Piccolo manuale di LibreLogo/Incapsulare

Subroutine – Funzioni – Procedure

Riprendiamo il disegno del quadrato, così come lo avevamo fatto a pag. 27, usando le variabili:

CLEARSCREEN HOME LATO = 100 ANGOLO = 90 FORWARD LATO RIGHT ANGOLO FORWARD LATO RIGHT ANGOLO FORWARD LATO RIGHT ANGOLO FORWARD LATO HIDETURTLE

Abbiamo visto come siano comode le variabili, ad esempio per cambiare le dimensioni del disegno: se vogliamo fare un quadrato di lato 50 anziché 100 basta cambiare l'istruzione LATO = 100 in LATO = 50, invece di cambiare l'argomento di tutte e quattro le istruzioni FORWARD. Tuttavia, se vogliamo disegnare più quadrati, magari di diverse dimensioni e in parti diverse del foglio, dobbiamo riscrivere tutto il blocco di istruzioni, una volta per ogni quadrato. Possiamo ricorrere alle ripetizioni, in modo da ripetere tutto il blocco di istruzioni, cambiando solo ciò che serve ad ogni ciclo, ma non è detto che si possa ricorrere sempre a questo metodo con profitto. Inoltre, abbiamo già osservato come sia importante scrivere un codice chiaro e ordinato. Quasi sempre la concisione è una virtù. È qui che vengono in aiuto le “subroutine”, che in altri linguaggi sono dette “funzioni” e in altri ancora “metodi”, ma il concetto di base è lo stesso. L'idea consiste nell'incapsulare una sezione di codice che serva ad un compito ben definito, in modo che questa possa essere impiegata semplicemente invocando una sola istruzione. È un accorgimento straordinariamente potente che consente di semplificare grandemente la scrittura del codice, e di conseguenza, di ridurre la probabilità di commettere errori.

Nel codice accanto, l'istruzione TO QUADRATO segna l'inizio della subroutine e l'istruzione END la fine. La parte in blu contiene il codice della subroutine. Nell'istruzione di inizio, TO QUADRATO, la parte TO è la dichiarazione di inizio della subroutine, mentre QUADRATO rappresenta il nome che abbiamo deciso di darle. È importante capire che quando si chiede a LibreLogo di eseguire uno script, le parti di codice comprese fra TO e END non vengono eseguite ma solo “imparate”. Nel codice restante, quando LibreLogo arriva all'istruzione QUADRATO, in realtà va a eseguire le istruzioni blu della subroutine, poi continua con le seguenti. Ecco quindi che le subroutine sono un metodo per inventarsi delle istruzioni nuove, che ci dà la possibilità di arricchire a piacimento il linguaggio. Naturalmente, l'istruzione QUADRATO funziona solo perché nello script è incluso il codice che la esprime, fra TO e END.

CLEARSCREEN; operazioni di preparazione HOME; che vengono eseguite subito SHOWTURTLE ; subroutine QUADRATO: viene solo “imparata” ma non eseguita TO QUADRATO LATO = 100; fisso il lato del quadrato ANGOLO = 90; angolo di rotazione ai vertici FORWARD LATO; primo lato RIGHT ANGOLO; giro di 90° a destra, ecc. FORWARD LATO RIGHT ANGOLO FORWARD LATO RIGHT ANGOLO FORWARD LATO END ; script che viene eseguito QUADRATO; qui si eseguono le istruzioni blu PENUP FORWARD 100 PENDOWN QUADRATO; qui si eseguono le istruzioni blu

Se provassimo ad utilizzarla in un altro script allora LibreLogo darebbe un errore. Ecco il risultato del codice precedente:

In realtà a noi piacerebbe controllare meglio il modo con cui vengono disegnati i quadrati, per esempio determinando la lunghezza del lato. Questo si può fare assegnando degli argomenti alla subroutine:

Qui, dopo la dichiarazione del nome della subroutine, abbiamo introdotto l'argomento LATO. Nel codice successivo alla subroutine, l'istruzione QUADRATO viene invocata con un argomento, pari a 100 la prima volta e 50 la seconda. Ricapitolando, quando si fa eseguire il codice, premendo il tasto PLAY , LibreLogo esegue le prime tre istruzioni, poi “impara” tutte quelle contenute nella subroutine QUADRATO; quindi esegue le istruzioni sottostanti, invocando QUADRATO con un valore LATO di 100, spostandosi e poi di nuovo QUADRATO con un valore di LATO di 50.

