AA2016-2017
PROGRAMMAZIONE2
1.Introduzione
1
PRESENTAZIONI
GianluigiFerrari
o
o
[email protected]
Webh=p://pages.di.unipi.it/ferrari/
o Dicosamioccupo(ricerca)
o
o
o
FormalmethodsinSo?wareEngineering
! VerificaIon,modelchecking,andstaIcanalysisofprograms
Programminglanguages&modelsforConcurrent/DistributedSystems
! Serviceoriented&CloudcompuIng
! ProgramminglanguagesforIoT
Security
! Language-basedsecurity
2
PRESENTAZIONI
FabioGadducci
o
o
[email protected]
Webh=p://pages.di.unipi.it/gadducci/
Dicosamioccupo(ricerca)
o
o
o
FormalmethodsinSo?wareEngineering
! VerificaIon,modelchecking,andstaIcanalysisofprograms
Programminglanguages&modelsforConcurrent/DistributedSystems
! ServiceorientedcompuIng
! TheoreIcalfoundaIons
Visualmodeling
! GraphicalspecificaIonsandmodeltransformaIons
3
PROGRAMMAZIONE2
Cosastudiamo?
DuetemaIcheprincipali
ProgrammazioneOO
Tecnicheperlaprogrammazioneorientataad
ogge](inpiccolo)
o
Specifica,implementazione,correMezza
o ProgeMareeprogrammareunsistema
! DimostrarelacorreMezzadiunaimplementazione
ètantoimportantequantoprogrammare
o
Programmazioneconcorrente(sepossibile)
EsemplificateuIlizzandoJava
o
o
nonècompitodiquestocorsointrodurreillinguaggio
nellasuainterezza…
nétantomenolesuelibrerie(cheimpareretedasoli,
quandoviservono)
5
Unavalangadilibri…
Materialedida]co
B.Liskov,J.GuMag
Programdevelopmentin
Java
(AddisonWesley2000)
Datato,macopretu]gli
aspe]conceMuali
fondamentali
Materialedida]co
M.Herlihy,N.Shavit
Theartofmul5processor
programming
(MorganKaufmann2012)
Programmazione
concorrenteetecniche
permulI-core
Materialedida]co
R.Bruni,A.Corradini,
V.Gervasi
ProgrammazioneinJava
(Apogeo2011)
O]maintroduzioneper
chipensadiaverelacune
conlaprogrammazione
Online
OracleJavatutorials,docs.oracle.com/javase/
tutorial/java/
DavidEck,Introduc5ontoprogrammingusing
Java,math.hws.edu/javanotes/
OnlinenetrovatemolIaltri…
…senIteviliberidiseguirelavostracuriosità
Obie]vi
TanVLinguaggidiprogrammazione
o
C,ML,Java,C#,…Python,Javascript,Ruby,Scala,
F#.....
ObieYvo1:acquisirecompetenzegeneraliche
possanoessereapplicateaunavarietàdi
linguaggidiprogrammazione.
ObieYvo2:acquisirelecompetenzeper
imparare“prestoebene”unnuovolinguaggio
diprogrammazione.
LINGUAGGIDIPROGRAMMAZIONE
Comescegliereunlinguaggio
Scelta?…
1. Lelibrerie
2. AmbienIdiprogrammazione
3. Le“bestpracIce”aziendali
NostroobieYvo:fornireglistrumenVche
vipermeMerannodifarescelteconsapevoli
LinguaggidiProgrammazione
Studiareiprincipichestannoallabasedei
linguaggidiprogrammazione
Essenzialepercomprendereilproge=o,la
realizzazioneel’applicazionepraIcadei
linguaggi
Nonciinteressarisponderealladomanda
“JavaèmegliodiC#”?
14
TanIaspe]importanI…
ParadigmilinguisVci:
o
ImperaVvo,funzionale,orientatoaglioggeY
Implementazione:stru=ureatempodiesecuzione
o
o
o
Qualisonolestru=uredelrun-Ime?
ComevengonogesIte?
QualisonolerelazionitraparadigmilinguisIciestru=ure
delkrunIme?
Ilnostroapproccio:ladescrizione
dell’implemementazionedellinguaggioèguidata
dallasemanIcaformale!
o
Stru=uradelrun-ImesimulatainOcaml.
