Manual de Pra cticas de Laboratorio Programacio n Ba sica

Transcripción

1 Manual de Pra cticas de Laboratorio Programacio n Ba sica Arturo Vega Gonza lez Arturo Gonza lez Vega Universidad de Guanajuato. Divisio n de Ciencias e Ingenierı as, Campus Leo n. Departamento de Ingenierı as Quı mica, Electro nica y Biome dica. c Copyright 2012

2 Introducción El presente manual de prácticas de laboratorio tienen por objetivo fundamental presentar los conceptos básicos y relevantes del curso Programación Básica, el cual se imparte en la División de Ciencias e Ingenierías de la Universidad de Guanajuato, Campus León. Los lenguajes de programación utilizados son C y Fortran, ambos en la plataforma de UNIX (Linux - Fedora). El manual de prácticas consta de 8 prácticas, las cuales cubren los conceptos básicos de programación. Cada práctica contiene una introducción donde se explican de forma breve los conocimientos necesarios para el desarrollo de los ejercicios. Estos conceptos debieron revisarse en clase, por lo que aquí se presentan en forma resumida. Los ejercicios presentados al final de cada capítulo constituyen una práctica y están pensados para realizarse frente a una computadora. Los ejercicios sugeridos incluyen preguntas donde el estudiante tiene que investigar un poco más acerca del lenguaje de programación o bien reflexionar sobre el comportamiento y lógica que se observa en la ejecución del programa. Los ejercicios también ayudan a desarrollar las habilidades del estudiante para la solución de problemas mediante un programa de computadora. El tiempo requerido para realizar cada práctica es entre una y dos sesiones de tres horas cada una. Los autores de este manual recomiendan que los ejercicios se resuelvan en equipo de dos personas. Esto contribuirá al desarrollo de habilidades como comunicación y trabajo en equipo. Finalmente, es importante mencionar que es la primer versión del manual de prácticas y es factible que tenga algunos errores cometidos de manera involuntaria. Por ello los autores agradeceremos las sugerencias que se tengan para mejorar el contenido de este manual de prácticas. ii

3 Índice general Introducción ii 1 Edición y Compilación Introducción Edición y Compilación Accediendo al sistema Comandos básicos Editores Creando un programa ejecutable Ejercicios Lenguaje de Programación C Introducción Algoritmo Recomendaciones Diagramas de Flujo y Pseudocódigo Lenguaje C Tipos de datos Desplegando variables Introduciendo datos Operadores Aritméticos Ejercicios Lenguaje de programación Fortran Introducción Estructura y Compilación Tipos de datos en fortran iii

4 3.2.2 Desplegando Información Ejercicios Secuencias de Control Introducción Secuencias de Control Operadores relacionales y lógicos Condicional Si-Entonces Condicional Si-Entonces-sino Selección de caso Ejercicios Secuencias de Repetición Introducción Secuencias de repetición for - do while - do Ciclos infinitos Ejercicios Arreglos y Estructuras de Datos Introducción Arreglos Declaración de arreglos Cadena de caracteres Estructura de Datos struct type union enum typedef Ejercicios Funciones y Procedimientos Introducción iv

5 7.2 El preprocesador de C Funciones en C Funciones y procedimientos en Fortran Ejercicios Apuntadores y Archivos Introducción Apuntadores Archivos Archivos en C Archivos en Fortran Ejercicios Bibliografía 97 v

6 Práctica 1 Edición y Compilación 1.1 Introducción Esta práctica introduce al estudiante al uso del sistema operativo Linux, así como a las herramientas para editar, compilar y ejecutar un programa de computadora. Al termino de la práctica el estudiante habrá comprendido la diferencia entre un editor de textos y un procesador de palabras y será capaz de editar, compilar y ejecutar un programa escrito en lenguaje C. 1.2 Edición y Compilación A continuación se presenta un breve resumen de los conceptos más importantes que se requieren para realizar la práctica Accediendo al sistema Para acceder al sistema operativo se requiere que el usuario o persona se identifique por medio de: login: username o nombre de usuario password: contraseña o clave El usuario debió haber sido registrado por el administrador del sistema.

7 1.2 Edición y Compilación 2 Figura 1.1: Ingreso al sistema linux Comandos básicos La línea de comandos empieza en el prompt y termina en el momento que el usuario presiona, (Enter, Return). La primer palabra que se escribe en la línea de comandos es el nombre de un archivo ejecutable o de un comando del sistema. Figura 1.2: Terminal Comandos Básicos (ver tabla 1.1): Los comandos tienen opciones y argumentos, los cuales van separados por espacios. Los comandos indican que hacer

8 1.2 Edición y Compilación 3 Las opciones indican como hacerlo Los argumentos indican sobre quien hacerlo Editores Editor de texto vs. procesador de texto. Un editor de texto es un programa que permite crear y modificar archivos digitales compuestos únicamente por texto sin formato, conocidos comúnmente como archivos de texto o texto plano. Un procesador de texto es un programa que permite crear y modificar archivos digitales que contienen texto con formato, como negrillas, cursivas, margenes, etc. Generalmente contienen más caracteres de control para darle al texto un formato particular. En Linux existen varios editores de texto, como vi, vim, pico y emacs, entre otros. vi, vim, gvim Vi es el editor estándar de los Sistemas Operativos de la familia Unix/Linux. Existen tres modos o estados de vi (ver tabla 1.2): Modo comando: este es el modo en el que se encuentra el editor cada vez que se inicia. Las teclas ejecutan acciones (comandos) que permiten mover el cursor, ejecutar comandos de edición de texto, salir de vi, guardar cambios, etc. Modo inserción o texto: este es el modo que se usa para insertar el texto. Existen varios comandos que se pueden utilizar para ingresar a este modo. Para pasar de modo texto a modo comando simplemente se debe presionar la tecla ESC. Modo línea o ex: se escriben comandos en la última línea al final de la pantalla. emacs EMACS significa, Editor MACroS y fue escrito por Richard M. Stallman. Los comandos básicos se pueden consultar en la tabla 1.3