CLEARSCREEN HOME SHOWTURTLE TO QUADRATO LATO ANGOLO = 90 FORWARD LATO RIGHT ANGOLO FORWARD LATO RIGHT ANGOLO FORWARD LATO RIGHT ANGOLO FORWARD LATO END QUADRATO 100 PENUP FORWARD 100 PENDOWN QUADRATO 50

Ecco il risultato:

Così siamo liberi di invocare la nostra nuova funzione QUADRATO ogni volta che ne abbiamo bisogno, specificando liberamente la dimensione: QUADRATO 10, QUADRATO 30 o quello che vogliamo. Ora, a dire il vero un'istruzione per disegnare i quadrati in LibreLogo esiste già: l'abbiamo incontrata a pag. 21, si chiama SQUARE e funziona allo stesso modo. O quasi, in realtà una differenza c'è: con SQUARE, una volta che il quadrato è stato disegnato, la tartaruga la ritroviamo al suo centro rivolta nella stessa direzione che aveva prima. Nel nostro caso invece la tartaruga rimane dove si trova dopo avere terminato di disegnare l'ultimo lato del quadrato. Effettivamente il comportamento di SQUARE sembra essere preferibile ma non è difficile far fare la stessa cosa alla nostra istruzione QUADRATO, ecco come:

CLEARSCREEN HOME SHOWTURTLE TO QUADRATO LATO ANGOLO = 90 ; angoli di deviazione PENUP ; alzo la penna FORWARD LATO/2 ; mi dirigo su lato che ho di fronte ; così mi ritrovo a metà del lato di fronte RIGHT ANGOLO ; giro a destra PENDOWN ; abbasso la penna FORWARD LATO/2 ; disegno mezzo del primo lato RIGHT ANGOLO ; giro a destra FORWARD LATO ; disegno il secondo lato RIGHT ANGOLO ; giro a destra FORWARD LATO ; disegno il terzo lato RIGHT ANGOLO ; giro a destra FORWARD LATO ; disegno il quarto lato RIGHT ANGOLO ; giro a destra FORWARD LATO/2 : ; disegno la metà rimanente del quarto lato RIGHT ANGOLO : ; giro a destra (per dirigersi verso il centro del quadrato) PENUP ; alzo la penna FORWARD LATO/2 ; torno nel centro del quadrato LEFT ANGOLO*2 ; mi rigiro nella direzione in cui mi trovavo inizialmente END QUADRATO 100 RIGHT 90 FORWARD 200 QUADRATO 80

E questo è il risultato:

La tartaruga è rivolta a destra perché per disegnare il secondo quadrato ha viaggiato da sinistra verso destra. Per rendere il comportamento dell'istruzione RETTANGOLO proprio identico a quello di SQUARE si dovrebbe intervenire anche sul colore del riempimento, mentre con il codice che abbiamo scritto questo non accade. Potremmo fare anche questo, utilizzando le istruzioni FILL e FILLCOLOR, che abbiamo già visto. Lasciamo questa modifica come esercizio, per chi lo voglia fare.

Si può obiettare che tutto questo lavoro sia inutile, visto che serve a fare una cosa che in LibreLogo già esiste. L'intento è primariamente pedagogico: le cose si spiegano bene a partire da esempi semplici; inoltre, è interessante constatare come si possano costruire da soli parti di un sistema che esistono già, perché questo ci aiuta ad acquistare fiducia e, al tempo stesso, a rendersi conto che il sistema che stiamo usando non è chiuso e composto di una materia inaccessibile; infine, ci rendiamo conto di poter contribuire al sistema stesso, magari anche costruendo delle varianti di istruzioni preesistenti – ad esempio, potrebbe esserci utile una versione dell'istruzione SQUARE che oltre alla dimensione del lato accetti anche il colore con il quale questo debba essere dipinto, o magari anche il colore del contorno. Qui si introduce un'altra generalizzazione: possiamo definire subroutine con più di un argomento. Per esempio possiamo provare a definire un'istruzione rettangolo, che possa essere invocata così: RETTANGOLO A B, dove A rappresenta il lato orizzontale e B quello verticale. Lasciamo come esercizio le variazioni da apportare alla subroutine QUADRATO vista sopra, per ottenere una subroutine RETTANGOLO, nel modo accennato. Come lasciamo per esercizio la possibilità di introdurre il controllo dei colori, sia nella funzione QUADRATO che RETTANGOLO.

