Lenguaje C++ Introducción 6. Introducción a la Computación Tc1001 Programación en Lenguaje C++


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1 Programación en Lenguaje C++ Lenguaje C++ Introducción 6 Charles Babbage definió a mediados del siglo XIX lo que él llamó la máquina analítica. Se considera a esta máquina el diseño del primer ordenador. La realidad es que no se pudo construir hasta el siglo siguiente. El caso es que su colaboradora Ada Lovelace escribió en tarjetas perforadas una serie de instrucciones que la máquina iba a ser capaz de ejecutar. Se dice que eso significó el inicio de la ciencia de la programación de computadoras. En la segunda guerra mundial debido a las necesidades militares, la ciencia de la computación prospera y con ella aparece el famoso ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator), que se programaba cambiando los circuitos. Esa es la primera forma de programar (que aún se usa en numerosas máquinas) que sólo vale para máquinas de único propósito. Si se cambia el propósito, hay que modificar la máquina. No mucho más tarde apareció la idea de que las máquinas fueran capaces de realizar más de una aplicación. Para lo cual se ideó el hecho de que hubiera una memoria donde se almacenaban esas instrucciones. Esa memoria se podía rellenar con datos procedentes del exterior. Inicialmente se utilizaron tarjetas perforadas para introducir las instrucciones. Durante mucho tiempo esa fue la forma de programar, que teniendo en cuenta que las máquinas ya entendían sólo código binario, consistía en introducir la programación de la máquina mediante unos y ceros. El llamado código máquina. Todavía las computadoras es el único código que entienden, por lo Que cualquier forma de programar debe de ser convertida a código máquina. En los años 40 se intentó concebir un lenguaje más simbólico. Poco más tarde se ideó el lenguaje ensamblador, que es la traducción del código máquina a una forma más textual. Cada tipo de instrucción se asocia a una palabra mnemónica (como SUM para sumar por ejemplo), de forma que esas palabras tienen traducción directa en el código máquina. Después habrá que traducir el código 6 Este tema está editado del manual de Fundamentos de programación en C++ de Jorge Sánchez Ngj/ Lenguaje C++ 121

2 Programación en lenguaje C++ ensamblador a código máquina, tarea que la realiza un software especial llamado también ensamblador. Para evitar los problemas del ensamblador apareció la tercera generación de lenguajes de programación, la de los lenguajes de alto nivel. En este caso el código vale para cualquier máquina pero deberá ser traducido mediante software especial que adaptará el código de alto nivel al código máquina correspondiente. Esta traducción es necesaria ya que el código en un lenguaje de alto nivel no se parece en absoluto al código máquina. Tras varios intentos de representar lenguajes, en 1957 aparece el que se considera el primer lenguaje de alto nivel, el FORTRAN (FORmula TRANslation), lenguaje orientado a resolver fórmulas matemáticos. Poco a poco fueron evolucionando los lenguajes formando lenguajes cada vez mejores. Así en 1958 se crea LISP como lenguaje declarativo para expresiones matemáticas. En 1960 la conferencia CODASYL se creó el COBOL como lenguaje de gestión en En 1963 se creó PL/I el primer lenguaje que admitía la multitarea y la programación modular. BASIC se creó en el año 1964 como lenguaje de programación sencillo de aprender en 1964 y ha sido, y es, uno de los lenguajes más populares. En 1968 se crea LOGO para enseñar a programar a los niños. Pascal se creó con la misma idea académica pero siendo ejemplo de lenguaje estructurado para programadores avanzados. El creador del Pascal (Niklaus Wirdth) creó Modula en 1977 siendo un lenguaje estructurado para la programación de sistemas (intentando sustituir al C). En los 80 llegan los lenguajes preparados para la programación orientada a objetos todos procedentes de Simula (1964) considerado el primer lenguaje con facilidades de uso de objetos. De estos destacó inmediatamente C++. A partir de C++ aparecieron numerosos lenguajes que convirtieron los lenguajes clásicos en lenguajes orientados a objetos (y además con mejoras en el entorno de programación, son los llamados lenguajes visuales): Visual Basic, Delphi (versión orientada a objetos de Pascal), Visual C++,... En 1995 aparece Java como lenguaje totalmente orientado a objetos y en el año 2000 aparece C# un lenguaje que procede de C++ y del propio Java Lenguaje C++ Ngj/2011

