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<title>C++, Python, Julia</title>
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<div class="reveal">
<div class="slides">
<section id="title-slide">
<h1 class="title">C++, Python, Julia</h1>
<p class="author">Maurizio Tomasi</p>
<p class="date">Università degli Studi di Milano</p>
</section>
<section id="c" class="slide level1">
<h1>C++</h1>
</section>
<section id="funzionamento-di-un-compilatore" class="slide level1">
<h1>Funzionamento di un compilatore</h1>
<ul>
<li>Un compilatore è un <em>traduttore</em>, che converte un linguaggio
in un altro.</li>
<li>I compilatori C++ come <code>g++</code> e <code>clang++</code>
convertono il C++ in <em>linguaggio macchina</em>.</li>
<li>Per capire come funziona un compilatore, bisogna comprendere il
linguaggio macchina delle CPU.</li>
</ul>
</section>
<section id="cosa-fa-la-cpu" class="slide level1">
<h1>Cosa fa la CPU</h1>
<ul>
<li>Esegue sequenze di istruzioni</li>
<li>Accede a periferiche attraverso dei <em>bus</em></li>
<li><strong>Accede alla memoria</strong>: fondamentale!</li>
</ul>
</section>
<section id="tipi-di-memoria" class="slide level1">
<h1>Tipi di memoria</h1>
<ul>
<li><strong>Memoria volatile</strong>:
<ul>
<li>Registro (qualche kB, 64 bit/ciclo)</li>
<li>Cache (128 kB–128 MB, 40-700 GB/s)</li>
<li>RAM (4–32 GB, 10 GB/s)</li>
</ul></li>
<li><strong>Memoria permanente</strong>:
<ul>
<li>Disco fisso SSD (1 GB/s)</li>
<li>Disco fisso HDD (120 MB/s)</li>
</ul></li>
</ul>
</section>
<section id="memoria-volatile" class="slide level1">
<h1>Memoria volatile</h1>
<dl>
<dt><strong>Registri</strong></dt>
<dd>
<p>Attraverso identificativi come <code>ebp</code>, <code>rsp</code>,
<code>eax</code>… (interi), <code>xmm0</code>, <code>xmm1</code>, …
(floating point)</p>
</dd>
<dt><strong>Cache</strong></dt>
<dd>
<p>Esclusiva pertinenza della CPU!</p>
</dd>
<dt><strong>RAM</strong></dt>
<dd>
<p><strong>RAM</strong>: la CPU richiede il dato al bus della memoria
specificando l’indirizzo numerico</p>
</dd>
</dl>
</section>
<section id="section" class="slide level1">
<h1></h1>
<table>
<tbody>
<tr class="odd">
<td><img data-src="images/criceto.jpg" height="128" /></td>
<td style="text-align: left;">Registri (6 kB)</td>
<td><img data-src="images/concorde.jpg" height="128" /></td>
</tr>
<tr class="even">
<td><img data-src="images/umbria.png" height="128" /></td>
<td style="text-align: left;">RAM (8 GB)</td>
<td><img data-src="images/corridori.jpg" height="128" /></td>
</tr>
<tr class="odd">
<td><img data-src="images/terra.jpg" height="128" /></td>
<td style="text-align: left;">HD SSD da 1 TB</td>
<td><img data-src="images/passeggiata.jpg" height="128" /></td>
</tr>
</tbody>
</table>
</section>
<section id="cosa-sa-fare-la-cpu" class="slide level1">
<h1>Cosa sa fare la CPU?</h1>
<ul>
<li>Calcoli elementari su interi</li>
<li>Calcoli elementari su floating-point</li>
<li>Confronti</li>
<li>Istruzioni di salto (<code>goto</code>)</li>
<li>Copia di dati da RAM a registri e viceversa</li>
<li>Comunicazione attraverso i bus: hard disk, scheda grafica, tastiera,
mouse, porte ethernet, etc.</li>
</ul>
</section>
<section id="cosa-non-sa-fare-la-cpu" class="slide level1">
<h1>Cosa <em>non</em> sa fare la CPU?</h1>
<ul>
<li>Cicli <code>for</code></li>
<li>Operazioni matematiche complesse (es.,
<code>2 * x + y / z</code>)</li>
<li>Gestione di dati complessi (array, stringhe, etc.)</li>
<li>Allocazione di memoria con <code>new</code> e
<code>delete</code></li>
<li>Funzioni con parametri</li>
<li>Classi</li>
<li>Molto altro!</li>
</ul>
</section>
<section id="assembler" class="slide level1">
<h1>Assembler</h1>
<ul>
<li><p>Un programma in linguaggio macchina è una sequenza di bit:
<code>0110101110…</code></p></li>
<li><p>Può essere «traslitterato» partendo dal linguaggio assembler
(usando compilatori come <a href="https://www.nasm.us/">NASM</a> e <a
href="https://yasm.tortall.net/">YASM</a>):</p>
<div class="sourceCode" id="cb1"><pre
class="sourceCode asm"><code class="sourceCode fasm"><span id="cb1-1"><a href="#cb1-1" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="bu">movapd</span> <span class="kw">xmm4</span><span class="op">,</span> <span class="kw">xmm1</span></span>
<span id="cb1-2"><a href="#cb1-2" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="bu">mulsd</span> <span class="kw">xmm5</span><span class="op">,</span> <span class="kw">xmm0</span></span>
<span id="cb1-3"><a href="#cb1-3" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="bu">mulsd</span> <span class="kw">xmm4</span><span class="op">,</span> <span class="kw">xmm1</span></span>
<span id="cb1-4"><a href="#cb1-4" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="cf">jle</span> <span class="op">.</span>L10</span>
<span id="cb1-5"><a href="#cb1-5" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="bu">movapd</span> <span class="kw">xmm6</span><span class="op">,</span> <span class="kw">xmm5</span></span></code></pre></div></li>
<li><p>Compilare da assembler a linguaggio macchina (e viceversa)
assomiglia a una «traslitterazione», come «πάντα ῥεῖ» ↔︎ «pánta rheî»,
più che a una «traduzione»</p></li>
</ul>
</section>
<section id="section-1" class="slide level1">
<h1></h1>
<ul>
<li><p>In passato, per molti computer era necessario programmare
direttamente in Assembler (ossia in linguaggio macchina). Solo poche
macchine offrivano nativamente linguaggi ad alto livello, come il
Commodore 64:</p>
<p><img data-src="./images/commodore64.jpg"
style="width:40.0%" /></p></li>
<li><p>Ma già dagli anni ’50 si erano sviluppati linguaggi <em>ad alto
livello</em>, come <strong>Lisp</strong> e <strong>Fortran</strong>, i
cui compilatori <em>traducono</em> (questa volta sì!) il codice in
linguaggio macchina</p></li>
</ul>
</section>
<section id="compilatori" class="slide level1">
<h1>Compilatori</h1>
<ul>
<li>Un compilatore traduce il codice di un linguaggio ad alto livello
(come il C++) in codice macchina</li>
<li>Trasforma cicli <code>for</code> in cicli che usano
<code>goto</code></li>
<li>Decide quando usare i registri e quando la RAM</li>
<li>Il compilatore deve conoscere l’assembler di ogni architettura.