Ovviamente, se può avere senso la creazione di varianti di istruzioni esistenti, a maggior ragione, ne avrà la creazione di nuovi. Non c'è limite a quello che possiamo pensare di incapsulare in una subroutine. Prendiamo per esempio il codice che avevamo scritto a pagina 15 e proviamo a incapsularlo in una subroutine:

CLEARSCREEN; operazioni di preparazione HOME; che vengono eseguite subito ; subroutine CASA: viene solo “imparata” ma non eseguita TO CASA FORWARD 50mm RIGHT 90 FORWARD 50mm RIGHT 90 FORWARD 50mm RIGHT 90 FORWARD 50mm RIGHT 90 FORWARD 50mm RIGHT 30 FILLCOLOR “yellow” FILL FORWARD 50mm RIGHT 120 FORWARD 50mm RIGHT 120 PENUP FORWARD 50mm/3 LEFT 90 FORWARD 50mm/3 PENDOWN FILLCOLOR “red” FILL FORWARD 50mm/3 RIGHT 90 FORWARD 50mm/3 RIGHT 90 FORWARD 50mm/3 RIGHT 90 FORWARD 50mm/3 RIGHT 90 FILLCOLOR “green” FILL HIDETURTLE END ; istruzioni eseguite CASA

Se si prova ad eseguire questo codice si ottiene la stessa casetta che avevamo ottenuto a pagina 15. A questo punto è facilissimo introdurre delle varianti, per esempio la dimensione delle case, che possiamo controllare mediante un'apposita variabile, che chiamiamo LATO e che passiamo come argomento nella subroutine CASA:

CLEARSCREEN HOME TO CASA LATO FORWARD LATO RIGHT 90 FORWARD LATO RIGHT 90 FORWARD LATO RIGHT 90 FORWARD LATO RIGHT 90 FORWARD LATO RIGHT 30 FILLCOLOR “yellow” FILL FORWARD LATO RIGHT 120 FORWARD LATO RIGHT 120 PENUP FORWARD LATO/3 LEFT 90 FORWARD LATO/3 PENDOWN FILLCOLOR “red” FILL FORWARD LATO/3 RIGHT 90 FORWARD LATO/3 RIGHT 90 FORWARD LATO/3 RIGHT 90 FORWARD LATO/3 RIGHT 90 FILLCOLOR “green” FILL HIDETURTLE END PENUP POSITION [150,400] HEADING 0 PENDOWN CASA 30mm PENUP POSITION [200,400] HEADING 0 PENDOWN CASA 20mm PENUP POSITION [270,400] HEADING 0 PENDOWN CASA 40mm

Il codice della subroutine CASA è lo stesso di prima eccetto per la presenza dell'argomento LATO. Nello script l'istruzione CASA viene chiamata tre volte, sempre con dimensioni diverse. La posizione viene controllata mediante sequenze di istruzioni del tipo PENUP POSITION [150, 400] HEADING 0 PENDOWN: alzo la penna, mi trasferisco nel punto di coordinate [150, 400] (per esempio), mi dirigo in su, riabbasso la penna. Ecco il risultato:

Non c'è limite alla fantasia. Non è difficile scrivere una subroutine che disegni un albero e usarla per arricchire così il paesaggio. Lo proponiamo come esercizio dopo, ma prima vediamo un altro esempio più avanzato, intendendo con questo che potrebbe essere utilizzato in un contesto di scuola secondaria superiore (la descrizione che segue è molto dettagliata, chi non è interessato a un contesto del genere e non ha dimestichezza con questo livello di conoscenze matematiche, salti senz'altro l'esempio!). Riprendiamo le successioni di poligoni che avevamo visto a pag. 45 e 46. Lì avevamo rappresentato la successione incolonnando i poligoni. L'idea ora è di sovrapporli anziché incolonnarli, in modo da apprezzare l'evoluzione verso il cerchio al crescere del numero dei lati. Scegliamo di costruire i poligoni inscritti in un cerchio di raggio dato, formando così la successione dei poligoni inscritti nel cerchio. Potremmo egualmente considerare la successione dei poligoni circoscritti al cerchio. Nel primo caso il parametro chiave è il raggio dei poligoni, sempre eguale al raggio del cerchio in cui sono inscritti. Nel secondo sarebbe invece l'apotema, sempre eguale al raggio del cerchio che circoscrivono. L'esempio che segue descrive il primo caso. Il codice che segue è commentato minuziosamente. Ciò nonostante descriviamo puntualmente la struttura del codice e il procedimento.

Intanto l'esercizio utilizza, in un contesto un po' più complicato, i tre costrutti fondamentali del software che abbiamo sin qui introdotto: le variabili e le operazioni fra di esse, le ripetizioni di sequenze di istruzioni e l'incapsulamento di sezioni di codice nelle subroutine. Abbiamo mantenuto l'evidenziazione cromatica che abbiamo usato in alcuni degli esempi precedenti, per aiutare la lettura del codice. Nella prima sezione (in nero) si eseguono le operazioni preparatorie: cancellazione del foglio, tartaruga a casa, tartaruga invisibile (sarebbe troppo “invasiva” su un disegno più articolato come questo), penna alzata; inoltre si fissano i parametri necessari per iniziare, ovvero numero dei poligoni che dovranno comporre la successione, e raggio dei poligoni, espresso in punti. Poi viene il codice della subroutine POLIGONO, con le istruzioni in blu, eccetto il nome della subroutine in rosso e i suoi argomenti in viola. La subroutine POLIGONO richiede 5 argomenti: X0P e Y0P sono le coordinate del centro del poligono, che possiamo quindi piazzare dove vogliamo; N è il numero di lati che deve avere il poligono; R è il raggio del poligono. All'interno della subroutine POLIGONO si sviluppa la geometria. Si calcola l'ampiezza degli angoli interni AI, l'ampiezza degli angoli supplementari degli angoli AI, che chiamiamo A e la lunghezza dei lati L. Qui troviamo una novità, anzi due: SIN e ABS sono funzioni matematiche e PI è una costante. Scopriamo quindi che LibreLogo “sa” un bel po' di matematica! PI è una variabile speciale, per meglio dire una costante, la più importante della matematica: il π (pi greco), di cui LibreLogo esprime un'approssimazione con 15 cifre decimali (provare ad eseguire l'istruzione PRINT PI). Invece SIN e ABS sono funzioni matematiche: SIN calcola il valore della funzione trigonometrica seno e richiede un argomento espresso in radianti, per esempio SIN PI fornisce il valore 0; ABS calcola il valore assoluto dell'argomento, ovvero se è positivo lo lascia positivo mentre se è negativo lo trasforma in positivo. Successivamente vengono le istruzioni che disegnano il poligono, ovvero il viaggio della tartaruga. In sintesi, la tartaruga va nel centro indicato, di coordinate [X0P, Y0P], si volge in alto e percorre senza disegnare il raggio, gira a destra di 90° (questa è la direzione della tangente al cerchio circoscritto), poi gira di quanto basta per allinearsi al primo lato del poligono (si poteva girare in un sol colpo verso questa direzione, ma abbiamo lasciato il codice in questa forma sotto-ottimale per chiarire la geometria). A questo punto si abbassa la penna e si iniziano a disegnare i lati in successione, mediante il semplice ciclo REPEAT N [FORWARD L RIGHT A]. Le istruzioni finali all'interno della subroutine servono a scrivere un'etichetta, poco sotto al centro del poligono, con il numero di lati. Siccome è un codice che ci mette un certo tempo a girare (ovviamente questo dipende anche dal computer che si usa), quando il numero di lati diventa elevato, è utile per sapere a che punto si trova il processo – noi abbiamo provato fino a 500 lati. Da segnalare qui l'uso della variabile riservata (in LibreLogo) di REPCOUNT, che è il contatore di cicli. Inoltre, si usa la funzione STR che serve a trasformare il valore di REPCOUNT, che è un numero espresso internamente al computer in binario, nell'espressione alfanumerica del medesimo, che possa essere stampata sul foglio come qualsiasi altro testo. La stampa dell'etichetta è subordinata la fatto che si tratti dell'ultimo poligono. Questo controllo viene effettuato con l'istruzione di controllo IF, descritta nel capitolo successivo. Dopo il codice della subroutine, di nuovo in nero, c'è lo script vero e proprio, molto semplice. Le tre istruzioni HOME, X0P=POSITION[0] e Y0P=POSITION[1] servono per piazzare il centro dei poligoni nel centro del foglio, ma qui potremmo scegliere una qualsiasi altra posizione. Infine, la realizzazione della successione è affidata al ciclo REPEAT NP […]. Anche qui si usa il contatore di cicli, in questo caso, per chiamare la subroutine POLIGONO con il giusto numero di lati. Come dicevamo, questo script può richiedere del tempo, se fatto girare con un numero elevato di poligoni, diciamo da 10 in su, in dipendenza della velocità del processore che equipaggia il computer. Se capita di farlo partire inavvertitamente con un numero di lati eccessivo, o se lo si vuole fermare per qualsiasi altro motivo, lo si può fare con il tasto STOP . Se si supera il valore di circa 30 lati, si inizia a vedere un contorno apparentemente circolare. Più che si aumenta il numero di lati e più che la circolarità è “vera”.