3 Programación en Lenguaje C++ La popularidad de Internet ha producido lenguajes híbridos que se mezclan con el código HTML con el que se crean las páginas web. Todos ellos son de finales de los años 90. Son lenguajes interpretados como JavaScript o VB Script, o lenguajes especiales para uso en servidores como ASP, JSP o PHP. Todos ellos permiten crear páginas web usando código mezcla de página web y lenguajes de programación sencillos. Evolución de algunos lenguajes de programación Ngj/ Lenguaje C++ 123

4 Programación en lenguaje C++ Según el estilo de programación los lenguajes se dividen como Lenguajes imperativos. Son lenguajes donde las instrucciones se ejecutan secuencialmente y van modificando la memoria del ordenador para producir las salidas requeridas. La mayoría de lenguajes (C, Pascal, Basic, Cobol,...) son de este tipo. Dentro de estos lenguajes están también los lenguajes orientados a objetos (C++, Java, C#,...). Lenguajes declarativos. Son lenguajes que se concentran más en el qué, que en el cómo (cómo resolver el problema es la pregunta a realizarse cuando se usan lenguajes imperativos). Los lenguajes que se programan usando la pregunta qué queremos? son los declarativos. El más conocido de ellos es el lenguaje de consulta de Bases de datos, SQL. Lenguajes funcionales. Definen funciones, expresiones que nos responden a través de una serie de argumentos. Son lenguajes que usan expresiones matemáticas, absolutamente diferentes del lenguaje usado por las máquinas. El más conocido de ellos es el LISP. Lenguajes lógicos. Lenguajes utilizados para resolver expresiones lógicas. Utilizan la lógica para producir resultados. El más conocido es el PROLOG. Intérpretes A la hora de convertir un programa en código máquina, se pueden utilizar dos tipos de software: intérpretes y compiladores. En el caso de los intérpretes se convierte cada línea a código máquina y se ejecuta ese código máquina antes de convertir la siguiente línea. De esa forma si las dos primeras líneas son correctas y la tercera tiene un fallo de sintaxis, veríamos el resultado de las dos primeras líneas y al llegar a la tercera se nos notificaría el fallo y finalizaría la ejecución. El intérprete hace una simulación de modo que parece que la máquina entiende directamente las instrucciones del lenguaje, pareciendo que ejecuta cada instrucción (como si fuese código máquina directo). El BASIC era un lenguaje interpretado, se traducía línea a línea. Hoy en día la mayoría de los lenguajes integrados en páginas web son interpretados, la razón es que como la descarga de Internet es lenta, es mejor que las instrucciones se vayan traduciendo según Lenguaje C++ Ngj/2011

5 Programación en Lenguaje C++ van llegando en lugar de cargar todas en el ordenador. Por eso lenguajes como JavaScript (o incluso, en parte, Java) son interpretados. Proceso Un programa que se convierte a código máquina mediante un intérprete sigue estos pasos: Lee la primera instrucción Comprueba si es correcta Convierte esa instrucción al código máquina equivalente Lee la siguiente instrucción Vuelve al paso 2 hasta terminar con todas las instrucciones Ventajas Se tarda menos en crear el primer código máquina. El programa se ejecuta antes. No hace falta cargar todas las líneas para empezar a ver resultados (lo que hace que sea una técnica idónea para programas que se cargan desde Internet) Desventajas El código máquina producido es peor ya que no se optimiza al valorar una sola línea cada vez. El código optimizado permite estudiar varias líneas a la vez para producir el mejor código máquina posible, por ello no es posible mediante el uso de intérpretes. Todos los errores son errores en tiempo de ejecución, no se pueden detectar antes de lanzar el programa. Esto hace que la depuración de los errores sea más compleja. El código máquina resultante gasta más espacio. Hay errores difícilmente detectables, ya que para que los errores se produzcan, las líneas de errores hay que ejecutarlas. Si la línea es condicional hasta que no probemos todas las posibilidades del programa, no sabremos todos los errores de sintaxis cometidos. Ngj/ Lenguaje C++ 125