Quelle più diffuse sono:
<ul>
<li>x86_64: usata nella maggior parte dei desktop e dei laptop</li>
<li>ARM: usata soprattutto nei cellulari e nei tablet, ma anche in
console di gioco (Nintendo Switch) e alcuni laptop (Chromebooks)</li>
<li>M1/M2/M3: simili ad ARM, sono montati sui computer Apple più
recenti</li>
</ul></li>
</ul>
</section>
<section id="compilatori-1" class="slide level1">
<h1>Compilatori</h1>
<ul>
<li><p>Fino agli anni ’90 i compilatori non producevano codice macchina
efficiente</p></li>
<li><p>A quei tempi era possibile quindi scrivere direttamente codice
assembler nei propri programmi C/C++/Pascal…</p>
<center>
<p><img data-src="./images/bp_asm.png" /></p>
</center></li>
</ul>
</section>
<section id="compilatori-2" class="slide level1">
<h1>Compilatori</h1>
<ul>
<li><p>Oggi siamo in una situazione completamente rovesciata!</p></li>
<li><p>Da un lato, le CPU più recenti usano ottimizzazioni molto
complesse, ed è quindi difficile per un programmatore umano scrivere
codice assembler che sfrutti efficientemente la macchina…</p></li>
<li><p>…e d’altra parte i compilatori moderni sono così sofisticati da
produrre codice macchina imbattibile!</p></li>
<li><p>Scrivere codice assembler è quindi una cosa che oggi non è
praticamente mai necessaria (e per giunta rende il codice poco
portabile)</p></li>
</ul>
</section>
<section id="esplorare-il-codice-assembler" class="slide level1">
<h1>Esplorare il codice assembler</h1>
<ul>
<li>Molti compilatori possono produrre file di testo con l’assembler
generato, prima della traduzione in linguaggio macchina</li>
<li>Se usate <code>gcc</code> e <code>clang</code>, esiste il flag
<code>-S</code></li>
<li>Potete fare esperimenti online sul sito <a
href="https://godbolt.org">godbolt.org</a> (che ho usato per le prossime
slide)</li>
</ul>
</section>
<section id="esempio-un-ciclo-for" class="slide level1">
<h1>Esempio: un ciclo <code>for</code></h1>
<table width="100%">
<tr>
<td>
<strong>C++</strong>
</td>
<td>
<strong>Assembler</strong> (x86_64)
</td>
</tr>
<tr>
<td>
<div class="sourceCode" id="cb2"><pre
class="sourceCode cpp"><code class="sourceCode cpp"><span id="cb2-1"><a href="#cb2-1" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="cf">for</span> <span class="op">(</span><span class="dt">int</span> i <span class="op">=</span> <span class="dv">0</span><span class="op">;</span> i <span class="op"><</span> n<span class="op">;</span> <span class="op">++</span>i<span class="op">)</span></span>
<span id="cb2-2"><a href="#cb2-2" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="op">{</span></span>
<span id="cb2-3"><a href="#cb2-3" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="co">// loop body</span></span>
<span id="cb2-4"><a href="#cb2-4" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="op">}</span></span></code></pre></div>
</td>
<td>
<div class="sourceCode" id="cb3"><pre
class="sourceCode asm"><code class="sourceCode fasm"><span id="cb3-1"><a href="#cb3-1" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="bu">mov</span> <span class="kw">ecx</span><span class="op">,</span> <span class="op">[</span>n<span class="op">]</span> <span class="co">; ecx ← n</span></span>
<span id="cb3-2"><a href="#cb3-2" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="bu">xor</span> <span class="kw">eax</span><span class="op">,</span> <span class="kw">eax</span> <span class="co">; eax ← 0 (there is no [i] here!)</span></span>
<span id="cb3-3"><a href="#cb3-3" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="fu">LoopTop:</span> <span class="co">; This is a *label*, not an instruction</span></span>
<span id="cb3-4"><a href="#cb3-4" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="bu">cmp</span> <span class="kw">eax</span><span class="op">,</span> <span class="kw">ecx</span> <span class="co">; if eax >= ecx…</span></span>
<span id="cb3-5"><a href="#cb3-5" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="cf">jge</span> LoopEnd <span class="co">; …then go to LoopEnd</span></span>
<span id="cb3-6"><a href="#cb3-6" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="co">; (loop body: DO NOT MODIFY ecx NOR eax!)</span></span>
<span id="cb3-7"><a href="#cb3-7" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="bu">add</span> <span class="kw">eax</span><span class="op">,</span> <span class="dv">1</span> <span class="co">; eax ← eax + 1</span></span>
<span id="cb3-8"><a href="#cb3-8" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="cf">jmp</span> LoopTop <span class="co">; Make the CPU jump back by `n` bytes</span></span>
<span id="cb3-9"><a href="#cb3-9" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="fu">LoopEnd:</span></span>
<span id="cb3-10"><a href="#cb3-10" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="co">; (etc.)</span></span></code></pre></div>
</td>
</tr>
</table>
</section>
<section id="uso-di-registri" class="slide level1">
<h1>Uso di registri</h1>
<ul>
<li><p>Per ogni dato, il compilatore deve decidere se usare un registro
o la RAM: nell’esempio, <code>n</code> era nella RAM mentre
<code>i</code> in un registro (<code>eax</code>)</p></li>
<li><p>Trovare la scelta ottimale è molto difficile (vedi <a
href="https://en.wikipedia.org/wiki/Register_allocation">Wikipedia</a>)</p></li>
<li><p>In passato il C/C++ offriva la parola chiave
<code>register</code> (oggi deprecata):</p>
<div class="sourceCode" id="cb4"><pre
class="sourceCode c"><code class="sourceCode c"><span id="cb4-1"><a href="#cb4-1" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="dt">void</span> fn<span class="op">(</span><span class="dt">void</span><span class="op">)</span> <span class="op">{</span></span>
<span id="cb4-2"><a href="#cb4-2" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="dt">int</span> a<span class="op">,</span> b<span class="op">;</span></span>
<span id="cb4-3"><a href="#cb4-3" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="dt">register</span> <span class="dt">int</span> i<span class="op">;</span> <span class="co">/* Put this variable in a register, if possible */</span></span>
<span id="cb4-4"><a href="#cb4-4" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="co">/* … */</span></span>
<span id="cb4-5"><a href="#cb4-5" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="op">}</span></span></code></pre></div></li>
</ul>
</section>
<section id="produrre-codice-assembler" class="slide level1">
<h1>Produrre codice assembler</h1>
<ul>
<li>Il compilatore <code>g++</code> si basa su <a
href="https://gcc.gnu.org/">GCC</a>, che implementa una serie di
algoritmi per capire quale sia il modo più performante di usare i
registri e ordinare le istruzioni</li>
<li>Il compilatore <code>clang</code> si basa sulla libreria <a
href="https://llvm.org/">LLVM</a>, che prende in input una descrizione
«ad alto livello» della sequenza di operazioni da eseguire e le traduce
in codice assembler ottimizzato</li>
</ul>
</section>
<section id="altri-linguaggi" class="slide level1">
<h1>Altri linguaggi</h1>
<ul>
<li><a href="https://gcc.gnu.org/">GCC</a> supporta molti linguaggi
oltre al C++, usando lo stesso generatore di codice assembler: C e
Objective-C (<code>gcc</code>), <a
href="https://wiki.dlang.org/GDC">D</a> (<code>gdc</code>), <a
href="https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-9.3.0/gccgo/">Go</a>
(<code>gccgo</code>), <a
href="https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-9.3.0/gfortran/">Fortran</a>
(<code>gfortran</code>), <a
href="https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-9.3.0/gnat_ugn/">Ada</a>
(<code>gnat</code>).</li>
<li>La libreria LLVM è impiegata da molti compilatori: <a
href="https://clang.llvm.org/">clang</a> (C/Objective-C/C++), <a
href="https://wiki.dlang.org/LDC">LDC</a> (D), <a
