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PROGRAMMAZIONE21.Introduzione

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PRESENTAZIONI

•  GianluigiFerrario  Emailgian-luigi.ferrari@unipi.ito  WebhFp://pages.di.unipi.it/ferrari/

o  Dicosamioccupo(ricerca)o  FormalmethodsinSoCwareEngineering

ü VerificaQon,modelchecking,andstaQcanalysisofprogramso  Programminglanguages&modelsforConcurrent/DistributedSystems

ü Serviceoriented&CloudcompuQngü ProgramminglanguagesforIoT

o  Securityü Language-basedsecurity

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PRESENTAZIONI

•  FabioGadduccio  Emailfabio.gadducci@unipi.ito  WebhFp://pages.di.unipi.it/gadducci/

•  Dicosamioccupo(ricerca)o  FormalmethodsinSoCwareEngineering

ü VerificaQon,modelchecking,andstaQcanalysisofprogramso  Programminglanguages&modelsforConcurrent/DistributedSystems

ü ServiceorientedcompuQngü TheoreQcalfoundaQons

o  Visualmodelingü GraphicalspecificaQonsandmodeltransformaQons

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PROGRAMMAZIONE2

QualisonogliargomenQdelcorso?DuetemaQcheprincipali

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ProgrammazioneOO

•  TecnicheperlaprogrammazioneOO(inpiccolo)o  Specifica,implementazione,correQezza

o ProgeQareeprogrammareunsistemao DimostrarelacorreQezzadiunaimplementazioneètantoimportantequantoprogrammare

o  Programmazioneconcorrente(sepossibile)•  EsemplificateuQlizzandoJava

–  Nonècompitodiquestocorsointrodurreillinguaggionellasuainterezza…nétantomenolesuelibrerie(cheimpareretedasoli,quandoviservono)

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Unavalangadilibri…

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Materialedidahco(testodiriferimento)

B. Liskov, J. Guttag Program development in Java (Addison Wesley 2000) Datato, ma copre tutti gli aspetti

concettuali fondamentali

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Materialedidahco(perchiècurioso)

F. Carrano, T. Henry Data Structures and Abstractions

with Java (Pearson 2017)

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Materialedidahco

R. Bruni, A. Corradini, V. Gervasi Programmazione in Java (Apogeo 2011)

Ottima introduzione per chi pensa di avere lacune con la programmazione

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Online

•  OracleJavatutorials,docs.oracle.com/javase/tutorial/java/

•  DavidEck,Introduc2ontoprogrammingusingJava,math.hws.edu/javanotes/

•  OnlinenetrovatemolQaltri…•  …senQteviliberidiseguirelavostracuriosità

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LINGUAGGIDIPROGRAMMAZIONE

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Comescegliereunlinguaggio

Scelta?…1.  Lelibrerie2.  AmbienQdiprogrammazione3.  Le“bestpracQce”aziendali

NostroobieVvo:fornireglistrumenXchevipermeQerannodifarescelteconsapevoli

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LinguaggidiProgrammazione

•  Studiareiprincipichestannoallabasedeilinguaggidiprogrammazione

•  EssenzialepercomprendereilprogeFo,larealizzazioneel’applicazionepraQcadeilinguaggi

•  Nonciinteressarisponderealladomanda“JavaèmegliodiC#”?

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TanQaspehimportanQ…

•  ParadigmilinguisXci:–  ImperaXvo,funzionale,orientatoaglioggeV

•  Implementazione:struFureatempodiesecuzione–  QualisonolestruFuredelrun-Qme?–  ComevengonogesQte?–  QualisonolerelazionitraparadigmilinguisQciestruFuredelrun-Qme?