6 Programación en lenguaje C++ Compiladores Se trata de software que traduce las instrucciones de un lenguaje de programación de alto nivel a código máquina. La diferencia con los intérpretes reside en que se analizan todas las líneas antes de empezar la traducción. Durante muchos años, los lenguajes potentes han sido compilados. El uso masivo de Internet ha propiciado que esta técnica a veces no sea adecuada y haya lenguajes modernos interpretados o semi interpretados, mitad se compila hacia un código intermedio y luego se interpreta línea a línea (esta técnica la siguen Java y los lenguajes de la plataforma.net de Microsoft). Ventajas Se detectan errores antes de ejecutar el programa (errores de compilación) El código máquina generado es más rápido (ya que se optimiza) Es más fácil hacer procesos de depuración de código Desventajas El proceso de compilación del código es lento. No es útil para ejecutar programas desde Internet ya que hay que descargar todo el programa antes de traducirle, lo que ralentiza mucho su uso. Historia del C Fue Dennis Ritchie quien en 1969 creó el lenguaje C a partir de las ideas diseñadas por otro lenguaje llamado B inventado por Ken Thompson, quien en los años 70 fue el encargado de desarrollar el lenguaje C. Ritchie lo inventó para programar la computadora PDP-11 que utilizaba el sistema UNIX (el propio Ritchie creo también Unix). De hecho La historia de C está muy ligada a la de UNIX, este sistema siempre ha incorporado compiladores para trabajar en C. El lenguaje C se diseñó como lenguaje pensado para programar sistemas operativos. Sin embargo tuvo un éxito inmediato y curiosamente ocurrió que sus programas eran muy compatibles con todo tipo de sistemas por lo que se transportó a todo tipo de máquinas y utilidades (proceso de textos, bases de datos, aplicaciones gráficas) Lenguaje C++ Ngj/2011

7 Programación en Lenguaje C++ En 1983 el organismo ANSI (Instituto de Estándares de Estados Unidos) empezó a producir un C estándar para normalizar su situación. En 1989 aparece el considerado como C estándar que fue aceptado por ISO (Instituto Mundial de Estándares), organismo internacional de estándares. Actualmente este C es universalmente aceptado como el C estándar. Debido al crecimiento durante los años 80 de la programación orientada a objetos, en 1986 Bjarne Stroupstrup creó un lenguaje inspirado en SIMULA pero utilizando la sintaxis del lenguaje C. Hay que entender que C++ no es un C mejorado, sino que utiliza la sintaxis de C para crear un lenguaje mucho más potente y sobre todo preparado para utilizar la programación orientada a objetos, que está ya considerada como el método de programación más eficiente. No obstante todos los compiladores de C++ admiten crear programas en C. C y C++ pues, comparten instrucciones casi idénticas. Pero la forma de programar es absolutamente diferente. Saber programar en C no implica saber programar en C++ Desde su nacimiento C++ ha estado rodeado del éxito. Fue adoptado por una miríada de programadores que veían en él, el lenguaje ideal para generar aplicaciones. Ha sido durante muchos años el lenguaje más utilizado para programar y, de hecho, sigue siéndolo. Actualmente se habla de la futura extinción de este lenguaje, pero es difícil creer en ello viendo las enormes cantidades de código escritas en este lenguaje y las que se siguen añadiendo. Ventajas de C++ Es un lenguaje que permite programar de forma estructurada, modular y orientado a objetos. Por lo que permite la asimilación de todas estas técnicas. Es un lenguaje que permite el manejo de todo tipo de estructuras de datos (arreglos, pilas, colas, textos, objetos,...) por lo que es capaza de resolver todo tipo de problemas. Es un lenguaje compilado, lo que le hace muy rápido (quizá el más rápido, descontando el ensamblador) Permite crear todo tipo de aplicaciones (aunque no está pensado para crear aplicaciones para ejecutar desde Internet). Ngj/ Lenguaje C++ 127

8 Programación en lenguaje C++ Gracias a su capacidad de uso de objetos y clases, facilita la reutilización del código Permite incorporar las librerías más utilizadas para hacer aplicaciones Es el lenguaje que sirve de base para los lenguajes modernos como Java, C#, Perl, etc. 3.2 Lenguaje C++ 7 La programación requiere el uso de una serie de herramientas que faciliten el trabajo al programador. Esas herramientas (software) son: Editor de código. Programa utilizado para escribir el código. Normalmente basta un editor de texto (el código en los lenguajes de programación se guarda en formato de texto normal), pero es conveniente que incorpore: o Coloreado inteligente de instrucciones. Para conseguir ver mejor el código se colorean las palabras claves de una forma, los identificadores de otra, el texto de otra, los números de otra,... o Corrección instantánea de errores. Los mejores editores corrigen el código a medida que se va escribiendo. o Ayuda en línea. Para documentarse al instante sobre el uso del lenguaje y del propio editor. Intérprete o compilador. El software que convierte el lenguaje en código máquina. Depurador. Programa que se utiliza para realizar pruebas sobre el programa. 7 Este tema está editado del manual de Fundamentos de programación en C++ de Jorge Sánchez Lenguaje C++ Ngj/2011