href="https://github.com/flang-compiler/flang">flang</a> (Fortran), <a
href="https://crystal-lang.org/">Crystal</a>, <a
href="https://swift.org/">Swift</a>, <a
href="https://www.rust-lang.org/">Rust</a>, <a
href="https://ziglang.org/">Zig</a>, <a
href="https://julialang.org/">Julia</a></li>
<li>Altri compilatori implementano un proprio generatore di codice
assembler: <a href="https://freepascal.org/">FreePascal</a>, <a
href="https://dlang.org/">DMD</a> (D), <a
href="https://golang.org/">Go</a>, <a
href="https://visualstudio.microsoft.com/vs/">Visual Studio</a> (C/C++),
etc.</li>
<li>Alcuni linguaggi, come <a href="https://nim-lang.org/">Nim</a>,
producono codice C, che va poi compilato da un compilatore C.</li>
</ul>
</section>
<section id="python" class="slide level1">
<h1>Python</h1>
</section>
<section id="lapproccio-di-python" class="slide level1">
<h1>L’approccio di Python</h1>
<ul>
<li>Python nasce all’inizio degli anni 90, 20 anni dopo il C e 7 dopo il
C++</li>
<li>Quando nasce il Python c’è la consapevolezza che i computer saranno
sempre più veloci: programmi «lenti» sono sempre meno un problema</li>
<li>L’approccio di Python è completamente diverso rispetto al C++: non è
più <strong>compilato</strong>, ma <strong>interpretato</strong></li>
<li>In campo scientifico si usa molto la distribuzione <strong>Anaconda
Python</strong></li>
</ul>
</section>
<section id="confronto-cpython" class="slide level1">
<h1>Confronto C++/Python</h1>
<table width="100%">
<tr>
<td>
<strong>C++</strong>
</td>
<td>
<strong>Python</strong>
</td>
</tr>
<tr>
<td>
<div class="sourceCode" id="cb5"><pre
class="sourceCode cpp"><code class="sourceCode cpp"><span id="cb5-1"><a href="#cb5-1" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="pp">#include </span><span class="im"><iostream></span></span>
<span id="cb5-2"><a href="#cb5-2" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a></span>
<span id="cb5-3"><a href="#cb5-3" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="dt">int</span> main<span class="op">()</span> <span class="op">{</span></span>
<span id="cb5-4"><a href="#cb5-4" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="dt">double</span> result<span class="op">{};</span></span>
<span id="cb5-5"><a href="#cb5-5" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="cf">for</span><span class="op">(</span><span class="dt">double</span> i<span class="op">{};</span> i <span class="op"><</span> <span class="dv">10'000'000</span><span class="op">;</span> i <span class="op">+=</span> <span class="dv">1</span><span class="op">)</span> <span class="op">{</span></span>
<span id="cb5-6"><a href="#cb5-6" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> result <span class="op">+=</span> i<span class="op">;</span></span>
<span id="cb5-7"><a href="#cb5-7" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="op">}</span></span>
<span id="cb5-8"><a href="#cb5-8" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="bu">std::</span>cout <span class="op"><<</span> result <span class="op"><<</span> <span class="st">"</span><span class="sc">\n</span><span class="st">"</span><span class="op">;</span></span>
<span id="cb5-9"><a href="#cb5-9" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="op">}</span></span></code></pre></div>
</td>
<td>
<div class="sourceCode" id="cb6"><pre
class="sourceCode python"><code class="sourceCode python"><span id="cb6-1"><a href="#cb6-1" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a>result <span class="op">=</span> <span class="bu">sum</span>(<span class="bu">range</span>(<span class="dv">10_000_000</span>))</span>
<span id="cb6-2"><a href="#cb6-2" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="bu">print</span>(result)</span></code></pre></div>
</td>
</tr>
</table>
<ul>
<li>Il programma Python è più veloce da scrivere e più semplice da
leggere</li>
<li>Il programma C++ richiede 33 ms per l’esecuzione, quello Python
150 ms (5 volte più lento!)</li>
</ul>
</section>
<section id="velocità-di-python" class="slide level1">
<h1>Velocità di Python</h1>
<ul>
<li>Python non crea programmi nel linguaggio macchina della CPU, ma
nell’assembler di una <strong>macchina virtuale</strong> (la «Python
virtual machine»)</li>
<li>Questo codice non viene eseguito dalla CPU ma da un programma C, che
lo converte <strong>in fase di esecuzione</strong> in una sequenza di
istruzioni in linguaggio macchina</li>
<li>Questo approccio è più lento, ma ha alcuni vantaggi significativi:
vediamoli in un esempio pratico</li>
</ul>
</section>
<section id="tipi-e-codice-macchina" class="slide level1">
<h1>Tipi e codice macchina</h1>
<ul>
<li><p>In C++, una istruzione come <code>x = a + b</code>, se
<code>a</code> e <code>b</code> sono interi, può essere convertita in
Assembler così:</p>
<div class="sourceCode" id="cb7"><pre
class="sourceCode asm"><code class="sourceCode fasm"><span id="cb7-1"><a href="#cb7-1" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="bu">mov</span> <span class="kw">rax</span><span class="op">,</span> <span class="dt">QWORD</span> <span class="dt">PTR</span> <span class="op">[</span><span class="kw">rbp</span><span class="op">-</span><span class="dv">24</span><span class="op">]</span> <span class="co">; rax = a</span></span>
<span id="cb7-2"><a href="#cb7-2" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="bu">add</span> <span class="kw">rax</span><span class="op">,</span> <span class="dt">QWORD</span> <span class="dt">PTR</span> <span class="op">[</span><span class="kw">rbp</span><span class="op">-</span><span class="dv">16</span><span class="op">]</span> <span class="co">; rax += b</span></span>
<span id="cb7-3"><a href="#cb7-3" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="bu">mov</span> <span class="dt">QWORD</span> <span class="dt">PTR</span> <span class="op">[</span><span class="kw">rbp</span><span class="op">-</span><span class="dv">8</span><span class="op">],</span> <span class="kw">rax</span> <span class="co">; x = rax</span></span></code></pre></div></li>
<li><p>Ma se <code>a</code> e <code>b</code> sono <code>double</code>,
diventa così:</p>
<div class="sourceCode" id="cb8"><pre
class="sourceCode asm"><code class="sourceCode fasm"><span id="cb8-1"><a href="#cb8-1" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="bu">movsd</span> <span class="kw">xmm0</span><span class="op">,</span> <span class="dt">QWORD</span> <span class="dt">PTR</span> <span class="op">[</span><span class="kw">rbp</span><span class="op">-</span><span class="dv">24</span><span class="op">]</span> <span class="co">; xmm0 = a</span></span>
<span id="cb8-2"><a href="#cb8-2" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="bu">movsd</span> <span class="kw">xmm1</span><span class="op">,</span> <span class="dt">QWORD</span> <span class="dt">PTR</span> <span class="op">[</span><span class="kw">rbp</span><span class="op">-</span><span class="dv">16</span><span class="op">]</span> <span class="co">; xmm1 = b</span></span>
<span id="cb8-3"><a href="#cb8-3" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="bu">addsd</span> <span class="kw">xmm0</span><span class="op">,</span> <span class="kw">xmm1</span> <span class="co">; xmm0 += xmm1</span></span>
<span id="cb8-4"><a href="#cb8-4" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="bu">movsd</span> <span class="dt">QWORD</span> <span class="dt">PTR</span> <span class="op">[</span><span class="kw">rbp</span><span class="op">-</span><span class="dv">8</span><span class="op">],</span> <span class="kw">xmm0</span> <span class="co">; x = xmm0</span></span></code></pre></div></li>
</ul>
</section>
<section id="section-2" class="slide level1">
<h1></h1>
<ul>
<li><p>Consideriamo ora questo programma Python:</p>
