Strutture iterative Strutture iterative Strutture iterative I cicli in C

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Strutture iterative

Strutture iterative
Problema:
Visualizzare i numeri interi da 0 a 1000
Soluzione
printf("0\n");
printf("1\n");
printf("2\n");
printf("3\n");
printf("4\n");
...
Non è davvero una buona idea… ma con le
conoscenze attuali non c’è alternativa
Ver. 2.4
© 2010 - Claudio Fornaro - Corso di programmazione in C
3
Strutture iterative

4
I cicli in C
Vorremmo scrivere:
“Esegui l’istruzione:
printf("%d\n", i);
con i che assume i valori da 0 a 1000 ”

i=0

stampa i
percorso chiuso,
detto “anello”,
“loop” o “ciclo”
i=i+1
V
i<=1000
F

Per “tornare indietro” si potrebbe utilizzare
un’istruzione apposita, ma per questioni di
chiarezza si utilizzano strutture sintattiche che
fanno “tornare indietro” solo se la condizione
di ripetizione è vera
Le strutture iterative sono comunemente dette
cicli o loop
In C i cicli sono controllati da una condizione di
permanenza nel ciclo: fintantoché la
condizione è vera, si esegue il corpo del ciclo
(il blocco di codice da eseguire più volte)
5
Ciclo WHILE


6
Ciclo WHILE
Fa eseguire un blocco di codice fintantoché
una certa condizione è vera
Valuta la condizione prima di eseguire il
blocco
condizione


while (condizione)
blocco
Viene valutata la condizione:

F

V
blocco


Se la condizione è inizialmente falsa,
il blocco non viene eseguito neppure una volta
 senza il ‘;’
se è vera
 esegue il blocco
 torna su a valutare nuovamente la condizione
se è falsa
 passa ad eseguire le istruzioni successive al
blocco
La condizione può essere un’espressione
qualsiasi (come nel costrutto if)
7
Ciclo WHILE

Esempio
Il seguente codice somma i valori introdotti
finché non viene dato il valore 0
somma = 0;
scanf("%d", &v);
while (v != 0)
{
somma += v;
scanf("%d", &v);
}
printf("Somma: %d", somma);
8
Ciclo FOR



Come il ciclo WHILE fa eseguire il blocco
fintantoché la condizione è vera
for (espr1;condizione;espr2)  senza il ‘;’
blocco
Viene calcolata espr1 (soltanto la prima volta)
Viene valutata la condizione:


se è vera:
 esegue il blocco
 esegue expr2
 torna su a valutare nuovamente la condizione
altrimenti (se è falsa):
 passa ad eseguire le istruzioni successive a blocco
9
Ciclo FOR

10
Ciclo FOR
Il flow-chart corrispondente è il seguente:


expr1
condizione
F

V
blocco

expr2

La condizione può essere un’espressione
qualsiasi, se manca viene considerata pari a 1
expr1 e/o expr2 possono mancare (ma i
separatori ‘;’ devono esserci ugualmente)
Esempio
Stampa i numeri interi da 0 a 1000
for (i=0; i<=1000; i++)
printf("%d", i);
Una variabile come i nell’esempio precedente
che tiene conto del numero di iterazioni viene
detta variabile di conteggio o indice
Notare che, nell’esempio, dopo che il ciclo è
stato eseguito completamente, i vale 1001
11
Ciclo FOR



Il ciclo FOR è un ciclo WHILE riscritto in modo
tale da raggruppare tra le parentesi tutto ciò
che gestisce l’indice: inizializzazione (espr1),
controllo (condizione) e aggiornamento (espr2)
for (espr1;condizione;espr2)
blocco
Il ciclo FOR precedente equivale a:
expr1;
 fuori dal corpo del ciclo!
while (condizione)
{
blocco
expr2;
}
12
Ciclo FOR

Esempio
Questo ciclo WHILE:
i=0;
while (i<=1000)
{
printf("%d", i);
i++;
}
e questo ciclo FOR:
for (i=0; i<=1000; i++)
printf("%d", i);
sono equivalenti, ma il secondo è più compatto
13
La variabile di conteggio


14
Scelta tra ciclo FOR e WHILE
Talvolta è conveniente che il nome della
variabile di conteggio sia corto per questioni di
leggibilità del codice
Esempio

for (i=0; scanf("%d",&v[i])!=EOF; i++)
tot += v[i]*v[i-1]*v[i+1];
totValoriLetti = i;

Quando il numero di iterazioni è noto a priori
(e quindi il ciclo è controllato da un indice),
è preferibile (per chiarezza e stilisticamente)
utilizzare un ciclo FOR che raggruppa in un
punto solo l’inizializzazione, il controllo e
l’aggiornamento dell’indice
Qui v[i] viene usata nel corpo del ciclo più
volte, quindi è conveniente usare come indice
i e non la variabile totValoriLetti che
invece viene assegnata alla fine del ciclo
La modifica della variabile di conteggio dentro
il ciclo for viene considerata pratica da evitare
in quanto può rendere il codice complesso
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Ciclo DO-WHILE