9 Programación en Lenguaje C++ Organizador de archivos. Para administrar todos los archivos (programas, datos, etc.) manejados por las aplicaciones que hemos programado. Normalmente todas esas herramientas se integran en un único software conocido como entorno de programación o IDE (Integrate Development Environment, Entorno de desarrollo integrado), que hace más cómodos todos los procesos relacionados con la programación. En el caso de C++ hay multitud de entornos (a veces llamados simplemente compiladores), algunos interesantes son: Turbo C/C++. Ahora gratis desde el enlace Borland C/C++. Más orientado a C++, versión más moderna del anterior (y de pago). Microsoft C/C++. Compilador C de Microsoft que ya dejó de fabricar Visual Studio. Ahora llamado Visual Studio.NET por su compatibilidad con esa famosa plataforma. GCC. Compilador C++ con licencia GNU (de distribución gratuita y código abierto) KDevelop. Entorno de programación para desarrollar aplicaciones gráficas en Linux (permite crear aplicaciones KDE y GNOME) Dev C/C++. Uno de los mejores entornos de programación en C o C++. De libre distribución y que posee un amigable entorno gráfico. Proceso de ejecución de un programa en C++ La conversión del código escrito en un lenguaje de programación (código fuente) puede ser traducido a código máquina mediante un compilador o mediante un intérprete. Ngj/ Lenguaje C++ 129

10 Programación en lenguaje C++ En el caso del lenguaje C++ se utiliza siempre un compilador. El código C++ no se puede traducir línea a línea, se compila en bloque para obtener el código ejecutable más óptimo posible El proceso completo de conversión del código fuente en código ejecutable sigue los siguientes pasos Edición. El código se escribe en un editor de texto o en un editor de código preparado para esta acción. El archivo se suele guardar con extensión.cpp (también en cxx, c++ o cc) Preprocesado. Antes de compilar el código, el preprocesador lee las instrucciones de preprocesador y las convierte al código fuente equivalente. Compilación. El código fuente resultante en lenguaje C++ se compila mediante el software apropiado, obteniendo un código máquina llamado archivo objeto (cuya extensión suele ser.obj). Este código aún no es ejecutable ya que necesita incluir el código máquina relativo a las funciones y módulos que se utilizaban en nuestro código. Estas funciones están incluidas en archivos externos (librerías). Enlazado. El código objeto se une al código compilado de las librerías y módulos invocados por el código anterior. El resultado es un archivo ejecutable (extensión.exe en Windows) Cargado. Normalmente lo realiza el propio entorno de ejecución. El archivo ejecutable se lanza en el Sistemas Operativo Ejecución de las instrucciones por la CPU. Es entonces cuando el procesador accede al código máquina del programa ya convertido y ejecuta las acciones. Será entonces cuando veamos los resultados. Estas dos últimas fases cubren lo que se conoce como ejecución del programa. Estructura de un programa C++ Un programa en C++ (o en C) consta de una o más funciones, las cuales están compuestas de diversas sentencias o instrucciones. Una sentencia indica una acción a realizar por parte del programa. Una función no es más que (por ahora) un nombre con el que englobamos a las sentencias que posee a fin de poder invocarlas mediante dicho nombre. nombredefunción() { sentencias } Los símbolos { } indican el inicio y el final de la función. Esos símbolos permiten delimitar bloques en el código. El nombre de la función puede ser invocado desde otras sentencias simplemente poniendo como sentencia el nombre de la función. Como a veces las funciones se almacenan en archivos externos, necesitamos incluir esos archivos en nuestro código mediante una sentencia especial INCLUDE, que en realidad es una directiva de compilación. Una directiva de compilación es una instrucción para el compilador con el que trabajamos. El uso es: #include <cabeceradearchivoexterno> Lenguaje C++ Ngj/2011