<div class="sourceCode" id="cb9"><pre
class="sourceCode python"><code class="sourceCode python"><span id="cb9-1"><a href="#cb9-1" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="kw">def</span> add(a, b): <span class="co"># Type for `a` and `b` is not specified!</span></span>
<span id="cb9-2"><a href="#cb9-2" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="cf">return</span> a <span class="op">+</span> b</span>
<span id="cb9-3"><a href="#cb9-3" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a></span>
<span id="cb9-4"><a href="#cb9-4" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="bu">print</span>(add(<span class="dv">1</span>, <span class="dv">3</span>)) <span class="co"># Result: 4</span></span>
<span id="cb9-5"><a href="#cb9-5" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="bu">print</span>(add(<span class="fl">1.0</span>, <span class="fl">3.0</span>)) <span class="co"># Result: 4.0</span></span>
<span id="cb9-6"><a href="#cb9-6" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="bu">print</span>(add(<span class="st">'a'</span>, <span class="st">'b'</span>)) <span class="co"># Result: 'ab'</span></span></code></pre></div></li>
<li><p>Come può Python compilare in un linguaggio assembler la funzione
<code>add</code>, visto che la somma può assumere significati
diversi?</p></li>
</ul>
</section>
<section id="compilazione-e-python" class="slide level1">
<h1>Compilazione e Python</h1>
<ul>
<li><p>In Python, l’istruzione <code>x = a + b</code> viene
<strong>sempre</strong> compilata così:</p>
<div class="sourceCode" id="cb10"><pre
class="sourceCode sh"><code class="sourceCode bash"><span id="cb10-1"><a href="#cb10-1" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="ex">load_fast</span> 0 <span class="co"># 0 stands for a stack = [a] 1 element</span></span>
<span id="cb10-2"><a href="#cb10-2" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="ex">load_fast</span> 1 <span class="co"># 1 stands for b stack = [a, b] 2 elements</span></span>
<span id="cb10-3"><a href="#cb10-3" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="ex">binary_add</span> <span class="co"># sum the last two nums stack = [c=a+b] 1 element</span></span>
<span id="cb10-4"><a href="#cb10-4" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="ex">store_fast</span> 2 <span class="co"># 2 stands for x stack = [] 0 elements</span></span></code></pre></div></li>
<li><p>Questi comandi assumono che ci sia un vettore di elementi
(chiamato <em>stack</em>) che venga mantenuto durante l’esecuzione, e
che <code>load_fast</code> e <code>store_fast</code> aggiungano e
tolgano elementi in coda al vettore.</p></li>
<li><p>Istruzioni come <code>binary_add</code> tolgono uno o più
elementi in coda al vettore, fanno un’operazione su di essi, e mettono
il risultato in coda al vettore</p></li>
</ul>
</section>
<section id="section-3" class="slide level1">
<h1></h1>
<p>Per eseguire il file <code>test.py</code>, occorre sempre chiamare
<code>python3</code>:</p>
<div class="sourceCode" id="cb11"><pre
class="sourceCode sh"><code class="sourceCode bash"><span id="cb11-1"><a href="#cb11-1" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="ex">python3</span> test.py</span></code></pre></div>
<p>Il programma <code>python3</code> è scritto in C, ed è più o meno
fatto così:</p>
<div class="sourceCode" id="cb12"><pre class="sourceCode c"><code class="sourceCode c"><span id="cb12-1"><a href="#cb12-1" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="dt">int</span> main<span class="op">(</span><span class="dt">int</span> argc<span class="op">,</span> <span class="dt">const</span> <span class="dt">char</span> argv<span class="op">[</span>argc <span class="op">+</span> <span class="dv">1</span><span class="op">])</span> <span class="op">{</span></span>
<span id="cb12-2"><a href="#cb12-2" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> initialize<span class="op">();</span></span>
<span id="cb12-3"><a href="#cb12-3" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a></span>
<span id="cb12-4"><a href="#cb12-4" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> PyProgram <span class="op">*</span> prog <span class="op">=</span> compile_to_bytecode<span class="op">(</span>argc<span class="op">,</span> argv<span class="op">);</span></span>
<span id="cb12-5"><a href="#cb12-5" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="cf">while</span><span class="op">(</span><span class="dv">1</span><span class="op">)</span> <span class="op">{</span> <span class="co">/* Run commands in sequence, like a real CPU */</span></span>
<span id="cb12-6"><a href="#cb12-6" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> PyCommand <span class="op">*</span> command <span class="op">=</span> get_next_bytecode<span class="op">(</span>prog<span class="op">);</span></span>
<span id="cb12-7"><a href="#cb12-7" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="cf">if</span> <span class="op">(!</span> run_command<span class="op">(</span>command<span class="op">))</span></span>
<span id="cb12-8"><a href="#cb12-8" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="cf">break</span><span class="op">;</span></span>
<span id="cb12-9"><a href="#cb12-9" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="op">}</span></span>
<span id="cb12-10"><a href="#cb12-10" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="cf">return</span> <span class="dv">0</span><span class="op">;</span></span>
<span id="cb12-11"><a href="#cb12-11" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="op">}</span></span></code></pre></div>
</section>
<section id="cosa-fa-run_command" class="slide level1">
<h1>Cosa fa <code>run_command</code></h1>
<ul>
<li><p>La funzione <code>run_command</code> esegue <em>una</em>
istruzione, e ogni volta che viene invocata deve capire come operare in
base al tipo di dato.</p></li>
<li><p>Verosimilmente, a seconda del comando che deve eseguire,
<code>run_command</code> chiama una funzione C che gestisce l’esecuzione
di quel particolare comando (<code>load_fast</code>,
<code>store_fast</code>, <code>binary_add</code>, …)</p></li>
</ul>
</section>
<section id="section-4" class="slide level1">
<h1></h1>
<p>Questa è una possibile implementazione per
<code>binary_add</code>:</p>
<div class="sourceCode" id="cb13"><pre class="sourceCode c"><code class="sourceCode c"><span id="cb13-1"><a href="#cb13-1" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="dt">void</span> binary_add<span class="op">(</span>PyObject <span class="op">*</span> val1<span class="op">,</span></span>
<span id="cb13-2"><a href="#cb13-2" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> PyObject <span class="op">*</span> val2<span class="op">,</span></span>
<span id="cb13-3"><a href="#cb13-3" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> PyObject <span class="op">*</span> result<span class="op">)</span> <span class="op">{</span></span>
<span id="cb13-4"><a href="#cb13-4" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="cf">if</span> <span class="op">(</span>isinteger<span class="op">(</span>val1<span class="op">)</span> <span class="op">&&</span> isinteger<span class="op">(</span>val2<span class="op">))</span> <span class="op">{</span></span>
<span id="cb13-5"><a href="#cb13-5" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="co">/* Sum two integers */</span></span>
<span id="cb13-6"><a href="#cb13-6" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="dt">int</span> v1 <span class="op">=</span> get_integer<span class="op">(</span>val1<span class="op">);</span></span>
<span id="cb13-7"><a href="#cb13-7" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="dt">int</span> v2 <span class="op">=</span> get_integer<span class="op">(</span>val2<span class="op">);</span></span>