16
Ciclo DO-WHILE
Fa eseguire un blocco di codice fintantoché
una certa condizione è vera
Valuta la condizione dopo aver eseguito il
blocco


blocco
V
condizione
F

Anche se la condizione è inizialmente falsa,
il blocco viene eseguito almeno una volta


Nella letteratura questo ciclo viene detto ciclo
Repeat-Until (dove però se la condizione è
vera si esce dal ciclo: non è di permanenza)
do
{
blocco
}while (condizione);
 con il ‘;’
La condizione può essere un’espressione
qualsiasi che produce un valore
Le graffe sono opzionali, ma consigliabili
(proprio con la graffa di chiusura subito prima
della keyword while) per distinguere
facilmente il ciclo WHILE dal ciclo DO-WHILE
17
Ciclo DO-WHILE

18
Scelta tra ciclo WHILE e DO
Esempio
Somma i valori dati finché non viene
introdotto il valore particolare 0
somma = 0;
do
{
scanf("%d", &v);
somma += v;
}while (v != 0);
Notare che il valore v viene comunque
addizionato a somma (ma in questo esempio
non causa problemi: somma uno 0)


Si può sempre passare da un tipo di ciclo ad
un’altro modificando (poco) il programma
La scelta tra ciclo WHILE e ciclo DO-WHILE è
spesso ovvia e questione di preferenze
personali
19
Programmazione strutturata


Nasce dalla necessità di regolamentare e
standardizzare le metodologie di
programmazione
Un linguaggio strutturato deve avere almeno i
seguenti 3 tipi di strutture:



La sequenza: ossia la possibilità di definire un
blocco di istruzioni (le graffe in C, ma anche il
semplice elenco di istruzioni)
L’ alternativa: costrutti di selezione (if e switch)
L’ iterazione: costrutti per ripetere uno stesso
blocco di istruzioni (for, while, do-while)
20
Programmazione strutturata

Le strutture di un linguaggio strutturato
devono avere le seguenti caratteristiche:




ogni struttura (compresi i blocchi controllati) deve
avere un unico punto di ingresso e un unico punto
di uscita (così da non avere altre interazioni con
l’esterno e poter essere considerata come un’unica
macro-istruzione)
ogni struttura può avere nel blocco controllato altre
strutture (di ogni tipo)
Un programma è strutturato se usa solo le
strutture indicate nei modi indicati sopra
Il linguaggio C è strutturato, ma permette
anche di scrivere codice non strutturato
21
Programmazione strutturata






Break
In Linguaggio C si ha programmazione non
strutturata quando si usano le istruzioni:

22

goto
break
continue
return multipli in una funzione


Quando si richiede una programmazione
strutturata le istruzioni precedenti sono tutte
vietate
Dette istruzioni possono talvolta dare
vantaggi anche non marginali per chiarezza e
velocità di esecuzione, ma non se ne abusi

Per uscire da un ciclo immediatamente, senza
aspettare la valutazione della condizione, si
può utilizzare l’istruz. non strutturata break
Dopo il break, l’esecuzione continua dalla
prima riga successiva al blocco
while (condizione)
{ istruzioni...
if (condizione_particolare)
break;
istruzioni...
}
Il break può essere usato per gestire condizioni
particolari e infrequenti (non deve essere il
metodo normale di terminazione del ciclo)
23
Break

Esempio
Somma fino a 10 valori dati in input. Per
introdurre meno valori, introdurre 0
somma = 0;
for (i=0; i<10; i++)
{
scanf("%d", &v);
if (v == 0)
break;
somma += v;
}
printf("Somma = %d\n",somma);
24
Break

La formulazione equivalente strutturata è:
esci = NO;
somma = 0;
for (i=0; i<10 && esci==NO; i++)
{
scanf("%d", &v);
if (v == 0)
esci=SI;
else
somma += v;
}
printf("Somma = %d\n",somma); i++
25
Continue


Continue
Per passare immediatamente all’iterazione
successiva, si può utilizzare l’istruzione
non strutturata continue
Per effetto dell’istruzione continue:



26

Schema con ciclo while
while (condizione)
{
istruzioni...
vengono saltate tutte le istruzioni dalla continue
fino alla parentesi di terminazione del corpo del ciclo
se si tratta di un ciclo for, viene eseguita expr2
if (condizione_particolare)
continue;
l’esecuzione riprende dalla valutazione della
condizione
istruzioni saltate se eseguito continue
}
27
Continue

Schema con ciclo do-while
do
{
istruzioni...
if (condizione_particolare)
continue;
istruzioni saltate se eseguito continue
}while (condizione);
28
Continue