•  Ilnostroapproccio:ladescrizionedell’implemementazionedellinguaggioèguidatadallasemanQcaformale!–  StruFuradelrun-QmesimulatainOcaml

•  CisononumerosilibrisultemachesonouQliperilcorso…mameFeremoadisposizionedellenote

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Materialedidahco(testodiriferimento)

M. Gabbrielli, S. Martini Linguaggi di programmazione (McGraw-Hill 2006)

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Materialedidahco(perchiècurioso)

M. Scott Programming language pragmatics (Morgan Kaufmann 2009)

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Materialedidahco(perchiècurioso)

P. Sestoft Programming language concepts (Springer 2012)

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PR2:istruzioniperl’uso

•  IlmaterialedidahcodellelezionisaràdisponibilesullapaginawebcosìcometuhiprogrammiOCamleJavacheverrannodiscussinelleesercitazioni

•  Provadiesame=progeQo+provascriQa+oraleo  ammissioneall’oraleconvotazione>=16/30nelloscriFo&

valutazioneposiQvadelprogeFoo  2proveintermediepossonososQtuirelaprovascriFao  2progehintermedipossonososQtuireilprogeFo

•  Consiglio  seguireilcorsomantenendosialpassoconlostudioo  partecipare(ahvamente)alezioniedesercitazionio  sostenereleproveintermedie

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Competenzerichieste(nostreaspeFaQve)

•  Familiaritàcoiconcehbasediprogrammazionefunzionale(OCaML)eimperaQva(C)o Programmazione1elaboratorioo Logicaperlaprogrammazione

•  FamiliaritàalgoritmicaenellaprogrammazioneconlestruFuredaQdibase(liste,pile,code,alberi,hashtable,…)o Algoritmicaelaboratorio

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Linguaggieastrazione

•  Ilinguaggidiprogrammazionesonoilpiùpotentestrumentodiastrazionemessoadisposizionedeiprogrammatori–  IlinguaggisisonoevoluQtrasformandoincostruhlinguisQci(erealizzandoliunavoltapertuFenell’implementazione)

•  seQoridiapplicazioni(basididaQ,webapplicaQons,intelligenzaarQficiale,simulazione,etc.)

•  Difondamentaleimportanzal’introduzionedimeccanismidiastrazione,chepermeFonodiestendereunlinguaggioprogrammandonuoveoperazioni,Qpididato,etc.

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LinguaggidiProgrammazione

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TanQlinguaggi.Perché?

•  Prendiamoilmiglioreebasta!!!–  ComevedreteaCalcolabilitàeComplessità,ilinguaggidi

programmazionesonotuh(Turing)equivalenQ:stessapotenzaespressiva

•  ImigliorisonotanQ…–  VisioneOracle-Sun:Java–  VisioneMicrosow:C#,F#–  VisionedellosviluppatoreWeb:JavaScript,–  VisionedatascienQst:Python

•  TantemoQvazionidiverse:alcunilinguaggimegliosiadaFanoaunparQcolarecontesto–  PROLOG:AI

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Adayinthelifeofawebprogrammer

•  Webapps–  ApplicaQonframework(e.g.Mozilla)

•  Clientsideprogrammingo  JavaScript(funzionalità)

•  Serversideprogrammingo  CGIscriptso  ScripQng(PHP,Pearl,Ruby,…)o  Javao  Databaseaccess(SQL)o  XMLperwebservices

•  SenzadimenQcareunsistemadiversioning(e.g.GIT)

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Navigatesulweb

•  Ilsitowww.scriptol.com/programming/fibonacci.phpdescriveilprogrammachecalcolainumeridiFibonaccineiprincipalilinguaggidiprogrammazione

•  Ilsitowww.99-boFles-of-beer.netdecrivecomeprogrammarein1500linguaggidiprogrammazioneiltestodi“99Bo8lesofBeer”

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Unaclassifica…

TIOBEindex2016

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Un’altraclassifica:PYPL

PopularityofProgrammingLanguages

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Unaterzaclassifica

•  Analisi quantitativa dei progetti disponibili sulla piattaforma Github – http://githut.info/

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Unpo’distoriadeilinguaggidiprogrammazione

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Linguaggidiprogrammazione

Ilinguaggidiprogrammazione“nascono”conlemacchinediTuring(fondazione)eVonNeumann(aprogrammamemorizzato)•  iprogrammisonounparQcolareQpodidatorappresentatonellamemoriadellamacchina

•  lamacchinapossiedeuninterpretecapacedieseguireilprogrammamemorizzato,equindidiimplementareognialgoritmodescrivibilenel“linguaggiomacchina”