<span id="cb13-8"><a href="#cb13-8" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> result<span class="op">.</span>set_type<span class="op">(</span>PY_INTEGER<span class="op">)</span></span>
<span id="cb13-9"><a href="#cb13-9" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> result<span class="op">.</span>set_integer<span class="op">(</span>v1 <span class="op">+</span> v2<span class="op">);</span></span>
<span id="cb13-10"><a href="#cb13-10" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="op">}</span> <span class="cf">else</span> <span class="cf">if</span> <span class="op">(</span>isreal<span class="op">(</span>val1<span class="op">)</span> <span class="op">&&</span> isreal<span class="op">(</span>val2<span class="op">))</span> <span class="op">{</span></span>
<span id="cb13-11"><a href="#cb13-11" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="co">/* Sum two floating-point numbers */</span></span>
<span id="cb13-12"><a href="#cb13-12" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="op">}</span> <span class="cf">else</span> <span class="op">{</span></span>
<span id="cb13-13"><a href="#cb13-13" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="co">/* ... */</span></span>
<span id="cb13-14"><a href="#cb13-14" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="op">}</span></span>
<span id="cb13-15"><a href="#cb13-15" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="op">}</span></span></code></pre></div>
</section>
<section id="vantaggi-di-python" class="slide level1">
<h1>Vantaggi di Python</h1>
<ul>
<li>Si esegue il codice senza bisogno di compilare prima → più facile
fare il debug</li>
<li>Non è necessario dichiarare variabili → codice più breve e veloce da
scrivere</li>
<li>Non si usano i file header (<code>.h</code>) → meno file da
gestire</li>
<li>Non si usano i Makefile → maggiore semplicità</li>
<li>Niente puntatori → minore possibilità di crash</li>
</ul>
</section>
<section id="svantaggi-di-python" class="slide level1">
<h1>Svantaggi di Python</h1>
<ul>
<li><p>Se le variabili non hanno tipo, sono possibili molti
errori</p></li>
<li><p>Quasi tutti gli errori capitano durante l’esecuzione: è quindi
più facile che vada in crash un programma Python piuttosto che un
programma C++. Esempio:</p>
<pre class="shell"><code>$ python3 test.py
Traceback (most recent call last):
File "/home/tomasi/test.py", line 1, in <module>
function_call(3.0)
NameError: name 'function_call' is not defined</code></pre></li>
<li><p><strong>I programmi sono molto più lenti del C++!</strong></p>
<div class="sourceCode" id="cb15"><pre
class="sourceCode python"><code class="sourceCode python"><span id="cb15-1"><a href="#cb15-1" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="cf">for</span> i <span class="kw">in</span> <span class="bu">range</span>(<span class="dv">1_000_000</span>): <span class="co"># Run this for i=0 to i=999_999</span></span>
<span id="cb15-2"><a href="#cb15-2" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> x[i] <span class="op">=</span> a[i] <span class="op">+</span> b[i] <span class="co"># Every time Python checks the types of `x`, `a`, `b`</span></span></code></pre></div></li>
</ul>
</section>
<section id="comodità-di-python" class="slide level1">
<h1>Comodità di Python</h1>
<ul>
<li>Python non viene certo usato per scrivere codice che funziona
<strong>velocemente</strong>, ma per scrivere codice
<strong>rapidamente</strong>!</li>
<li>A differenza del C++, il linguaggio supporta molte funzionalità di
alto livello</li>
</ul>
</section>
<section id="esempio" class="slide level1">
<h1>Esempio</h1>
<ul>
<li><p>Supponiamo di avere un file, <code>test.txt</code>, contenente
questi dati:</p>
<pre><code># This is a comment
#
# sensor temperature
upper_flange 301.76
lower_flange 270.1
horn 290.81
detector 85.3</code></pre></li>
<li><p>Esso contiene delle temperature registrate da termometri
installati in uno strumento</p></li>
<li><p>Vogliamo scrivere un programma che stampi a video i nomi dei
sensori, ordinati secondo la temperatura dal più freddo al più caldo. Il
codice deve ignorare spazi, commenti e linee vuote</p></li>
</ul>
</section>
<section id="soluzione-dellesercizio" class="slide level1">
<h1>Soluzione dell’esercizio</h1>
<div class="sourceCode" id="cb17"><pre
class="sourceCode python"><code class="sourceCode python"><span id="cb17-1"><a href="#cb17-1" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="cf">with</span> <span class="bu">open</span>(<span class="st">"test.txt"</span>, <span class="st">"rt"</span>) <span class="im">as</span> inpf:</span>
<span id="cb17-2"><a href="#cb17-2" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> lines <span class="op">=</span> [x.strip() <span class="cf">for</span> x <span class="kw">in</span> inpf.readlines()] <span class="co"># lines = { x.strip | x ∈ inpf.readlines }</span></span>
<span id="cb17-3"><a href="#cb17-3" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a></span>
<span id="cb17-4"><a href="#cb17-4" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="co"># Remove from "lines" empty lines and comments</span></span>
<span id="cb17-5"><a href="#cb17-5" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a>lines <span class="op">=</span> [x <span class="cf">for</span> x <span class="kw">in</span> lines <span class="cf">if</span> x <span class="op">!=</span> <span class="st">""</span> <span class="kw">and</span> x[<span class="dv">0</span>] <span class="op">!=</span> <span class="st">"#"</span>]</span>
<span id="cb17-6"><a href="#cb17-6" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a></span>
<span id="cb17-7"><a href="#cb17-7" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="co"># Split each line in two</span></span>
<span id="cb17-8"><a href="#cb17-8" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a>pairs <span class="op">=</span> [x.split() <span class="cf">for</span> x <span class="kw">in</span> lines]</span>
<span id="cb17-9"><a href="#cb17-9" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a></span>
<span id="cb17-10"><a href="#cb17-10" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="cf">for</span> sensor, temp <span class="kw">in</span> <span class="bu">sorted</span>(pairs, key<span class="op">=</span><span class="kw">lambda</span> x: <span class="bu">float</span>(x[<span class="dv">1</span>])):</span>
<span id="cb17-11"><a href="#cb17-11" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="bu">print</span>(<span class="ss">f"</span><span class="sc">{</span>sensor<span class="sc">:20}</span><span class="ss"> (T = </span><span class="sc">{</span>temp<span class="sc">}</span><span class="ss"> K)"</span>)</span></code></pre></div>
<pre><code>detector (T = 85.3 K)
lower_flange (T = 270.1 K)
horn (T = 290.81 K)
upper_flange (T = 301.76 K)</code></pre>
</section>
<section id="quando-usare-python" class="slide level1">
<h1>Quando usare Python?</h1>
<ul>
<li>Se un programma non richiede molti calcoli complessi, Python è
solitamente la scelta migliore</li>
<li>Se un programma Python è 100 volte più lento di un programma C++, ma
completa sempre l’esecuzione in 0,1 secondi, vale la pena
velocizzarlo?</li>
<li>Scrivere programmi in Python è molto più veloce che scriverli in
C++</li>
</ul>
</section>
<section id="python-nel-calcolo-scientifico" class="slide level1">
<h1>Python nel calcolo scientifico</h1>
<ul>
<li>È possibile usare Python per simulazioni Monte Carlo? O per calcoli
numerici su milioni di elementi?</li>
<li>Python permette di invocare funzioni scritte in C e in Fortran</li>
<li>Negli anni sono state sviluppate librerie Python molto potenti per
il calcolo scientifico: <a href="https://numpy.org/">NumPy</a>, <a