Esempio
Somma i valori dati finché non viene
introdotto il valore 0, ignorando i negativi.
somma = 0;
do
{
scanf("%d", &v);
if (v < 0)
continue;
somma += v;
}while(v != 0);
29
Continue

30
Lettura di valori
La formulazione equivalente strutturata è in
questo caso più chiara:

somma = 0;
do
{
scanf("%d", &v);
if (v >= 0)
somma += v;
}while(v != 0);
Quando non si può sapere a priori il numero
di valori che verranno introdotti dall’utente si
deve trovare un modo per stabilire la fine
dell’input:



Si chiede all’utente quanti valori verranno introdotti
Si prevede un valore particolare che quando
introdotto indica la fine dell’input, tale valore è
detto sentinella (es. lo 0 degli esempi precedenti)
Si chiede all’utente di segnalare la fine dell’input
mediante l’immissione di un codice di controllo
detto End Of File (EOF) che viene riconosciuto e
segnalato dalle stesse funzioni di input (mentre la
sentinella viene riconosciuta dopo l’input)
31
Lettura di valori


La costante EOF è un valore intero definito in
stdio.h (in genere vale –1)
Viene prodotto dall’utente premendo:





32
Lettura di valori

Windows  Control-Z e poi INVIO
Linux/Unix  Control-D
Le funzioni scanf e getchar restituiscono
EOF quando l’utente indica la fine dell’input
In modo analogo gets restituisce NULL
N.B. Le combinazioni di tasti Control-Z e
Control-D spesso vengono scritte ^Z e ^D, ma
NON si ottengono con il carattere ^ : si deve
invece premere il tasto Control e poi la lettera

Esempio di lettura di sequenza di lunghezza
ignota di valori dalla tastiera, la lettura
termina con l’introduzione di un EOF
printf("Terminare con EOF\n");
while (scanf("%d", &a) != EOF)
somma += a;
printf("Somma=%d\n", somma);
Esempio di input:
12
22
34
^Z
Somma=68
33
Cicli annidati




34
Cicli annidati
Un ciclo può essere collocato
(completamente) nel corpo di un altro ciclo
In genere, nel caso di cicli FOR ogni ciclo
deve avere una variabile di conteggio diversa
Il ciclo esterno controlla quello interno
Il ciclo interno ricomincia sempre da capo (ad
esempio l’inizializzazione dell’indice di un ciclo
FOR interno ad un altro ciclo viene eseguita
ogni volta)

Ciclo esterno
Esempio
for (i=1; i<=7; i+=3)
Ciclo interno
{
for (j=2; j<5; j++)
printf("%d,%d ", i, j);
printf("\n");
}
Blocco ciclo
printf("%d,%d ", i, j);
interno
produce il seguente output:
Blocco ciclo
1,2 1,3 1,4
esterno
4,2 4,3 4,4
7,2 7,3 7,4
10,5
 notare i valori di uscita
35
Uscita da cicli annidati

Nel caso di cicli annidati, break fa uscire solo
da un livello; per uscire contemporaneamente
da tutti i cicli annidati si può usare una goto
for (i=0; i<10; i++)
for (j=0; j<10; j++)
{ scanf("%d", &v);
if (v == 0)
goto fuori;
somma += v;
}
fuori:
printf("Somma = %d\n",somma);
36
Uscita da cicli annidati

Per evitare di avere codice non strutturato e a
scapito di un po’ di efficienza si può scrivere:
esci = NO;
for (i=0; i<10 && esci==NO; i++)
for (j=0; j<10 && esci==NO; j++)
{ scanf("%d", &v);
if (v == 0)
esci = SI;
else
somma += v;
}
printf("Somma = %d\n",somma);
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Etichette



38
Salti
Una label (etichetta) viene usata per dare un
nome ad una riga, viene in genere posizionata
all’inizio della riga stessa senza indentazione
ed è terminata da un carattere ‘:’, esempio:
fuori:
Tutte le label devono avere nomi diversi
(stesse regole sintattiche degli identificatori)
Una label è visibile in ogni punto della
funzione dove è definita, ma non al di fuori di
essa




Un “salto” fa continuare l’esecuzione di un
programma da un altro punto del codice
Il salto incondizionato goto ha sintassi:
goto label;
 label senza il carattere ‘:’
Quando viene eseguita, il programma salta
alla riga con quella label e continua da lì
Una label può essere collocata in una riga
precedente o successiva quella con il goto
(salto indietro o avanti), ma nell’uso accettato
sarà sempre avanti e in posizioni ben precise
Una label può essere usata da più goto, ma
nell’uso accettato non si presenta mai il caso
39
Salti