9 1.2 Edición y Compilación 4 Tabla 1.1: Comandos de Linux. [] indica que son opcionales,... indica que puede ir más de una opción. Las opciones suelen comenzar con - o. Comando Descripción ls [opciones...] [directorio/archivo Muestra el contenido del directo-...] rio. Sin argumentos muestra el contenido del directorio actual de trabajo. La opción más habitual es -l que muestra información más completa de cada directorio y archivo. cd [directorio] Cambia de directorio. Sin argumentos lleva al directorio del usuario (HOME). Si el directorio es.. sube un nivel. pwd Imprime el directorio actual de trabajo. cat [opciones...] Muestra el contenido de los archivos [archivos...] por la salida estándar. Si no se especifican archivos, lee de la entrada estándar. cp [opciones...] fuente... Permite copiar un archivo, o varios destino archivos a un directorio. Quizás la opción más usada es -r que permite copiar recursivamente directorios hacia otros directorios. mv [opciones...] fuente... Cambia el nombre de un archivo destino por otro o mueve una serie de archivos y directorios a un directorio destino. mkdir [opciones...] directorio Crea el directorio con el nombre indicado. rmdir [opciones...] directorio... Borra un o varios directorios si están vacíos rm [opcions...] archivos Borra archivos. Las opciones más habituales son -f para forzar el borrado sin preguntar al usuario (la opción contraria es -i ). -r borra recursivamente todos los subdirectorios.

10 1.2 Edición y Compilación 5 Tabla 1.2: Comandos Básicos de vi Comando Descripción Flechas Mover en la dirección de la flecha h Mover hacia la izquierda l Mover hacia la derecha k Mover hacia arriba j Mover hacia abajo 1G Lleva el cursor hasta el comienzo del archivo G Lleva el cursor hasta el final del archivo i Inserta texto a la izquierda del cursor a Inserta texto a la derecha del cursor A Inserta texto al final de la línea donde se encuentra el cursor I Inserta texto al comienzo de la línea donde se encuentra el cursor o Abre una línea debajo de la actual O Abre una línea encima de la actual x Borra el carácter bajo el cursor dd Borra la línea donde se encuentra el cursor ndd Borra las próximas n líneas D Borra desde donde se encuentra el cursor hasta el final de la línea dw Borra desde donde se encuentra el cursor hasta el final de una palabra

11 1.2 Edición y Compilación 6 Figura 1.3: Ventana principal del editor gvim Tabla 1.3: Comandos Básicos de emacs Comando Descripción Ctrl + x Ctrl + f Abrir o crear archivo. Ctrl + x Ctrl + s Guardar archivo. Ctrl + x Ctrl + Guardar como. w Ctrl + x Ctrl + Cerrar Emacs. c Ctrl + z Minimizar Emacs. Ctrl + h t Abre un buffer con un breve tutorial de Emacs, se hace en 15 minutos. Ctrl + h m Abre un buffer con una breve descripción de los modos activos. Ctrl + h a Permite buscar entre las funciones de Emacs. Ctrl + h c Muestra en el minibuffer la función que ejecuta la combinación de teclas que se pulse a continuación. Ctrl + g Salir del minibuffer.

12 1.3 Ejercicios Creando un programa ejecutable El proceso de crear un programa ejecutable puede describirse en tres pasos (ver figura 1.4): Preprocesador: Transforma el programa fuente, convirtiéndolo en otro archivo fuente predigerido. Elimina comentarios, incluye otros archivos y sustituye las definiciones. Compilador: Convierte el fuente entregado por el preprocesador en un archivo en lenguaje máquina: archivo objeto. Enlazador: Un archivo objeto es código máquina, pero no se puede ejecutar, porque le falta código que se encuentra en otros archivos binarios. El enlazador genera el ejecutable binario, a partir del contenido de los archivos objetos y de las bibliotecas. Programa fuente (Código fuente) Preprocesador Compilador Enlazador Programa ejecutable Figura 1.4: Procesos involucrados en la creación de un programa ejecutable 1.3 Ejercicios El objetivo de esta sesión es aprender a editar, compilar y ejecutar un programa en C. NOTA: Todos los programas deben ir comentados y con el nombre del autor. 1. Ejercicio 1: Programa 1 Crear un archivo con el nombre programa1.c e introducir el siguiente programa:

13 1.3 Ejercicios 8 #include <s t d i o. h> int main ( void ) { p r i n t f ( Programacion b a s i c a. \ n ) ; return 0 ; } El programa editado en GVim se observa en la figura 1.5 Figura 1.5: Edición del programa1.c en el editor de textos GVim 2. Compilando y ejecutando el programa Para compilar y ejecutar el programa, ejecute los siguientes comandos: gcc programa1.c -o programa1.out./programa1.out La salida del programa se observa en la figura Modifique el programa1.c para que imprima el nombre del autor. Pruebe editar el archivo con otro editor de textos (ej. gedit, vi, pico, etc.). Guarde su archivo como programa2.c

14 1.3 Ejercicios 9 Figura 1.6: Compilación y ejecución del programa1.c #include <s t d i o. h> int main ( void ) { p r i n t f ( Programacion b a s i c a. \ n ) ; p r i n t f ( Programa e s c r i t o por : Arturo Vega. \ n ) ; } return 0 ; 4. Editor de palabras Edite, compile y ejecute un archivo con el nombre programa3.c utilizando un editor de palabras (ej. open office, word, etc. ), e introduzca el siguiente texto: #include <s t d i o. h> int main ( void ) { p r i n t f ( Programacion basica, usando un e d i t o r de palabras. \ n ) ; return 0 ; } Compile y ejecute el programa. Cuál es la diferencia? Porqué suceden estas diferencias?

15 1.3 Ejercicios 10 Cuáles son las diferencias entre un editor de textos y un procesador de palabras? Qué herramienta se debe utilizar para escribir programas de computadora?

16 Práctica 2 Lenguaje de Programación C 2.1 Introducción En esta segunda práctica se explora el lenguaje de programación C, la estructura de un programa es explicada a detalle para que posteriormente el alumno explore el lenguaje. También se explica que es un algoritmo y los principales pasos en la solución de un problema mediante el uso de un programa de computadora. 2.2 Algoritmo Un algoritmo es una secuencia ordenada y finita de pasos para realizar una tarea particular y debe cumplir las siguientes especificaciones: Cada paso o instrucción del algoritmo debe estar bien definido(a) Un algoritmo debe tener un principio y un fin Cada paso debe tener una secuencia sucesiva e indicar claramente el camino a seguir en la solución del problema Un programa es una secuencia ordenada y finita de instrucciones para realizar una tarea particular. Se puede decir que un programa es la implementación de un algoritmo en un lenguaje de programación.