href="https://numba.pydata.org/">Numba</a>, <a
href="https://www.numfys.net/howto/F2PY/">f2py</a>, <a
href="https://cython.org/">Cython</a>, <a
href="https://dask.org/">Dask</a>, <a
href="https://pandas.pydata.org/">Pandas</a>…</li>
<li>Lo svantaggio è che queste librerie scientifiche sono spesso
<strong>poco integrate</strong> col linguaggio</li>
</ul>
</section>
<section id="julia" class="slide level1">
<h1>Julia</h1>
</section>
<section id="cosè-julia" class="slide level1">
<h1>Cos’è Julia?</h1>
<ul>
<li><a href="https://julialang.org/">julialang.org</a></li>
<li>Linguaggio molto recente (versione 0.1 rilasciata a Febbraio
2013)</li>
<li>Pensato espressamente per il calcolo scientifico</li>
<li>Veloce come C++ e facile come Python…?</li>
<li>Versione corrente: 1.10.2</li>
</ul>
</section>
<section id="dove-si-colloca-julia" class="slide level1">
<h1>Dove si colloca Julia?</h1>
<dl>
<dt>Compilatori</dt>
<dd>
<p>C, C++, FreePascal, gfortran, Rust, GNAT Ada, Nim, …</p>
</dd>
<dt>Interpreti</dt>
<dd>
<p>CPython, R, Matlab, IDL, …</p>
</dd>
<dt>Just-in-time compilers</dt>
<dd>
<p>Java, Kotlin, C#, LuaJIT, Julia, etc.</p>
</dd>
</dl>
</section>
<section id="un-assaggio-del-linguaggio" class="slide level1">
<h1>Un assaggio del linguaggio</h1>
<p><asciinema-player src="./asciinema/julia-first-example-83x23.asciinema" cols="83" rows="23" font-size="medium"></asciinema-player></p>
</section>
<section id="confronto-pythonjulia" class="slide level1">
<h1>Confronto Python/Julia</h1>
<table width="100%">
<tr>
<td>
<strong>Python</strong>
</td>
<td>
<strong>Julia</strong>
</td>
</tr>
<tr>
<td>
<div class="sourceCode" id="cb19"><pre
class="sourceCode python"><code class="sourceCode python"><span id="cb19-1"><a href="#cb19-1" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="kw">def</span> mysum(a, b):</span>
<span id="cb19-2"><a href="#cb19-2" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="cf">return</span> a <span class="op">+</span> b</span>
<span id="cb19-3"><a href="#cb19-3" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a></span>
<span id="cb19-4"><a href="#cb19-4" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="co"># mysum(1, 2)</span></span>
<span id="cb19-5"><a href="#cb19-5" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="co"># mysum(1.0, 2.0)</span></span>
<span id="cb19-6"><a href="#cb19-6" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="co"># etc.</span></span></code></pre></div>
</td>
<td>
<div class="sourceCode" id="cb20"><pre
class="sourceCode julia"><code class="sourceCode julia"><span id="cb20-1"><a href="#cb20-1" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="fu">mysum</span>(a, b) <span class="op">=</span> a <span class="op">+</span> b</span>
<span id="cb20-2"><a href="#cb20-2" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a></span>
<span id="cb20-3"><a href="#cb20-3" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="co"># Equivalente:</span></span>
<span id="cb20-4"><a href="#cb20-4" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="co"># function mysum(a, b)</span></span>
<span id="cb20-5"><a href="#cb20-5" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="co"># a + b</span></span>
<span id="cb20-6"><a href="#cb20-6" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="co"># end</span></span>
<span id="cb20-7"><a href="#cb20-7" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a></span>
<span id="cb20-8"><a href="#cb20-8" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="co"># mysum(1, 2)</span></span>
<span id="cb20-9"><a href="#cb20-9" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="co"># mysum(1.0, 2.0)</span></span></code></pre></div>
</td>
</tr>
</table>
<p>Julia ha le medesime performance del C++, ma com’è possibile se come
per Python in Julia non si specificano i tipi?</p>
</section>
<section id="compilazione-in-julia" class="slide level1">
<h1>Compilazione in Julia</h1>
<ul>
<li><p>Julia, a differenza di Python, compila il codice in linguaggio
macchina. Ma la compilazione viene effettuata <strong>la prima volta che
si chiede di eseguire una funzione</strong>.</p></li>
<li><p>Per esempio, nel momento in cui si scrive
<code>mysum(1, 2)</code>, Julia esegue la compilazione assumendo che
<code>a</code> e <code>b</code> siano due interi.</p></li>
<li><p>A differenza del C++, la compilazione non viene fatta su un
intero file, ma sulle <strong>singole funzioni</strong>: se una funzione
non viene mai chiamata, non viene mai compilata in linguaggio
macchina.</p></li>
</ul>
</section>
<section id="sessione-interattiva" class="slide level1">
<h1>Sessione interattiva</h1>
<p><asciinema-player src="./asciinema/julia-compilation-83×23.asciinema" cols="83" rows="23" font-size="medium"></asciinema-player></p>
</section>
<section id="abbandono-della-programmazione-oop" class="slide level1">
<h1>Abbandono della programmazione OOP</h1>
</section>
<section id="oop-e-julia" class="slide level1">
<h1>OOP e Julia</h1>
<ul>
<li><p>Julia <strong>non</strong> implementa i costrutti
<em>object-oriented</em> del C++: non ci sono classi né metodi
virtuali.</p></li>
<li><p>L’approccio OOP si è infatti dimostrato negli anni poco adatto
per il calcolo scientifico. Consideriamo ad esempio
<code>FunzioneBase</code>, che ci è servita molte volte:</p>
<div class="sourceCode" id="cb21"><pre
class="sourceCode cpp"><code class="sourceCode cpp"><span id="cb21-1"><a href="#cb21-1" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="kw">class</span> FunzioneBase <span class="op">{</span></span>
<span id="cb21-2"><a href="#cb21-2" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="kw">public</span><span class="op">:</span></span>
<span id="cb21-3"><a href="#cb21-3" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="kw">virtual</span> <span class="dt">double</span> Eval<span class="op">(</span><span class="dt">double</span> x<span class="op">)</span> <span class="at">const</span> <span class="op">=</span> <span class="dv">0</span><span class="op">;</span></span>
<span id="cb21-4"><a href="#cb21-4" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="op">};</span></span></code></pre></div>
<p>e vediamone i limiti nell’ipotesi di voler rendere il codice più
versatile.</p></li>
</ul>
</section>
<section id="propagazione-degli-errori" class="slide level1">
<h1>Propagazione degli errori</h1>
<ul>
<li><p>Abbiamo visto che, per studiare come gli errori si propagano nel
codice, un buon metodo è quello di eseguire una simulazione Monte
Carlo</p></li>
<li><p>Ma queste simulazioni possono essere molto lente da eseguire,
soprattutto se il modello è complesso!</p></li>
<li><p>Per certi calcoli sarebbe sufficiente la propagazione degli
errori</p></li>
</ul>
</section>
<section id="la-classe-measurement" class="slide level1">
<h1>La classe <code>Measurement</code></h1>
<div class="sourceCode" id="cb22"><pre
class="sourceCode cpp"><code class="sourceCode cpp"><span id="cb22-1"><a href="#cb22-1" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="kw">struct</span> Measurement <span class="op">{</span></span>
<span id="cb22-2"><a href="#cb22-2" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="dt">double</span> value<span class="op">;</span></span>
<span id="cb22-3"><a href="#cb22-3" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="dt">double</span> error<span class="op">;</span></span>
<span id="cb22-4"><a href="#cb22-4" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a></span>
<span id="cb22-5"><a href="#cb22-5" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> Measurement<span class="op">(</span><span class="dt">double</span> v<span class="op">,</span> <span class="dt">double</span> e<span class="op">)</span> <span class="op">:</span> value<span class="op">{</span>v<span class="op">},</span> error<span class="op">{</span>e<span class="op">}</span> <span class="op">{}</span></span>