11 Programación en Lenguaje C++ La directiva INCLUDE permite indicar un archivo de cabecera en el que estará incluida la función que utilizamos. En el lenguaje C estándar, los archivos de cabecera tenían extensión h, en C++ estándar (ANSI) no se indica la extensión de éstos; aunque se suele incluir la extensión por compatibilidad. Los archivos de cabecera son los que permiten utilizar funciones externas (o librerías) en nuestro programa. Hay que tener en cuenta que las cabeceras son distintas en C y C++, pero que se pueden utilizar los archivos de cabecera clásicos del C en C++. Una de las librerías más utilizadas en los programas, es la que permite leer y escribir en la consola del Sistema Operativo. En el caso de C++ esta librería está disponible en la cabecera iostream (en C se utiliza la cabecera stdio.h). Para poder utilizar esta función hay que incluir su archivo de cabecera que es stdio.h. En todos los lenguajes de programación, el primer programa a realizar es el famoso Hola mundo, un programa que escribe este texto en pantalla. En C++ el código de este programa es: #include <iostream> int main() { std::cout << "Hola mundo"; return 0; } En el programa anterior ocurre lo siguiente: o La línea INCLUDE permite utilizar funciones de la librería iostream que es la que permite leer y escribir datos por la consola del Sistema Operativo o La función main es la función cuyas instrucciones se ejecutan en cuanto el programa inicia su proceso. o La instrucción std::cout << "Hola mundo" es la encargada de escribir el texto "Hola mundo" por pantalla. o La instrucción return 0 finaliza el programa e indica (con el valor cero) que la finalización ha sido correcta. Ngj/ Lenguaje C++ 131

12 Programación en lenguaje C++ Elementos de un programa en C++ Sentencias Los programas en C++ se basan en sentencias las cuales siempre se incluyen dentro de una función. En el caso de crear un programa ejecutable, esas sentencias están dentro de la función MAIN. A esta función le precede la palabra VOID o la palabra INT (en realidad es más correcta ésta última como se verá más adelante). Ahora bien al escribir sentencias hay que tener en cuenta las siguientes normas: o Toda sentencia en C++ termina con el símbolo "punto y coma" (;) o Los bloques de sentencia empiezan y terminan delimitados con el símbolo de llave ({ y }). Así { significa inicio y } significa fin o En C++ hay distinción entre mayúsculas y minúsculas. No es lo mismo main que MAIN. Todas las palabras claves de C++ están en minúsculas. Los nombres que pongamos nosotros también conviene ponerles en minúsculas ya que el código es mucho más legible así (aunque esto último no es obligatorio, deberíamos tomárnoslo como tal, debido a su importancia). Comentarios Se trata de texto que es ignorado por el compilador al traducir el código. Esas líneas se utilizan para documentar el programa. Esta labor de documentación es fundamental ya que sino en cuanto pasa un tiempo el código no se comprende bien (ni siquiera por el autor del mismo). Todavía es más importante cuando el código va a ser tratado por otras personas; de otro modo una persona que modifique el código de otra lo tendría muy complicado. En C+`hay dos tipos de comentarios: o Comentarios delimitados entre los símbolos /* y */ (procedentes del lenguaje C estándar): /* Esto es un comentario el compilador hará caso omiso de este texto*/. Como se observa en el ejemplo, el comentario puede ocupar más de una línea. o Comentarios iniciados con los símbolos // En ellos se ignora todo el texto hasta el final de línea. Ejemplo: int x=5; //Comentario en la misma línea double a=8.0; Palabras reservadas Se llaman así a palabras que en C++ tienen un significado concreto para los compiladores. No se pueden por tanto usar esas palabras para poner nombre a variables, constantes, funciones o clases definidas por el programador. La lista de palabras reservadas procede tanto del C, como del C Lenguaje C++ Ngj/2011

13 Programación en Lenguaje C++ Identificadores Son los nombres que damos a las variables y a las funciones de C. Lógicamente no pueden coincidir con las palabras reservadas. Además puesto que C distingue entre las mayúsculas y las minúsculas, hay que tener cuidado de usar siempre las minúsculas y mayúsculas de la misma forma (es decir, nombre, Nombre y NOMBRE son tres identificadores distintos). El límite de tamaño de un identificador es de 32 caracteres (aunque algunos compiladores permiten más tamaño). Además hay que tener en cuenta que los identificadores deben de cumplir estas reglas: Deben comenzar por una letra o por el signo de subrayado (aunque comenzar por subrayado se suele reservar para identificadores de funciones especiales del sistema). Sólo se admiten letras (del abecedario inglés, no se admite ni la ñ ni la tilde ni la diéresis), números y el carácter de subrayado (en algunas versiones modernas de compiladores sí que se permiten estos caracteres, pero conviene evitarlos para escribir acordes a la mayoría de compiladores) Líneas de preprocesador Las sentencias que comienzan con el símbolo # y que no finalizan con el punto y coma son líneas de preprocesador (o directivas de compilación). Son instrucciones que serán traducidas a código fuente antes de iniciar el proceso de compilado. La más utilizada es #include. Ngj/ Lenguaje C++ 133

14 Programación en lenguaje C Lenguaje C++ Ngj/2011

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