17 2.3 Lenguaje C Recomendaciones Programar es un proceso metódico, por lo que se puede recomendar los siguientes pasos en la solución de problemas computacionales que involucren crear un programa. 1. Definición del problema de forma clara y precisa (Determinar el problema) 2. Describir los datos de entrada, resultados esperados y en su caso variables requeridas 3. Realizar un ejemplo a mano 4. Desarrollar un algoritmo para solucionar el problema (diagrama de flujo, seudocódigo) 5. Codificar el algoritmo 6. Probar el algoritmo con una variedad de datos de entrada, donde para estos datos se conoce el resultado Diagramas de Flujo y Pseudocódigo Los diagramas de flujo son diagramas que emplean símbolos gráficos para representar los pasos o etapas de un algoritmo. También nos ayudan a describir la interacción de los pasos y analizar la eficiencia del algoritmo. El pseudocódigo nos ayuda a describir algoritmos en un lenguaje humano simplificado. El pseudocódigo no es dependiente de ningún lenguaje de programación. 2.3 Lenguaje C El lenguaje C es un lenguaje imperativo, es decir, es un lenguaje que le indica a la computadora de forma inequívoca las instrucciones a seguir para la solución de un problema. Otros lenguajes como LISP y PROLOG son declarativos El Lenguaje C es un lenguaje estructurado, es decir, la estructura del texto del programa nos ayuda a entender la función que realiza (basado en el tipo de tarea que el sistema debe realizar). Otros lenguajes como C++ y Java son orientados a objetos. Primer programa:

18 2.3 Lenguaje C 13 #include <s t d i o. h> int main ( void ) { p r i n t f ( Programacion b a s i c a. \ n ) ; return 0 ; } #include <s t d i o. h> Inclusión de librerías o biblioteca de funciones (Archivos de cabecera) mediante: #include Entonces: #include <s t d i o. h> #include <math. h> #include OtrasFunciones. h #include b i b l i o t e c a. h En nuestro programa se indica que incluya la librería estándar de entrada y salida (teclado y pantalla) int main ( void ) La función principal del programa se indica con main (nombre especial que indica donde comienza el programa). Todo programa en C debe tener una función principal. Las funciones en C pueden o no regresar un valor, en nuestro caso regresa un valor entero. Para indicar que regresa un valor entero se antepone la cláusula int (abreviación de integer). La palabra reservada void entre paréntesis indica que la función main no tiene parámetros. Si los tuviese, entonces escribimos por ejemplo: int main ( int argc, char argv [ ] )

19 2.3 Lenguaje C 14 { } Las llaves { } indican inicio y fin de un grupo o bloque de instrucciones, en este caso indican el inicio y fin de la función main. p r i n t f ( Programacion b a s i c a. \ n ) ; Aquí se invoca o llama a la función printf, que es una función de salida estándar y nos ayuda a desplegar información en pantalla. Aquí el parámetro o argumento que se le pasa a la función es una cadena de caracteres, la cual es: Programacion b a s i c a. \ n Donde \n Indica salto de línea La ultima línea es: return 0 ; Aquí se indica que finaliza la función main y regresa al sistema operativo un valor de 0. El cero se utiliza por convención para indicar que el programa termino sin errores o que fue exitoso. Importante: Toda instrucción en C termina con punto y coma.

20 2.3 Lenguaje C Tipos de datos Tipos de datos De forma abreviada: Tabla 2.1: Tipos de datos en C char signed unsigned char char Enteros signed short signed int signed long int int unsigned short int unsigned int unsigned long int Reales float double long double Tabla 2.2: Tipos de datos en C, forma abreviada char signed unsigned char char Enteros short int signed long unsigned unsigned unsigned long short Reales float double long double Desplegando variables La función printf nos permite desplegar valores char c ;... p r i n t f ( %c, c ) ; int i ;... p r i n t f ( %d, i ) ; long x ;... p r i n t f ( %ld, x ) ;

21 2.3 Lenguaje C 16 float f ;... p r i n t f ( %f, f ) ; double d ;... p r i n t f ( %l f, d ) ; long double r ;... p r i n t f ( %Lf, r ) ; p r i n t f ( P l a n t i l l a de formato, l i s t a de v a r i a b l e s ) ; Introduciendo datos La función scanf permite introducir datos desde el teclado char c ;... s c a n f ( %c,&c ) ; int i ;... s c a n f ( %d,& i ) ; long x ;... s c a n f ( %ld,&x ) ; float f ;... s c a n f ( %f,& f ) ;

22 2.3 Lenguaje C 17 double d ;... s c a n f ( %l f,&d ) ; long double r ;... s c a n f ( %Lf,& r ) ; s c a n f ( P l a n t i l l a de formato, l i s t a de r e f e r e n c i a a v a r i a b l e s ) ; Operadores Aritméticos Los operadores aritméticos nos permiten hacer operaciones como suma, resta, multiplicación, división, etc. El resultado de la operación es dependiente del tipo de dato Tabla 2.3: Operadores aritméticos en lenguaje C Operador Descripción Resta + Suma Multiplicación / División % Módulo Variables: Constante: Son elementos que contienen datos, el valor asignado a una constante es fijo y no se puede cambiar durante toda la ejecución de un programa. Variable: Son elementos que se utilizan para contener datos de distintos tipos. El valor contenido en una variable puede cambiar a lo largo de la ejecución de un programa Expresión: Las expresiones son combinaciones de constantes, variables, operadores, paréntesis y nombres de funciones.