L’utilizzo di goto produce sempre codice non
strutturato e quindi potenzialmente più difficile
da comprendere e da manutenere
I vecchi linguaggi di programmazione non
disponevano di costrutti strutturati e l’uso del
goto era indispensabile, i frequentissimi
rimandi da una parte all’altra del codice lo
rendevano molto intricato (“spaghetti code”)
Se il linguaggio dispone di adeguati costrutti
strutturati si può sempre evitare di usare i
goto. Il linguaggio C ha questi costrutti.
40
Salti



In alcuni (pochi) casi il goto può essere utile
per questioni di efficienza e chiarezza
La liceità di utilizzo del goto è oggetto di
diatribe, con ferventi e autorevoli sostenitori
in entrambe le parti (Dijkstra vs. Knuth)
Con il goto sono “condannati” anche break,
continue e return multipli
41
Salti

42
Salti
E’ utile l’uso del goto per uscire da due o più
cicli annidati, in questo caso l’etichetta DEVE
essere collocata subito sotto il corpo del ciclo
più esterno (senza istruzioni intermedie) ed è
preferibile che sia allineata verticalmente con
la keyword del ciclo più esterno da cui uscire
for (…
Allineati verticalmente
{
for (…
{ … if (condizione speciale)
goto fuori;…
}
Etichetta subito sotto il corpo
}
del ciclo più esterno
fuori:


Si eviti il goto in tutti gli altri casi
Alcuni linguaggi moderni (es. Java) non hanno
goto, ma dispongono di costrutti aggiuntivi
(es. break con etichetta) proprio per uscire
da cicli annidati
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Esercizi
1.
2.
3.
Scrivere un programma che calcoli la media
(con parte frazionaria) di 100 valori introdotti
dalla tastiera.
Scrivere un programma che chieda quanti
siano i valori che verranno introdotti dalla
tastiera, li chieda tutti e ne stampi la somma
e la media.
Scrivere un programma che calcoli la media di
tutti i valori introdotti dalla tastiera finché non
ne viene introdotto uno non compreso tra 18
e 30, ad esempio 9999 (provare proprio
questo valore!). La visualizzazione della media
deve avvenire solo alla fine (ossia non ogni
volta che un valore viene introdotto).
44
Esercizi
4.
5.
6.
Scrivere un programma che richieda N numeri
da tastiera e ne calcoli il valore massimo.
Scrivere un programma che richieda N numeri
da tastiera e ne calcoli il valore massimo, il
valore minimo, la somma e la media.
Si scriva un programma che calcoli il fattoriale
di un numero intero N dato dalla tastiera. Si
ricordi che il fattoriale di un numero n (simbolo
n!) viene calcolato con la seguente formula:
n! = n ·(n–1)·(n–2)· ... ·2 ·1.
45
Esercizi
7.
8.
46
Esercizi
Scrivere un programma che calcola i primi N
numeri di Fibonacci, con N introdotto dalla
tastiera. I numeri di Fibonacci sono una
sequenza di valori interi che inizia con i due
valori fissi 1 e 1 e ogni successivo valore è la
somma dei due precedenti.
Ad esempio i primi 10 numeri di Fibonacci
sono: 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55.
Scrivere un programma che calcoli i primi
numeri di Fibonacci minori o uguali a N, con N
introdotto dalla tastiera.
Ad esempio i primi numeri di Fibonacci minori
o uguali a 10 sono: 1 1 2 3 5 8.
9.
Si scriva un programma per calcolare ex
mediante il suo sviluppo in serie:
x x2 x3
e  1 

 ...
1! 2! 3!
x
Ogni frazione aggiunge precisione al risultato,
per cui conviene usare valori di n
adeguatamente elevati, ad esempio compresi
tra 30 e 40. Si verifichi che i risultati calcolati
in questo modo siano coerenti con quelli
forniti dalla funzione intrinseca exp
calcolando la differenza dei valori.
47
48
Esercizi
Esercizi
10. Si
(Continuazione)
Dato il valore A, se ne vuole calcolare la
radice quadrata x. La formula data calcola
valori di x sempre più precisi.
Inizialmente si considera x i=0 = A, ricavando
un valore x1 che approssima molto
grossolanamente il valore della radice
quadrata.
Si riinserisce x1 nella formula (al posto di xi)
ottenendo un x2 che è un’approssimazione
migliore della precedente.
Si continua in questo modo finché il risultato
non varia più (cioè xi = xi +1).
scriva un programma dove il calcolatore
determini casualmente un numero intero
compreso tra 0 e 99 e chieda all’utente di
trovare il numero stesso. Ad ogni input
dell’utente il calcolatore risponde con “troppo
alto” o “troppo basso”, finché non viene
trovato il valore corretto. Per generare valori
casuali si utilizza la funzione rand.
11. Si
scriva un programma per calcolare la radice
quadrata mediante la formula
1
A
iterativa di Newton:
xi 1   xi  
2 
xi 