Cisononumerosilibrisull’argomentochesonouIli
perilnostrocorso…mame=eremoadisposizione
dellenote.
15
Materialedida]co
M.Gabbrielli,S.MarVni
Linguaggidi
programmazione
(McGraw-Hill2006)
Materialedida]co
M.ScoM
Programminglanguage
pragma5cs
(MorganKaufmann2009)
Materialedida]co
P.Sesto?
Programminglanguage
concepts
(Springer2012)
PR2:istruzioniperl’uso
Ilmaterialedida]codellelezionisaràdisponibilesulla
paginawebcosìcometu]iprogrammiOCamleJavache
verrannodiscussinelleesercitazioni
Provadiesame=progeMo+provascriMa+orale
o
o
o
ammissioneall’oraleconvotazione>=16/30nelloscri=o&
valutazioneposiIvadelproge=o
2proveintermediepossonososItuirelaprovascri=a
2proge]intermedipossonososItuireilproge=o
Consigli
o
o
o
seguireilcorsomantenendosialpassoconlostudio
partecipare(a]vamente)alezioniedesercitazioni
sostenereleproveintermedie
19
Competenzerichieste(nostreaspe=aIve)
Familiaritàcoiconce]basediprogrammazione
funzionale(Caml)eimperaIva(C)
o
o
Programmazione1elaboratorio
Logicaperlaprogrammazione
Familiaritàalgoritmicaeprogrammazioneconle
stru=uredaIdibase(liste,pile,code,alberi,
hashtable,…)
o
Algoritmicaelaboratorio
Linguaggieastrazione
Ilinguaggidiprogrammazionesonoilpiùpotentestrumento
diastrazionemessoadisposizionedeiprogrammatori
o
IlinguaggisisonoevoluItrasformandoincostru]linguisIci(e
realizzandoliunavoltapertu=enell’implementazione)
seMoridiapplicazioni(basididaI,webapplicaIons,
intelligenzaarIficiale,simulazione,etc.)
Difondamentaleimportanzal’introduzionedimeccanismidi
astrazione,cheperme=onodiestendereunlinguaggio
programmandonuoveoperazioni,Ipididato,etc.
21
IldiagrammaevoluIvo
22
TanIlinguaggi.Perché?
Prendiamoilmiglioreebasta!!!
o
ComevedreteaCalcolabilitàeComplessità,ilinguaggidi
programmazionesonotu](Turing)equivalenI:stessa
potenzaespressiva
ImigliorisonotanI…
o
o
o
o
VisioneOracle-Sun:Java
VisioneMicrosov:C#,F#
VisionedellosviluppatoreWeb:JavaScript,
VisionedatascienIst:Python
TantemoIvazionidiverse:alcunilinguaggimegliosi
ada=anoaunparIcolarecontesto
o
PROLOG:AI
Adayinthelifeofawebprogrammer
Developwebapps
o
ApplicaIonframework(e.g.Mozilla)
Clientsideprogramming
o
Javascript(funzionalità),
Serversideprogramming
o
o
o
o
o
CGIscripts
ScripIng(PHP,Pearl,Ruby,…)
Java
Databaseaccess(SQL)
XMLperwebservices
SenzadimenIcareunsistemadiversioning(egGIT)
Navigatesulweb
Ilsito
www.scriptol.com/programming/fibonacci.php
descriveilprogrammachecalcolainumeridifibonacci
neiprincipalilinguaggidiprogrammazione
Ilsito
www.99-bo=les-of-beer.net
decrivecomeprogrammarein1500linguaggidi
programmazioneiltestodi“99Bo>lesofBeer”
Unaclassifica…
TIOBEindex2016
Un’altraclassifica:PYPL
PopularitYofProgrammingLanguage
Unaterzaclassifica
AnalisiquanItaIvadeiproge]disponibilisulla
pia=aformaGithub
o
h=p://githut.info/
Unpo’distoriadei
linguaggidiprogrammazione
Linguaggidiprogrammazione
Ilinguaggidiprogrammazionenasconoconlamacchinadi
diTuring(fondazione)elamacchinadiVonNeumann
(macchinaaprogrammamemorizzato)
• iprogrammisonounparIcolareIpodidato
rappresentatonellamemoriadellamacchina
• lamacchinapossiedeuninterpretecapacedieseguire