23 2.4 Ejercicios Ejercicios El objetivo de esta sesión es del de aprender a declarar variables de diferentes tipos y manipularlas en operaciones básicas. NOTA: Todos los programas deben ir comentados y con el nombre del autor. 1. Edite y compile el siguiente programa y dibuje el diagrama de flujo asociado al programa. #include <s t d i o. h> int main ( void ) { int valor1, valor2, suma ; } v a l o r 1 = 5 0 ; v a l o r 2 = 2 5 ; suma = v a l o r 1 + v a l o r 2 ; p r i n t f ( La suma de %d y %d es %d\n, valor1, valor2, suma ) ; return 0 ; 2. Para el siguiente diagrama de flujo, escriba, edite, compile y ejecute el programa en C correspondiente. Considere tipos de datos enteros. 3. Asignación de variables: Analice el siguiente programa y determine sin editar, compilar y ejecutar el programa lo siguiente: (a) Si las asignaciones son correctas (b) El valor que tendrá cada variable al finalizar el programa. #include <s t d i o. h> int main ( void ) { double x = , y ;

24 2.4 Ejercicios 19 Inicio valor1, valor2 suma = valor1 + valor2 suma Fin Figura 2.1: Diagrama de flujo para el inciso 2 int i ; } y = i = x ; p r i n t f ( %f \n, y ) ; return 0 ; 4. Modifique el programa anterior para que imprima todas las variables y su valor. Es decir que la salida del programa muestre el valor de la variable después de la asignación, ejemplo de una posible salida: x = 0 y = 0 i = 0 Edite, compile y ejecute el programa. Son los valores mostrados por el programa anterior similares a los de su respuesta del inciso anterior? Explique el por que de los

25 2.4 Ejercicios 20 diferentes valores.

26 2.4 Ejercicios Operaciones: el operador de división /, realiza su operación de acuerdo al tipo de datos. Si las variables o datos son int, entonces se realiza una división entera. Si los datos o variables son float o doble, entonces se realiza una división con punto flotante. De acuerdo a esto, la salida del siguiente programa es:. Edite, compile y ejecute el programa, Cuál es la salida del programa? Explique el por que de ese valor. #include <s t d i o. h> int main ( void ) { float a ; a = 1 / 3 ; } p r i n t f ( %f \n, a ) ; return 0 ;

27 Práctica 3 Lenguaje de programación Fortran 3.1 Introducción En esta práctica se introduce al alumno al lenguaje de programación Fortran. Los ejercicios incluyen una comparación con el lenguaje C e invitan al estudiante a reflexionar sobre la forma de operar de ambos lenguajes. 3.2 Estructura y Compilación Estructura de un programa en Fortran program programa1 print, Programacion b a s i c a end program programa1 Para compilar y ejecutar el programa, ejecute los siguientes comandos: gfortran programa1.f90 -o programa1.out./programa1.out Tipos de datos en fortran Los diferentes tipos de datos se encuntran listados en la tabla??

28 3.2 Estructura y Compilación 23 Tabla 3.1: Tipos de datos en fortran logical Las variables lógicas solo pueden tener dos valores:.true. (verdadero) y.false. (falso). integer Valores enteros (sin punto decimal), guardados en 4 bytes. real Valores reales guardados en 4 bytes y con 8 cifras significativas. Se indican con punto decimal, y de ser necesario el exponente de la potencia de 10 después de una E: 1., , 6.25E-10, etc. double Valores reales de doble precisión guardados en 8 bytes y con16 cifras significativas, también se denotan por real(8). Se indican con punto decimal y el exponente de la potencia de 10 después de una D: 1.D0, D0, 6.25D-10, etc. Son muy útiles en cálculos numéricos largos, donde los errores de redondeo pueden hacer que las últimas 4 o 5 cifras significativas de un número real sean basura. complex Dos valores reales formando un par y que en operaciones matemáticas se tratan como la parte real e imaginaria de un número complejo: (1.,-2.), (1.0E0,- 2.0E0). También existen versiones de doble y cuádruple precisión. character Variables que corresponden a cadenas de caracteres. Al declarar una variable de este tipo se debe especificar cuantos caracteres puede tener. Estas variables deben estar contenidas en comillas: hola, abcdef, etc. quadruple Valores reales de cuádruple precisión guardados en 16 bytes y con 32 cifras significativas, también se denotan por real(16). Se indican con punto decimal y el exponente de la potencia de 10 después de una Q: 1.Q0, Q0, 6.25Q-10, etc.

29 3.2 Estructura y Compilación Desplegando Información Una forma de desplegar la información en pantalla es mediante el comando print, como se muestra en el siguiente ejemplo: program programa2! Declaramos l a s v a r i a b l e s implicit none integer i, k real f1, a i = 10 k = 1 f 1 = 5. 0 a = f 1 print, i, k, f1, a end program programa2 Para indicar el formato de lectura en un programa en Fortran se utiliza una plantilla de formato, como:

30 3.3 Ejercicios 25 Tabla 3.2: Opciones de formato en Fortran Tipo Sintaxis Ejemplo Datos Descripción integer niw 2i4 1234, -12 n es el número de enteros a leer y w el número total de caracteres contando el signo. real nfw.d 2f , character naw 2a6 abcdef, qwerty n es el de reales por leer, w es el número total de caracteres incluyendo el punto decimal y el signo y d es el número de cifras después del punto decimal. n es el número de palabras a leer y w el número de caracteres en cada palabra. espacios nx 2x n es el número total de espacios en blanco a leer 3.3 Ejercicios Los objetivo de esta sesión son: Aprender a compilar y ejecutar un programa en Fortran Aprender a declarar variables de diferentes tipos y manipularlas en operaciones básicas en C y Fortran Operaciones de entrada y salida en Fortran NOTA: Todos los programas deben ir comentados y con el nombre del autor. 1. Incremento y decremento: Para el siguiente programa: (a) Analice el programa y determine el valor que tendrán las variables en cada paso del programa. (b) Edite, compile y ejecute el programa (programa9.c). (c) Verifique si su deducción fue correcta. (d) Explique el por que de los resultados obtenidos.

31 3.3 Ejercicios 26 #include <s t d i o. h> i n t main ( void ) { i n t a, b ; b = 3 ; a = b ; p r i n t f ( a = %d, b = %d \n, a, b ) ; b = 3 ; a = ++b + 6 ; p r i n t f ( a = %d, b = %d \n, a, b ) ; } return 0 ; 2. Dibuje el diagrama de flujo para calcular la área de un triángulo y escriba el programa en C correspondiente. area = base altura 2 Los datos de base y altura los debe preguntar el programa.

