Paradigmi di programmazione e linguaggi

Algoritmo e programma

Definizione (algoritmo, programma, sintassi e semantica)

• Algoritmo: sequenza finita di passi non ambigui che risolve un problema (trasforma un input in un output) e termina.
• Programma: algoritmo scritto in un linguaggio di programmazione, eseguibile da un calcolatore.
• Un linguaggio ha una sintassi (quali testi sono programmi validi) e una semantica (che cosa fa un programma valido).

Esempio. La ricetta «somma i numeri da 1 a 3» è un algoritmo; sum(range(1, 4)) è un programma Python che lo realizza e restituisce 6.

Paradigmi

Un paradigma è un modo di strutturare il programma. Molti linguaggi ne supportano più di uno.

Definizione (paradigmi di programmazione)

Paradigma	Idea	Esempi
Imperativo	sequenza di istruzioni che modificano lo stato (variabili)	C, Python, assembly
Procedurale	imperativo organizzato in procedure/funzioni	C, Python
A oggetti	dati e operazioni raggruppati in oggetti; classi, incapsulamento, ereditarietà	Python, Java, C++
Funzionale	il programma è composizione di funzioni senza effetti collaterali; niente assegnamenti	Haskell; in parte Python (lambda, map, comprensioni)
Dichiarativo / logico	si descrive che cosa si vuole, non come ottenerlo	SQL, Prolog

Esempio. Nello stile funzionale sum(x * x for x in [3, 4, 7, 10] if x % 2 == 0) restituisce 116, come il ciclo imperativo con accumulatore.

Lo stesso calcolo (somma dei quadrati dei pari) in stile imperativo e funzionale:

nums = [3, 4, 7, 10]

# imperativo
tot = 0
for x in nums:
    if x % 2 == 0:
        tot += x * x

# funzionale (espressione, nessuna variabile modificata)
tot = sum(x * x for x in nums if x % 2 == 0)   # 116

Livello del linguaggio

• Basso livello: linguaggio macchina, assembly. Legati al processore, controllo totale.
• Alto livello: astrazioni (variabili con nome, strutture di controllo, funzioni, tipi), indipendenti dall'hardware. Il C è considerato di "medio" livello perché dà accesso diretto alla memoria (puntatori).

Compilazione e interpretazione

Definizione (compilatore e interprete)

	Compilatore	Interprete
Quando traduce	tutto il sorgente prima dell'esecuzione	istruzione per istruzione durante l'esecuzione
Prodotto	file eseguibile in linguaggio macchina	nessun eseguibile separato
Errori di tipo/sintassi	segnalati in compilazione	molti emergono solo quando la riga viene eseguita
Velocità	alta	più bassa
Esempio	gcc per il C	python

Esempio. gcc prog.c -o prog produce un eseguibile in linguaggio macchina; python prog.py compila in bytecode .pyc e lo interpreta.

CPython (l'implementazione standard di Python) è ibrida: compila il sorgente in bytecode (file .pyc in __pycache__) che poi una macchina virtuale interpreta.

Python e C a confronto

Nel corso si parte da Python per i concetti di base (tipi, controllo del flusso, funzioni, sequenze, algoritmi) e si passa al C per vedere come gli stessi concetti si realizzano più vicino alla macchina: vedi Dal Python al CStruttura di un programma C, compilazione con gcc (preprocessore, compilatore, linker), main e valore di ritorno, dichiarazioni con tipo statico, printf di base; corrispondenze con Python.Dal Python al C →.

Errori tipici

• Credere che "interpretato" significhi "senza traduzione": anche Python traduce, in bytecode.
• Confondere tipizzazione dinamica (Python: il tipo si controlla a run-time) con tipizzazione debole: Python è dinamico ma forte ("3" + 4 dà errore, non converte da solo).