad un valore questa assume un valore indeterminato.

In generale l’assegnazione di un valore possiamo farla o in fase di dichiarazione:

int x=3, y=2

Oppure durante l’esecuzione sempre usando l’operatore =.

Output di variabili

Tramite printf possiamo scrivere il valore di una variabile:

printf(format_string, expression_list)

Dove format_string deve contenere dei “placeholder”, questi iniziano con % e indicano il tipo e quale variabile andrà al loro posto, es:

printf("%d, %l", integerVariable, longVariable);

Tipi per i placeholder:

%d, %i Integer
%l long
%x per integers in esadecimale
%o integers in ottale
%f, %e, %g float, nello specifico:
- f formato standard
- e notazione scientifica
- g automatico
%lf per double

Scanf

Vedere scanf e altre funzioni, non so se scrivo tutto dato che sono cose base anche di altri linguaggi.

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SO2 - C