32 3.3 Ejercicios Programa en Fortran: El siguiente programa es equivalente al programa1.c pero en lenguaje de programación Fortran program programa1 print, Programacion b a s i c a end program programa1 Para compilar y ejecutar el programa, ejecute los siguientes comandos: gfortran programa1.f90 -o programa1.out./programa1.out Edite, compile y ejecute el programa 1 en Fortran. Qué diferencias nota entre C y Fortran? En Fortran cual es la instrucción equivalente a la instrucción printf de C? 4. Variables en Fortran: El siguiente programa es equivalente al programa de la práctica 2 pero en lenguaje de programación Fortran program programa2 real x, integer y i x = 1.23 i = x y = i print, x, i, y end program programa2

33 3.3 Ejercicios 28 Figura 3.1: Consola en Linux. Se muestra la forma de compilar y ejecutar el programa en Fortran. Observe la salida del programa. Verifique que el programa en Fortran que usted escribio sea similar al mostrado aquí. Qué diferencias nota entre C y Fortran respecto a la asignación de valores a las variables y a su funcionamiento? En Fortran cual es el tipo de dato equivalente al tipo float de C? 5. Lectura de datos en Fortran: Edite, compile y ejecute el siguiente programa (programa3.f90): program v a l o r e s! Declaramos l a s v a r i a b l e s implicit none l o g i c a l Bandera integer i, j real a, b, c character (30) texto! Asignamos v a l o r e s a n u e s t r a s v a r i a b l e s i =1

34 3.3 Ejercicios 29 a = 2. 5 b = a + i c = a + a Bandera =. f a l s e. j = i 2 texto = Estas son l a s v a r i a b l e s :! Desplegamos en p a n t a l l a l o s contenidos de l a s v a r i a b l e s print, texto print, Bandera, i, j, a, b, c end program v a l o r e s Figura 3.2: Consola en Linux. Se muestra la forma de compilar y ejecutar el programa en Fortran. Observe la salida del programa. Funcionan las operaciones aritméticas igual en C y Fortran? Como funciona el operador de división /, en Fortran? En C hay un tipo de dato equivalente al tipo logical de Fortran?

35 3.3 Ejercicios Entrada y salida en Fortran: En Fortran la entrada y salida de datos se realiza mediante las funciones read(,) y write(,). Ambas funciones tienen dos argumentos, el primero indica la unidad de entrada o salida, y el segundo indica el formato en el que están los datos. La versión mas simple es: read(*,*) write(*,*) Aquí el primer * indica la entrada o salida estándar (teclado o pantalla) y el segundo * indica formato libre. La instrucción write(*,*) puede ser substituida por print * seguido de una coma. Edite, compile y ejecute el siguiente programa (programa4.f90): program programa4! Declarar v a r i a b l e s. implicit none character (20) nombre! Preguntar por e l nombre d e l usuario. print write (, ) Cuál es tu nombre? print! Leer r e s p u e s t a desde e l t e c l a d o. read (, ) nombre! U t i l i z a r l a v a r i a b l e para r e f e r i r n o s a l usuario por su nombre. print write (, ) Hola, nombre, Como e s t a s? print end program programa4

36 3.3 Ejercicios 31 Que observa en la salida del programa? Que sucede si el nombre es mayor de 20 caracteres? Qué indica la instrucción implicit none? 7. Entrada y salida con formato. Para indicar el formato de lectura en un programa en Fortran se utiliza una plantilla de formato, ejemplo: read (, ( i 4 ) ) m read (,100) i 100 format ( i 4 ) read (,100) n En todos los casos se indica al código que debe leer un número entero de máximo 4 digitos de longitud i4. La ventaja del segundo método es que se puede usar el mismo formato o plantilla de formato en más de una instrucción, ejemplo: read (, ( i 4 ) ) m read (,100) i 100 format ( i 4 ) read (,100) n read (,100) k read (,100) j El siguiente programa ejemplifica la lectura de datos con formato. program programa5! Declarar v a r i a b l e s. implicit none integer real a, b i,m, n! Se S o l i c i t a n l o s datos. print, t e c l e a e l v a l o r de m ( entero ) : read (, ( i 4 ) ) m print, ahora t e c l e a e l v a l o r de i : read (,100) i 100 format ( i 4 )

37 3.3 Ejercicios 32 print, ahora t e c l e a e l v a l o r de n : read (,100) n print, ahora t e c l e a e l v a l o r de un r e a l : read (,101) a 101 format ( f 3. 2 ) b = a m! Desplegar l a s v a r i a b l e s. print write (, ) m =, m, i =, i write (, ) a =, a, b = a m, b print end program programa5 Es posible usar una plantilla de formato para desplegar una variable? Si es así, escriba un programa que ejemplifique la salida con formato en fortran. En C como especificamos el numero de decimales que deseamos se despliegue en pantalla, cuando es una variable de tipo float? Escriba un programa en C que ejemplifique la entrada y salida con formato.

38 Práctica 4 Secuencias de Control 4.1 Introducción Esta práctica introduce al estudiante al uso de las secuencias de control en lenguaje C y Lenguaje Fortran. Al termino de la práctica el estudiante habrá comprendido las secuencias de control y será capaz de utilizarlas para la resolución de problemas mediante algún lenguaje de programación. 4.2 Secuencias de Control Las secuencias de control o secuencias de decisión permiten tomar un curso de acción determinado por una condición dada. Para evaluar la condición los lenguajes de programación utilizan operadores relacionales y lógicos. En las siguientes secciones se comentará brevemente los operadores y las diferentes secuencias de control Operadores relacionales y lógicos Los operadores pueden dividirse en las clases siguientes: aritméticos, relacionales y lógicos. Los primeros se revisaron en las prácticas anteriores y son útiles en la manipulación de operaciones aritméticas. Los operadores relacionales y lógicos se utilizan para producir resultados VERDADERO / FALSO y frecuentemente se utilizan juntos. En C cualquier número distinto de cerose considera VERDAD. Sin embargo, una expresión relacional o lógica produce el número 1 para VERDAD y el 0 (cero) para FALSO. Fortran tiene un tipo de dato lógico (.logic.) para la manipulación de resultados relacionales o lógicos. A continuación se listan los operadores relacionales y lógicos para ambos lenguajes de programación.