<span id="cb22-6"><a href="#cb22-6" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="op">};</span></span>
<span id="cb22-7"><a href="#cb22-7" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a></span>
<span id="cb22-8"><a href="#cb22-8" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a>Measurement <span class="kw">operator</span><span class="op">+(</span>Measurement a<span class="op">,</span> Measurement b<span class="op">)</span> <span class="op">{</span></span>
<span id="cb22-9"><a href="#cb22-9" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="cf">return</span> Measurement<span class="op">{</span>a<span class="op">.</span>value <span class="op">+</span> b<span class="op">.</span>value<span class="op">,</span> sqrt<span class="op">(</span>pow<span class="op">(</span>a<span class="op">.</span>error<span class="op">,</span> <span class="dv">2</span><span class="op">)</span> <span class="op">+</span> pow<span class="op">(</span>b<span class="op">.</span>error<span class="op">,</span> <span class="dv">2</span><span class="op">))};</span></span>
<span id="cb22-10"><a href="#cb22-10" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="op">}</span></span>
<span id="cb22-11"><a href="#cb22-11" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a></span>
<span id="cb22-12"><a href="#cb22-12" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="co">// Do the same for the other operators: -, *, /, sin, cos…</span></span></code></pre></div>
</section>
<section id="integrali-e-measurement" class="slide level1">
<h1>Integrali e <code>Measurement</code></h1>
<ul>
<li><p>Supponiamo ora che io voglia calcolare lo zero o l’integrale di
una funzione derivata da <code>FunzioneBase</code>.</p></li>
<li><p>Mi è impossibile usare <code>Measurement</code> nella nostra
<code>FunzioneBase</code>, perché essa lavora solo con il tipo
<code>double</code>:</p>
<div class="sourceCode" id="cb23"><pre
class="sourceCode cpp"><code class="sourceCode cpp"><span id="cb23-1"><a href="#cb23-1" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="kw">virtual</span> <span class="dt">double</span> Eval<span class="op">(</span><span class="dt">double</span> x<span class="op">)</span> <span class="at">const</span> <span class="op">=</span> <span class="dv">0</span><span class="op">;</span></span></code></pre></div>
<p>Anche qualsiasi classe derivata deve quindi usare i
<code>double</code>.</p></li>
</ul>
</section>
<section id="soluzione" class="slide level1">
<h1>Soluzione</h1>
<ul>
<li><p>Se <code>FunzioneBase</code> fosse una classe di ROOT (quindi
immodificabile), sarei spacciato: non potrei usare
<code>Measurement</code> con essa!</p></li>
<li><p>Se invece fossi <strong>io</strong> l’autore di
<code>FunzioneBase</code> (ed è così!), potrei allora modificare il
codice. Ma così non potrei più compilare i miei vecchi programmi che
usavano la versione con i <code>double</code>.</p></li>
<li><p>Potrei fare una copia della classe e modificare quella, ma se in
futuro correggessi bug o apportassi miglioramenti a
<code>FunzioneBase</code>, dovrei ricordarmi di aggiornare
entrambe.</p></li>
</ul>
</section>
<section id="passo-successivo" class="slide level1">
<h1>Passo successivo</h1>
<ul>
<li><p>Supponiamo ora di aver implementato una classe
<code>UnitValue</code> che combini valori e unità di misura, e ne
verifichi la consistenza:</p>
<div class="sourceCode" id="cb24"><pre
class="sourceCode cpp"><code class="sourceCode cpp"><span id="cb24-1"><a href="#cb24-1" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a>UnitValue speed<span class="op">{</span><span class="fl">2.0</span><span class="op">,</span> <span class="st">"m/s"</span><span class="op">};</span></span>
<span id="cb24-2"><a href="#cb24-2" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a>UnitValue start_pos<span class="op">{</span><span class="fl">3.5</span><span class="op">,</span> <span class="st">"m"</span><span class="op">};</span></span>
<span id="cb24-3"><a href="#cb24-3" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a>UnitValue time<span class="op">{</span><span class="fl">6.0</span><span class="op">,</span> <span class="st">"s"</span><span class="op">};</span></span>
<span id="cb24-4"><a href="#cb24-4" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a></span>
<span id="cb24-5"><a href="#cb24-5" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="co">// This triggers an error: it should have been speed * time, not speed / time</span></span>
<span id="cb24-6"><a href="#cb24-6" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a>UnitValue final_pos<span class="op">{</span>start_pos <span class="op">+</span> speed <span class="op">/</span> time<span class="op">};</span></span></code></pre></div></li>
<li><p>Mi piacerebbe usarla insieme alla mia classe
<code>Measurement</code> che propaga gli errori, ma non posso: sia
<code>value</code> che <code>error</code> sono variabili
<code>double</code>!</p></li>
<li><p>Se però modifico <code>Measurement</code>, rischio che la mia
nuova versione di <code>FunzioneBase</code> non funzioni più!</p></li>
</ul>
</section>
<section id="la-soluzione-di-julia" class="slide level1">
<h1>La soluzione di Julia</h1>
<ul>
<li><p>In Julia non si definisce il tipo dei parametri: si può quindi
passare anche tipi «nuovi» a funzioni «vecchie».</p></li>
<li><p>In effetti, questo si può fare con due librerie già esistenti: <a
href="https://github.com/JuliaPhysics/Measurements.jl">Measurements.jl</a>
e <a
href="https://painterqubits.github.io/Unitful.jl/stable/">Unitful.jl</a></p>
<div class="sourceCode" id="cb25"><pre
class="sourceCode julia"><code class="sourceCode julia"><span id="cb25-1"><a href="#cb25-1" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="im">using</span> <span class="bu">Measurements</span>, <span class="bu">Unitful</span></span>
<span id="cb25-2"><a href="#cb25-2" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a></span>
<span id="cb25-3"><a href="#cb25-3" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a>speed <span class="op">=</span> (<span class="fl">2.0</span> <span class="op">±</span> <span class="fl">0.1</span>)u<span class="st">"m/s"</span> <span class="co"># Use 'u' followed by a string to define the unit</span></span>
<span id="cb25-4"><a href="#cb25-4" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a>start_pos <span class="op">=</span> (<span class="fl">3.5</span> <span class="op">±</span> <span class="fl">0.1</span>)u<span class="st">"m"</span></span>
<span id="cb25-5"><a href="#cb25-5" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a>time <span class="op">=</span> (<span class="fl">6.0</span> <span class="op">±</span> <span class="fl">0.5</span>)u<span class="st">"s"</span></span>
<span id="cb25-6"><a href="#cb25-6" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a></span>
<span id="cb25-7"><a href="#cb25-7" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a>final_pos <span class="op">=</span> start_pos <span class="op">+</span> speed <span class="op">/</span> time</span>
<span id="cb25-8"><a href="#cb25-8" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="co"># ERROR: DimensionError: 3.5 ± 0.1 m and 0.333 ± 0.032 m s^-2</span></span>
<span id="cb25-9"><a href="#cb25-9" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="co"># are not dimensionally compatible.</span></span>
<span id="cb25-10"><a href="#cb25-10" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a></span>
<span id="cb25-11"><a href="#cb25-11" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a>final_pos <span class="op">=</span> start_pos <span class="op">+</span> speed <span class="op">*</span> time <span class="co"># Ok, the result is 15.5 ± 1.2 m</span></span></code></pre></div></li>