; Script per disegnare una successione di poligoni inscritti in un cerchio di raggio R dato CLEARSCREEN; pulisco il foglio HOME; tartaruga a casa HIDETURTLE; tartaruga invisibile PENUP; alzo la penna NP = 20; numero poligoni R = 100; raggio poligoni – tengo fisso il raggio per tutti i poligoni cosicché risultano tutti inscritti nello stesso cerchio di raggio R ; subroutine POLIGONO ; argomenti:X0P: X del centro del poligono ;Y0P: Y del centro del poligono ;N: numero lati poligono ;R: misura raggio ;NP: numero poligoni (serve a scrivere l'etichetta) TO POLIGONO X0P Y0P N R NP A = 360/N; angoli supplementari degli angoli interni: quelli di cui gira ; la tartaruga ad ogni vertice (N→∞ => A→0) AI = 180*(N-2)/N; angoli interni (N→∞ => AI→180) L = ABS(2*R*SIN(A/2*PI/180)); lato ;Disegno il poligono FILLCOLOR “white” PENDOWN CIRCLE 3 PENUP POSITION [X0P,Y0P]; vado al centro HEADING 0; mi dirigo in su FORWARD R; percorro il raggio RIGHT 90; 90° a destra (direzione tangente al cerchio circoscritto) RIGHT (180 – AI)/2; direzione primo lato da disegnare PENDOWN; giù la penna REPEAT N [; ciclo sui lati del poligono FORWARD L RIGHT A ] PENUP; alzo la penna POSITION [X0P,Y0P]; torno al centro IF REPCOUNT = NP [ FORWARD 10; vado un po' sotto per scrivere etichetta HEADING 0; mi giro in su per... LABEL “N = ” + STR REPCOUNT; … scrivere etichetta corrente HEADING 6h; mi rigiro in giù BACK 10; torno al centro ] END; fine subroutine POLIGONO ; script vero e proprio HOME; vado al centro ma potrei andare anche altrove X0P = POSITION[0]; X del centro del poligono Y0P = POSITION[1]; Y del centro del poligono REPEAT NP [; ciclo sui poligoni N = REPCOUNT+2; numero lati poligono POLIGONO X0P Y0P N R NP ]

Ecco il risultato:

Dove sono sovrapposti i poligoni regolari, a partire dal triangolo equilatero (N=3), fino a quello con 30 lati.

Esercizio

Riprendendo l'esempio della costruzione di case con un'apposita subroutine, si provi ad arricchire il paesaggio...

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