39 4.2 Secuencias de Control 34 Tabla 4.1: Operadores relacionales y lógicos en C y Fortran C Fortran Fortran Descripción > >.GT. Mayor que >= >=.GE. Mayor o igual que < <.LT. Menor que <= <=.LE. Menor o igual que == ==.EQ. Igual que! = / =.NE. Diferente que &&.AND. AND lógico.or. OR lógico!.not. NOT lógico Condicional Si-Entonces La secuencia de control Si-Entonces nos ayuda para realizar un proceso dependiendo de una condición o pregunta (ver figura 4.1 y tabla 4.2). Condición NO SI Proceso Figura 4.1: Diagrama de flujo de la secuencia de control si-entonces

40 4.2 Secuencias de Control 35 Tabla 4.2: Expresiones en lenguaje de programación para la secuencia de control si-entonces C Fortran i f ( c o n d i c i ó n ) { proceso } i f ( c o n d i c i ón ) then proceso e n d i f Condicional Si-Entonces-sino Nos ayuda para realizar uno u otro proceso dependiendo de una condición o pregunta (ver figura 4.2 y tabla 4.3). SI Condición NO Proceso Proceso Figura 4.2: Diagrama de flujo de la secuencia de control si-entonces

41 4.2 Secuencias de Control 36 Tabla 4.3: Expresiones en lenguaje de programación para la secuencia de control si-entoncessino C Fortran i f ( c o n d i c i ó n ) { proceso 1 } else { proceso 2 } i f ( c o n d i c i ón ) then proceso 1 else proceso 2 e n d i f Fortran contempla la forma else-if then. Los siguientes programas son equivalentes: i f ( condición1 ) then proceso1 else i f ( condición2 ) then proceso2 e n d i f i f ( condición1 ) then proceso1 else i f ( condición2 ) then proceso2 endif endif

42 4.2 Secuencias de Control 37 En Fortran cada secuencia IF puede tener asociado un nombre. El compilador verificará que la secuencia de if s anidados sea consistente! uno : i f ( condición1 ) then dos : i f ( condición2 ) then t r e s : i f ( condición3 ) then cuatro : i f ( condición4 ) then Proceso4 endif cuatro else t r e s proceso5! cuando no se cumplio l a condición 3 endif t r e s endif dos endif uno Selección de caso Nos ayuda para realizar un proceso de muchos dependiendo de una condición o pregunta (ver figura 4.3)? Proceso Proceso Proceso Figura 4.3: Diagrama de flujo de la secuencia de selección de caso

43 4.2 Secuencias de Control 38 C switch ( opcion ) { case A : Proceso 1 ; break ; case B : Proceso 2 ; break ; case C : Proceso 3 ; break ; default : Proceso n ; break ; } Fortran select case ( opcion ) case ( A ) proceso 1 case ( B ) proceso 2 case ( C ) proceso 3 case default proceso n end select

44 4.3 Ejercicios Ejercicios Los objetivo de esta sesión son: Solucionar dudas sobre sesiones anteriores Comprender como funcionan las secuencias de control en C y Fortran NOTA: Todos los programas deben ir comentados y con el nombre del autor. 1. Operaciones aritméticas: Explique el propósito de cada una de las siguientes expresiones (a) a b (b) a (b + c) (c) a >= b (d) (a%5) == b (e) d = a (b + c) 2. Manipulación de variables: Un programa en C contiene las siguientes declaraciones i n t i =8, j =5, k ; f l o a t x = , y = 0.01, z ; char a, b, c = c, d = d ; Determine el valor de cada una de las siguientes expresiones: (a) z = (x + y) (b) a = b = d (c) i = j = 1.1 (d) i+ = 2 (e) i% = j (f) k = (j == 5)?i : j (g) z = (x >= 0)?x : 0

45 4.3 Ejercicios Escriba un algoritmo con ayuda de un diagrama de flujo que sea capaz de intercambiar el contenido de tres variables. El algoritmo debe funcionar de tal forma que: dadas las variables A, B C, el valor de B se almacene en A, El valor de C en B y el valor de A en C. Los valores de las tres variables deben ser introducidas por el usuario, y deben ser desplegadas en pantalla, posteriormente hacer el intercambio y volver a mostrar los valores de las variables. 4. Escriba un programa en Fortran que realice el algoritmo del inciso anterior 5. El diagrama de flujo de la figura 1 describe el algoritmo para obtener el promedio de 5 números. Con ayuda del diagram de flujo, escriba un programa en Fortran que realice el algoritmo. Considere que los datos son enteros y el promedio de tipo real o punto flotante. Inicio C1, C2, C3, C4, C5 Prom = (C1 + C2 + C3 + C4 + C5) /5 Prom Fin Figura 4.4: Promedio de 5 números. Diagrama de flujo para la lectura de cinco números y estimación de su promedio 6. Escriba un algoritmo con ayuda de un diagrama de flujo que teniendo como entrada la calificación de un alumno(a) en un examen despliegue un mensaje en pantalla. El mensaje debe decir aprobado(a) si la calificación es mayor o igual a 8.00 y debe decir No aprobado si la calificación es menor a Escriba un programa en C y uno en Fortran que realice el algoritmo del inciso anterior

46 4.3 Ejercicios Escriba un algoritmo con ayuda de un diagrama de flujo que dado como dato el sueldo de un trabajador, le aplique un aumento del 17% si su sueldo es inferior a 1000 y 12% en caso contrario. El algoritmo también debe imprimir el nuevo sueldo del trabajador. 9. Escriba un programa en C y uno en Fortran que realice el algoritmo del inciso anterior 10. Escriba un algoritmo con ayuda de un diagrama de flujo que dado tres números, encuentre cual es el menor y cual es el mayor. El algoritmo debe imprimir los valores en orden creciente. Considere que los valores son introducidos por el usuario y almacenados en tres variables de tipo entero. 11. Escriba un programa en Fortran y uno en C que realice el algoritmo del inciso anterior. Compare el código y comente las diferencias. Cuál lenguaje le parece más adecuado para este algoritmo (detalle su respuesta)? 12. En las olimpiadas pasadas el tiempo que realizan los participantes en la competencia de velocidad en pista se mide en minutos, segundos y centésimas. La distancia que recorren se expresa en metros. Escriba un algoritmo con ayuda de un diagrama de flujo que calcule la velocidad de los participantes en kilómetros por hora. Considere que el usuario proporcionara al algoritmo la distancia en metros y el tiempo en minutos, segundos y centésimas de segundo. 13. Escriba un programa en Fortran y uno en C que realice el algoritmo del inciso anterior. Compare el código y comente las diferencias. Cuál lenguaje le parece más adecuado para este algoritmo (detalle su respuesta)? 14. El siguiente programa en C utiliza la secuencia switch para imprimir un mensaje de acuerdo al valor entero que teclee el usuario. Tan solo observando el listado, Cuál es la salida del programa para el numero 3 y cuál para el número 12?