</ul>
</section>
<section id="la-soluzione-del-c" class="slide level1">
<h1>La soluzione del C++</h1>
<ul>
<li><p>In realtà, anche in C++ è possibile ottenere la versatilità di
Julia, ma bisogna abbandonare l’approccio OOP.</p></li>
<li><p>Se si definisse <code>UnitValue</code> come una classe template,
si potrebbe combinare con la classe <code>Measurement</code>:</p>
<div class="sourceCode" id="cb26"><pre
class="sourceCode cpp"><code class="sourceCode cpp"><span id="cb26-1"><a href="#cb26-1" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="kw">template</span><span class="op"><</span><span class="kw">typename</span> T<span class="op">></span> <span class="kw">struct</span> UnitValue <span class="op">{</span></span>
<span id="cb26-2"><a href="#cb26-2" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> T value<span class="op">;</span></span>
<span id="cb26-3"><a href="#cb26-3" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="bu">std::</span>string unit<span class="op">;</span></span>
<span id="cb26-4"><a href="#cb26-4" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="op">};</span></span>
<span id="cb26-5"><a href="#cb26-5" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a></span>
<span id="cb26-6"><a href="#cb26-6" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a>UnitValue start_pos<span class="op">{</span>Measurement<span class="op">{</span><span class="fl">2.0</span><span class="op">,</span> <span class="fl">0.1</span><span class="op">},</span> <span class="st">"m"</span><span class="op">};</span></span>
<span id="cb26-7"><a href="#cb26-7" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="co">// …and so on</span></span></code></pre></div></li>
<li><p>Di fatto, le librerie scientifiche moderne in C++ non usano più
approcci OOP come ROOT, ma sono basate sui template (<a
href="https://arma.sourceforge.net/">Armadillo</a>…)</p></li>
</ul>
</section>
<section id="omoiconicità-di-julia" class="slide level1">
<h1>Omoiconicità di Julia</h1>
</section>
<section id="julia-e-le-macro" class="slide level1">
<h1>Julia e le macro</h1>
<ul>
<li><p>Julia è un linguaggio <em>omoiconico</em> (“medesima
rappresentazione”), che significa che codice e variabili hanno la stessa
rappresentazione.</p></li>
<li><p>Questa è una caratteristica mutuata dal linguaggio Scheme, da cui
gli sviluppatori di Julia hanno preso spesso ispirazione. (Il cuore del
compilatore di Julia è scritto in un dialetto di Scheme!)</p></li>
<li><p>Le macro sono apparentemente simili alle funzioni del C++, ma
hanno una importante differenza.</p></li>
</ul>
</section>
<section id="esempio-di-funzione" class="slide level1">
<h1>Esempio di funzione</h1>
<p>Consideriamo una funzione che accetta come argomento un intero
<code>x</code>, e stampa <code>"A"</code> se <code>x</code> è maggiore
di 2, <code>"B"</code> altrimenti.</p>
<table width="100%">
<tr>
<td>
<strong>C++</strong>
</td>
<td>
<strong>Julia</strong>
</td>
</tr>
<tr>
<td>
<div class="sourceCode" id="cb27"><pre
class="sourceCode cpp"><code class="sourceCode cpp"><span id="cb27-1"><a href="#cb27-1" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="dt">void</span> f<span class="op">(</span><span class="dt">int</span> x<span class="op">)</span> <span class="op">{</span></span>
<span id="cb27-2"><a href="#cb27-2" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="cf">if</span><span class="op">(</span>x <span class="op">></span> <span class="dv">2</span><span class="op">)</span> <span class="op">{</span></span>
<span id="cb27-3"><a href="#cb27-3" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="bu">std::</span>cout <span class="op"><<</span> <span class="st">"A</span><span class="sc">\n</span><span class="st">"</span><span class="op">;</span></span>
<span id="cb27-4"><a href="#cb27-4" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="op">}</span> <span class="cf">else</span> <span class="op">{</span></span>
<span id="cb27-5"><a href="#cb27-5" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="bu">std::</span>cout <span class="op"><<</span> <span class="st">"B</span><span class="sc">\n</span><span class="st">"</span><span class="op">;</span></span>
<span id="cb27-6"><a href="#cb27-6" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="op">}</span></span>
<span id="cb27-7"><a href="#cb27-7" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="op">}</span></span></code></pre></div>
</td>
<td>
<div class="sourceCode" id="cb28"><pre
class="sourceCode julia"><code class="sourceCode julia"><span id="cb28-1"><a href="#cb28-1" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="kw">function</span> <span class="fu">f</span>(x)</span>
<span id="cb28-2"><a href="#cb28-2" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="cf">if</span> x <span class="op">></span> <span class="fl">2</span></span>
<span id="cb28-3"><a href="#cb28-3" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="fu">println</span>(<span class="st">"A"</span>)</span>
<span id="cb28-4"><a href="#cb28-4" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="cf">else</span></span>
<span id="cb28-5"><a href="#cb28-5" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="fu">println</span>(<span class="st">"B"</span>)</span>
<span id="cb28-6"><a href="#cb28-6" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="cf">end</span></span>
<span id="cb28-7"><a href="#cb28-7" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="kw">end</span></span></code></pre></div>
</td>
</tr>
</table>
</section>
<section id="esempio-di-macro" class="slide level1">
<h1>Esempio di macro</h1>
<ul>
<li><p>Supponiamo ora di affrontare un problema apparentemente
simile.</p></li>
<li><p>Vogliamo scrivere una funzione che accetta come argomento un
parametro <code>x</code>, e stampa <code>"A"</code> solo se
<code>x</code> è stato calcolato usando una somma, altrimenti
<code>"B"</code>.</p>
<div class="sourceCode" id="cb29"><pre
class="sourceCode cpp"><code class="sourceCode cpp"><span id="cb29-1"><a href="#cb29-1" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="dt">void</span> f<span class="op">(</span><span class="dt">int</span> a<span class="op">)</span> <span class="op">{</span></span>
<span id="cb29-2"><a href="#cb29-2" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> <span class="co">// ????</span></span>
<span id="cb29-3"><a href="#cb29-3" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="op">}</span></span>
<span id="cb29-4"><a href="#cb29-4" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a></span>
<span id="cb29-5"><a href="#cb29-5" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="dt">int</span> main<span class="op">()</span> <span class="op">{</span></span>
<span id="cb29-6"><a href="#cb29-6" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> f<span class="op">(</span><span class="dv">2</span> <span class="op">+</span> <span class="dv">2</span><span class="op">);</span> <span class="co">// Should print "A"</span></span>
<span id="cb29-7"><a href="#cb29-7" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a> f<span class="op">(</span><span class="dv">2</span> <span class="op">*</span> <span class="dv">2</span><span class="op">);</span> <span class="co">// Should print "B"</span></span>
<span id="cb29-8"><a href="#cb29-8" aria-hidden="true" tabindex="-1"></a><span class="op">}</span></span></code></pre></div></li>
</ul>
</section>
<section id="problema-col-c" class="slide level1">
<h1>Problema col C++</h1>
<ul>
<li>Dovremmo usare una istruzione <code>if</code>, ma questa in C++ può
essere usata solo per confrontare il valore di <em>variabili</em></li>