•  unlinguaggiomacchinadotatodisemplicioperazioniprimiQveperlasceltaeperiterare(osimili)èTuring-equivalente,cioépuòdescriveretuhglialgoritmi

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Anni’50

•  FORTRANeCOBOL(sempreverdi)–  notazionisimbolicheorientaterispehvamentealcalcoloscienQfico(numerico)eallagesQonedaQ(anchesumemoriasecondaria)

–  astrazioneprocedurale(soFoprogrammi,maconcaraFerisQchemoltosimiliaicostruhforniQdailinguaggimacchina)

– meccanismilinguisXciperintrodurrenuoveoperazioniestruQuredaX(peresempio,gliarrayinFORTRANeirecordinCOBOL)

–  all’occhiomoderno:nulladisignificaQvamentediversodailinguaggimacchina

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Ifavolosi’60:LISPeALGOL

ü FondamenX(teoria)ü formalizzazionedegliaspehsintahciü primirisultaQsemanQcibasaQsullambda-calcolo

ü CaraQerisXchecomuniü introduzionedellanozionediambienteperlagesQonedegliidenQficatorieleregolediscope

ü veraastrazioneproceduraleconricorsioneü ALGOL60

ü primolinguaggioimperaQvoveramenteadaltolivelloü scopingstaQcoegesQonedinamicadellamemoriaastack

ü LISP(sempreverde)ü primolinguaggiofunzionale,direFamenteispiratoallambda-calcolo(lateoriaritorna)

ü scopingdinamico,struFuredaQdinamiche,gesQonedinamicadellamemoriaaheapcongarbagecollector

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Eperalprecisione…

• ALGOL60,proto9podeilinguaggiimpera9vi•  LISP,proto9podeilinguaggilogiciefunzionali

• AnalizzandoiduelinguaggiciaccorgiamocheoriginanoconcehsimilinonacasobasaQsullateoria•  lagesQonedell’ambientetramitelostack

• Gliapproccirestanodiversieoriginanoduefiloni•  ilfiloneimpera2vo(e.g.C)•  ilfilonefunzionale(e.g.OCaML)

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Lafinedeglianni‘60

•  PL/I:primotentaQvodilinguaggio“globale”(targaIBM)•  tentaQvodisintesifraLISP,ALGOL60eCOBOL•  fallitopermancanzadiunavisionesemanQcaunitaria

•  SIMULA67:nascedifaFolaprogrammazioneaoggeB•  estensionediALGOL60orientatoallasimulazionediscreta•  quasisconosciuto,riscoperto15annidopo

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EvoluzionedelfiloneimperaQvo

•  Glianni’70•  metodologiediprogrammazione,QpididaQastrah,modularità,classieoggeh

•  programmazionedisistemainlinguaggiadaltolivello:eccezionieconcorrenza

•  Unesempio:PASCAL•  estensionediALGOL60condefinizionediQpi(nonastrah),usoesplicitodipuntatoriegesQonedinamicadellamemoriaaheap(senzagarbagecollector)

•  sempliceimplementazionemista(conP-Code,antesignanodelbytecode),facilmenteportabile

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IldopoPASCAL

•  C:PASCAL+moduli+Qpiastrah+eccezioni+interfacciaperinteragireconilsistemaoperaQvo

•  ADA:ilsecondotentaQvodilinguaggio“totalitario”(targatoUSDoD)•  C+concorrenza+costruhperlaprogrammazioneintemporeale

•  progeFoambizioso:grandeenfasisusemanQcastaQca(proprietàverificabilidalcompilatore)

•  C++:C+classieoggeh(allocaQsulloheap,ancorasenzagarbagecollector)

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Laprogrammazionelogica

PROLOG•  implementazionediunframmentodelcalcolodeipredicaQdelprimoordine(lateoriacheaiuta)

•  struFuredaQmoltoflessibili(termini)concalcoloeffeFuatodall’algoritmodiunificazione

•  computazioninon-determinisQche•  gesQonememoriaaheapcongarbagecollector

CLP(ConstraintLogicProgramming)•  PROLOG+calcolosudominidiversi(e.g.numerici)conopportunialgoritmidisoluzionedivincoli