47 4.3 Ejercicios 42 #include <s t d i o. h> i n t main ( void ) { i n t i ; p r i n t f ( Teclea un entero : ) ; s c a n f ( %d,& i ) ; switch ( i ) { case 4 : p r i n t f ( \n El numero es cuatro \n ) ; case 5 : p r i n t f ( \n El numero es c i n c o \n ) ; case 3 : p r i n t f ( \n El numero es t r e s \n ) ; case 2 : p r i n t f ( \n El numero es dos \n ) ; case 1 : p r i n t f ( \n El numero es uno\n ) ; default : p r i n t f ( \n El numero es desconocido! \ n ) ; } } return ( 0 ) ;

48 Práctica 5 Secuencias de Repetición 5.1 Introducción Esta práctica introduce al estudiante al uso de las secuencias de repetición en lenguaje C y Lenguaje Fortran. Al termino de la práctica el estudiante habrá comprendido las secuencias de repetición y será capaz de utilizarlas para la resolución de problemas mediante algún lenguaje de programación. 5.2 Secuencias de repetición Las secuencias de repetición, conocidas también como secuencias iterativas, permiten que un segmento de programa se ejecute n veces hasta que se cumpla una condición dada. Esta clase se secuencias explota la velocidad de la computadora y ayudan a realizar procesos que se repiten. Nos ayuda para realizar un proceso de forma repetitiva Iteración: Un bloque de código es repetido hasta que una condición se cumpla. La condición puede ser evaluada antes o después de que se ejecute el código Se utilizan las secuencias de repetición: While, For y DO No se utiliza la sentencia goto en ninguno de los casos for - do Las secuencias de repetición for y do permiten que un segmento determinado de un programa se ejecute n veces. Esta secuencia de repetición también se conoce como secuencia de

49 5.2 Secuencias de repetición 44 repetición indizada, ya que utiliza un contador para el control del ciclo. El diagrama de flujo de la secuencia de repetición for puede observarse en la figura 5.2. Iteración indizada: Un bloque de código es ejecutado repetidamente un número determinado de veces. El control se realiza mediante el uso de un índice o contador. Esta secuencia de repetición consta de tres partes, una inicialización del contador, una condición de terminación y un incremento o decremento del contador. Se utiliza la instrucción for en C o DO en Fortran while y do-while también se puede también utilizar como una secuencia de repetición indizada si se incluyen las tres partes por separado. Inicialización Condición NO SI Proceso Incremento Figura 5.1: Diagrama de flujo de una secuencia de repetición for o do Esta secuencia de repetición consta de tres partes, una inicialización del contador, una condición de terminación y un incremento o decremento del contador.

50 5.2 Secuencias de repetición 45 Se utiliza la instrucción for en C o DO en Fortran La sintaxis en C y Fortran es como sigue: C for ( i n i c i a l i z a c i ó n ; c o n d i c i ó n ; incremento ) { proceso } Fortran do i n i c i a l i z a c i ó n, l í m i t e, incremento proceso enddo Ejemplo de un ciclo que se repite 12 veces. Observe que si el proceso es una sola sentencia, entonces no es necesario las llaves. C for ( k=1 ; k <= 12 ; k++) p r i n t f ( El v a l o r de k es : %d, k ) ; Fortran do k=1, 12, 1 p r i n t, El v a l o r de K es :, k enddo

51 5.2 Secuencias de repetición while - do Las secuencias de repetición while- do y do-while son secuencias que permiten procesar un segmento de código o conjunto sentencias de forma iterativa. A diferencia de la secuencia for no requiere de un índice o contador. Los diagramas de fujo correspondientes a estas secuencias de repetición se pueden observar en la figura??. La sintaxis en C y Fortran es como sigue: Condición al inicio de la secuencia (while): C while ( c o n d i c i ó n ) { proceso ; } Fortran do while ( c o n d i c i ó n ) proceso enddo Condición al final de la secuencia (do-while): C do { proceso ; } while ( c o n d i c i ó n ) ; Fortran Nota : Fortran no provee una opción para v e r i f i c a r l a c ondición a l f i n a l de l a s e c u e n c i a!

52 5.2 Secuencias de repetición 47 Condición SI NO Proceso Proceso SI Condición NO (a) (b) Figura 5.2: Diagrama de flujo de una secuencia de repetición while y do-while. Observe que la diferencia es el momento en que se realiza la condición. Evidentemente el valor de la condición debe alterarse dentro del alcance de la secuencia, de lo contrario la proposición se ejecutará indefinidamente.

53 5.2 Secuencias de repetición Ciclos infinitos Ciclos infinitos son aquellos bloques de código que utilizan secuencias de repetición que se repiten indefinidamente. C for ( ; ; ) p r i n t f ( a l i n f i n i t o y mas a l l a!..... ) ; Fortran do p r i n t, a l i n f i n i t o y mas a l l a!... endo Para terminar un ciclo infinito... Fortran do! c i c l o i n f i n i t o p r i n t, Teclea un numero e n t r e 1 y 10 read, i i f ( i >=1.AND. i <=10) EXIT! l a c o n d i c i o n fue f a l s a p r i n t, Entre 1 y 10!! endo C while ( 1 ) { p r i n t f ( Teclea un numero e n t r e 1 y 10 ) ; s c a n f ( %d,& i ) ; i f ( i >0 && i <=10)

54 5.3 Ejercicios 49 break ; } p r i n t f ( Entre 1 y 10!! ) ; 5.3 Ejercicios Los objetivo de esta sesión son: 1. Solucionar dudas sobre sesiones anteriores 2. Comprender como funcionan los arreglos y su relación con las secuencias de repetición NOTA: Todos los programas deben ir comentados y con el nombre del autor. Ejercicios 1. Evaluación y terminación de un ciclo for: Qué diferencia existe en el comportamiento del ciclo for cuando se altera la condición dentro del cuerpo del ciclo? (C) n = 1 0 ; for ( k=1; k <=n ; k++) { n=20; p r i n t f ( El v a l o r de k es : %d, k ) ; } (Fortran) n = 10 do k=1,n n=20 p r i n t, El v a l o r de K es :, k enddo