ilprogrammamemorizzato,equindidiimplementare
ognialgoritmodescrivibilenel“linguaggiomacchina”
• unlinguaggiomacchinadotatodisemplicioperazioni
primiIveperlasceltaeperiterare(osimili)èTuringequivalente,cioépuòdescriveretu]glialgoritmi
30
Anni‘50
FORTRANeCOBOL(sempreverdi)
o notazionisimbolicheorientaterispe]vamente
alcalcoloscienIfico(numerico)eallagesIone
daI(anchesumemoriasecondaria)
o astrazioneprocedurale(so=oprogrammi,ma
concara=erisIchemoltosimiliaicostru]
forniIdailinguaggimacchina)
o meccanismilinguisVciperintrodurrenuove
operazioniestruMuredaV(peresempio,gli
arrayinFORTRANeirecordinCOBOL)
o all’occhiomoderno:nulladisignificaIvamente
diversodailinguaggimacchina
31
Ifavolosi‘60:LISPeALGOL
! FondamenV(teoria)
! formalizzazionedegliaspe]sinta]ci
! primirisultaIsemanIcibasaIsullambda-calcolo
! CaraMerisVchecomuni
! introduzionedellanozionediambienteperlagesIone
degliidenIficatorieleregolediscope
! veraastrazioneproceduraleconricorsione
! ALGOL60
! primolinguaggioimperaIvoveramenteadaltolivello
! scopingstaIcoegesIonedinamicadellamemoriaastack
! LISP(sempreverde)
! primolinguaggiofunzionale,dire=amenteispiratoal
lambda-calcolo(lateoriaritorna)
! scopingdinamico,stru=uredaIdinamiche,gesIone
dinamicadellamemoriaaheapcongarbagecollector
32
Eperalprecisione…
• ALGOL60,proto9podeilinguaggiimpera9vi
• LISP,proto9podeilinguaggilogiciefunzionali
• Analizzandoiduelinguaggiciaccorgiamoche
originanoconce]similinonacasobasaIsulla
teoria
•
lagesIonedell’ambientetramitelostack
• Gliapproccirestanodiversieoriginanoduefiloni
• ilfiloneimpera5vo(esempioC)
• ilfilonefunzionale(esempioOCaml)
33
Lafinedeglianni‘60
• PL/I:primotentaIvodilinguaggio“globale”(targatoIBM)
• tentaIvodisintesifraLISP,ALGOL60eCOBOL
•
fallitopermancanzadiunavisionesemanIcaunitaria
• SIMULA67:nascedifa=olaprogrammazioneaoggeC
• estensionediALGOL60orientatoallasimulazionediscreta
• quasisconosciuto,riscoperto15annidopo
34
EvoluzionedelfiloneimperaIvo
• Glianni’70
• metodologiediprogrammazione,IpididaI
astra],modularità,classieogge]
• programmazionedisistemainlinguaggiadalto
livello:eccezionieconcorrenza
• Unesempio:PASCAL
• estensionediALGOL60condefinizionediIpi
(nonastra]),usoesplicitodipuntatorie
gesIonedinamicadellamemoriaaheap(senza
garbagecollector)
• sempliceimplementazionemista(conP-Code,
antesignanodelbytecode),facilmenteportabile
35
IldopoPASCAL
• C:PASCAL+moduli+Ipiastra]+eccezioni+
interfacciaperinteragireconilsistemaoperaIvo
• ADA:ilsecondotentaIvodilinguaggio
“totalitario”(targatoUSDoD)
• C+concorrenza+costru]perla
programmazioneintemporeale
• proge=oambizioso:grandeenfasisusemanIca
staIca(proprietàverificabilidalcompilatore)
• C++:C+classieogge](allocaIsulloheap,ancora
senzagarbagecollector)
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Laprogrammazionelogica
PROLOG
• implementazionediunframmentodelcalcolodei
predicaIdelprimoordine(lateoriacheaiuta)
• stru=uredaImoltoflessibili(termini)concalcolo
effe=uatodall’algoritmodiunificazione
• computazioninon-determinisIche
• gesIonememoriaaheapcongarbagecollector