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Laprogrammazionefunzionale

ML:implementazionedellambda-calcoloQpato•  definizionedinuoviQpiricorsivi,icuivalorisonoterminichepossonoesserevisitaQconunmeccanismodipaFernmatching(versionesemplificatadell’unificazione)

•  scopingstaQco(adifferenzadiLISP)•  semanQcastaQcapotente(inferenzaecontrollodeiQpi)

• unprogramma“correFo”perlasemanQcastaQcaquasisemprevabene

•  gesQonememoriaaheapcongarbagecollector

HASKELL:MLconregoladivalutazione“lazy”

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•  MoltecaraFerisQchedalfiloneimperaQvo•  essenzialmentetuFequellediC++

•  AlcunecaraFerisQchedeilinguaggilogico-funzionali•  gesQonedellamemoriacongarbagecollector

•  UsodelmeccanismodiclassiedereditarietàperridurreilnumerodimeccanismiprimiQvi•  quasituFoèrealizzatoconclassipredefinitenellelibrerie

•  Implementazionemista,Qpicadelfilonelogico•  chenefacilitalaportabilitàelorendemoltoadaFoaessereintegratonelleapplicazionidirete

JAVA

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C#

•  C#:linguaggiodiprogrammazioneaoggehsviluppatoperlaprogrammazionenelframework.NETo  il“meglio”diJavaeC++

•  IQpiprimiQvidellinguaggiohannounacorrispondenzaprecisaconiQpidisponibiliarun-Qme

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SCALA

•  Scalasmoothlyintegratesfeaturesofobject-orientedandfuncQonallanguages

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F#

•  MLspiegatoalpopolo

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Evoluzionedeilinguaggi

a.  UnecosistemadiapplicazionidifferenQb.  Enfasicrescentesulleastrazioniperilprogrammatorec.  CaraFerisQchesignificaQve:migliorarelaaffidabilità,

lamanutenibilitàelasicurezzadelsowwared.  Aspehmoderni:astrazionipermobilitàedistribuzionee.  PrimiQvelinguisQcheeastrazioniperparallelismoe

concorrenzaf.  Trend:mul2-paradigmprogramming

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Unesempio:PYTHON

•  Pythonlinguaggiodiprogrammazionesviluppatoafineanni‘80daGuidovanRossum(CWI)

•  Uno“scripQnglanguage”•  LinguaggiomulQ-paradigma:supportainmodonaQvooggehefunzionidiordinesuperioreQpichedellaprogrammazionefunzionale

•  TipidinamiciegesQonedinamicadellamemoria

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Unaltroesempio:RUBY

•  RubylinguaggiodiscripQngsviluppatoafineanni’90daYukihiroMatsumoto

•  InfluenzatodaPerlandSmalltalk•  MulQ-paradigma:funzionale,aoggeh,imperaQvoconmeccanismidimeta-programmazione(LISPritorna!)

•  Ruby(comelodescrivono)o everythingisanobjecto everyopera2onisamethodcallo allprogrammingismeta-programming

•  Usatonellosviluppodiapplicazioniweb

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ParadigmafunzionaleperJAVAeC#

•  Java8:laversionecorrentediJava•  IntroduzionedimeccanismilinguisQciperlaprogrammazionefunzionale:Lambda–  Problema:introdurreLambdasenzadoverricompilareicodicibinariesistenQ

•  EspressioniLambdasonodisponibiliancheinC#– …conilmedesimoscopo

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Modellicomputazionali

² Comevedremomeglionellasecondapartedelcorsoaognilinguaggioèassociatounmodellodicalcolo

² ImperaXvo:Fortran(1957)

² Funzionale:Lisp(1958)

² AoggeV:Simula(1967)

² Logico:Prolog(1972)

² Relazionale:SQL(1974)

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IlprogeFodiPR2

•  Unmetodoefficacepercomprenderecosasignifica“modellodicomputazione”èprogeFareesviluppareunlinguaggiodiprogrammazioneo IlprogeFodiPR2siproponequestoobiehvo!!

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