55 5.3 Ejercicios Ciclos: En el siguiente programa el primer ciclo funciona, pero el segundo no. Por qué? Que modificaría para que funcione? #include <s t d i o. h> int main ( void ) { short int i ; signed char ch ; for ( i = 0x80 ; i!= 0 ; i = ( i >> 1 ) ) { } p r i n t f ( i es %x (%d) \n, i, i ) ; } for ( ch = 0x80 ; ch!= 0 ; ch = ( ch >> 1 ) ) { p r i n t f ( ch es %x (%d)\n, ch, ch ) ; } return ( 0 ) ; 3. Escriba un programa en C y uno en Fortran que a partir de un numero N, dado por el usuario, despliegue la suma de los numero impares y la multiplicación de los numero pares de la secuencia de 1 a N. El numero N tiene que ser mayor que 0 y menor que 20. De otra forma el programa debe indicar el error con el mensaje Por favor, teclea un numero entero entre 1 y 20. y volver a pedir el dato (N). Por ejemplo si el N es 5 entonces la salida debe ser: Teclea N: 5 La suma de l o s impares es : 9 El producto de l o s pares es : 8 Como ayuda recuerde que: for ( i n i c i a l i z a c i ó n ; c o n d i c i ó n ; incremento ) {

56 5.3 Ejercicios 51 } proceso y do i n i c i a l i z a c i ó n, condición, incremento end do proceso 4. Escriba un programa en C o Fortran, que muestre una tabla de multiplicar el programa: (a) Debe utilizar secuencias de repetición (b) Preguntar un número del 1 al 10 (c) Si el número no cumple con la condición anterior, continúe preguntando por un número valido (d) Una vez que se obtenga un número valido, imprimir la tabla de multiplicar correspondiente a ese número (e) La tabla de multiplicar debe contener las 10 primeras multiplicaciones (1 al 10) y (f) la salida debe ser similar a: Teclea un número d e l 1 a l 10 : 1 La t a b l a de m u l t i p l i c a r de 1 es : 1 x 1 = 1 1 x 2 = 2 1 x 3 = 3 1 x 4 = 4 1 x 5 = 5 1 x 6 = 6 1 x 7 = 7 1 x 8 = 8 1 x 9 = 9

57 5.3 Ejercicios 52 1 x 10 = 10 Gracias por usar e s t e programa.

58 Práctica 6 Arreglos y Estructuras de Datos 6.1 Introducción Esta práctica introduce al estudiante al uso de las secuencias de arreglos (vectores y matrices) y estructuras de datos en lenguaje C y Lenguaje Fortran. Al termino de la práctica el estudiante habrá comprendido el manejo de arreglos y estructuras de datos. 6.2 Arreglos Un arreglo consta de un conjunto ordenado de componentes. Se puede hacer referencia (tener acceso) a un componente de un arreglo mediante uno o más índices, dependiendo de la dimensión del arreglo que haya sido declarada (ver figura 6.1). Los arreglos son un conjunto de datos del mismo tipo que tienen un índice para distinguirlos La notación x i es equivalente en C a: x[i]. donde i es el índice de la variable x El conjunto de datos se almacena en espacios de memoria contigua. Los indices en C comienzan en cero (0) Los indices en Fortran generalmente comienzan en uno (1), pero se puede especificar el rango de los indices. Los arreglos pueden ser n-dimensionales.

59 6.2 Arreglos 54 x[0] x[1] x[2] Figura 6.1: Representación gráfica de un arreglo. La figura muestra la representación gráfica del vector x. En la parte superior se tiene la forma de hacer referencia a un componente o elemento particular del vector. Por ejemplo x[1] significa que se hace referencia al elemento 2 del vector x (ya que en C los índices comienzan en cero). En la parte inferior se muestra el contenido de cada elemento, así, el contenido del componente 2 del vector x es Declaración de arreglos C float A[ 2 0 ] ; float B [ 5 ] = { 0. 0, 2. 0, 1. 5, 1. 0, 0.5} int a [ 1 0 ] = { 2 } ; Fortran r e a l, dimension ( 3 ) : : x r e a l, dimension ( 4, 5 ) : : z r e a l, r e a l, dimension ( 0 : 8 ), A1 dimension ( 2 : 5 ), A2 r e a l : : xx ( 3 ), zz ( 4, 5 ) Cadena de caracteres Cadena o string se utiliza para manipular símbolos o caracteres alfanuméricos Una Cadena es básicamente un arreglo de caracteres o del tipo char La terminación de la cadena se debe especificar con un caracter nulo \0 Por lo que hay que considerar un espacio mas! Las cadenas no se manipulan igual que los enteros o flotantes Ejemplos del uso de cadenas pueden observarse en las figura 6.2, 6.3 y 6.4. Las funciones para manejo de cadenas se encuentran definidas en string.h (ver tabla 6.1).

60 6.2 Arreglos 55 Tabla 6.1: Algunas de las funciones para manipulación de cadenas de caracteres en C (incluir string.h) Función Descripción char *strcpy(const char Copia la cadena de caracteres apuntada *dest, const char *orig) por orig al vector apuntado por dest. int strcmp(const char *s1, Compara las dos cadenas de caracteres s1 const char *s2) y s2. Devuelve un entero menor, igual o mayor que cero si se encuentra que s1 es, respectivamente, menor que, igual a, o mayor que s2. int strlen(const char *s) Calcula la longitud de la cadena de caracteres. char *strncat(char *s1, Agrega n caracteres de s2 a s1 const char *s2, size t n) #i n c l u d e <s t d i o. h> int main ( void ) { char cadena [5]= hola ; char cadena2 [5]={ h, o, l, a, \0 } ; char nombre [ 1 5 ], a p e l l i d o s [ 3 0 ] ; p r i n t f ( Introduce tu nombre : ) ; s c a n f ( %s, nombre ) ; p r i n t f ( Introduce tus a p e l l i d o s : ) ; s c a n f ( %s, a p e l l i d o s ) ; p r i n t f ( Tu Nombre es %s %s \n, nombre, a p e l l i d o s ) ; } Figura 6.2: Ejemplo 1 de declaración y manipulación de una cadena de caracteres en lenguaje C.