CLP(ConstraintLogicProgramming)
• PROLOG+calcolosudominidiversi(anchenumerici)
conopportunialgoritmidisoluzionedivincoli
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Laprogrammazionefunzionale
ML:implementazionedellambda-calcoloIpato
• definizionedinuoviIpiricorsivi,ivaloridei
nuoviIpisonotermini,chepossonoessere
visitaIconunmeccanismodipa=ernmatching
(versionesemplificatadell’unificazione)
• scopingstaIco(adifferenzadiLISP)
• semanIcastaIcamoltopotente(inferenzae
controllodeiIpi)
• unprogramma“corre=o”perlasemanIca
staIcaquasisemprevabene
• gesIonememoriaaheapcongarbagecollector
HASKELL:MLconregoladivalutazione“lazy”
38
Java
• Moltecara=erisIchedalfiloneimperaIvo
• essenzialmentetu=equellediC++
• Alcunecara=erisIchedeilinguaggilogico-funzionali
• gesIonedellamemoriacongarbagecollector
• Usodelmeccanismodiclassiedereditarietàper
ridurreilnumerodimeccanismiprimiIvi
• quasitu=oèrealizzatoconclassipredefinitenelle
librerie
• Implementazionemista,Ipicadelfilonelogico
• chenefacilitalaportabilitàelorendemolto
ada=oadessereintegratonelleapplicazionidirete
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C#
C#:linguaggiodiprogrammazioneaogge]
sviluppatoperlaprogrammazionenel
framework.NET
o
il“meglio”diJavaeC++
IIpiprimiIvidellinguaggiohannouna
corrispondenzaprecisaconiIpidisponibilia
run-Ime
SCALA
ScalasmoothlyintegratesfeaturesofobjectorientedandfuncIonallanguages
F#
MLspiegatoalpopolo
Evoluzionedeilinguaggi
a. UnecosistemadiapplicazionidifferenI
b. Enfasicrescentesulleastrazioniperilprogrammatore
c. Cara=erisIchesignificaIve:migliorarelaaffidabilità,
lamanutenibilitàelasicurezzadelsovware
d. Aspe]moderni:astrazionipermobilitàedistribuzione
e. PrimiIvelinguisIcheeastrazioniperparallelismoe
concorrenza
f. Trend:mul5-paradigmprogramming
Unesempio
Pythonlinguaggiodiprogrammazionesviluppato
afineanni‘80daGuidovanRossum(CWI)
Uno“scripInglanguage”
LinguaggiomulI-paradigma:supportainmodo
naIvoogge]efunzionidiordinesuperiore
Ipichedellaprogrammazionefunzionale
TipidinamiciegesIonedinamicadellamemoria
Ruby
RubylinguaggiodiscripIngsviluppatoafineanni
’90daYukihiroMatsumoto
InfluenzatodaPerlandSmalltalk
MulI-paradigma:funzionale,aogge],imperaIvo
conmeccanismidimeta-programmazione(LISP
cheritorna)
Ruby(comelodescrivono)
o everythingisanobject
o everyopera5onisamethodcall
o allprogrammingismeta-programming
Usatonellosviluppodiapplicazioniweb
ParadigmafunzionaleperJavaeC#
Java8:laversionecorrentediJava
IntroduzionedimeccanismilinguisIciperla
programmazionefunzionale:Lambda
o
Problema:introdurreLambdasenzadoverricompilare
icodicibinariesistenI.
EspressioniLambdasonodisponibiliancheinC#
o
…conilmedesimoscopo
Modellicomputazionali
" Comevedremomeglionellasecondapartedelcorsoa
ognilinguaggioèassociatounmodellodicalcolo
"
ImperaVvo:Fortran(1957)
"
Funzionale:Lisp(1958)
"
AoggeY:Simula(1967)
"
Logico:Prolog(1972)
"
Relazionale:SQL(1974)
Ilproge=odiPR2
Unmetodoefficacepercomprenderecosa
significa“modellodicomputazione”èproge=are
esviluppareunlinguaggiodiprogrammazione
o
Ilproge=odiPR2siproponequestoobie]vo!!
