Fundamentos de Programación. Unidad 1: Conceptos básicos

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1 Fundamentos de Programación Unidad 1: Conceptos básicos

2 1.1 Clasificación del Software Hardware: se refiere a los componentes físicos (tangibles) que conforman un sistema computacional. Software: es el conjunto de los programas de cómputo, procedimientos, reglas, documentación y datos asociados que forman parte de las operaciones de un sistema de computación (componentes intangibles).

3 1.1.1 Software de Sistemas Su objetivo es desvincular adecuadamente al usuario y al programador de los detalles de la computadora en particular que se use, aislándolo especialmente del procesamiento referido a las características internas de: memoria, discos, puertos y dispositivos de comunicaciones, impresoras, pantallas, teclados, etc. El software de sistema le procura al usuario y programador adecuadas interfaces de alto nivel, herramientas y utilidades de apoyo que permiten su mantenimiento. Sistemas operativos Controladores de dispositivos Herramientas de diagnóstico Herramientas de Corrección y Optimización Servidores Utilidades

4 1.1.2 Software de programación Es el conjunto de herramientas que permiten al programador desarrollar programas informáticos, usando diferentes alternativas y lenguajes de programación, de una manera práctica. Editores de texto Compiladores Intérpretes Enlazadores Depuradores Entornos de Desarrollo Integrado (IDE) Interfaz Gráfica de Usuario (GUI)

5 1.1.3 Software de aplicación Es aquel que permite a los usuarios llevar a cabo una o varias tareas específicas, en cualquier campo de actividad susceptible de ser automatizado o asistido, con especial énfasis en los negocios. Aplicaciones para Control de sistemas y automatización industrial Aplicaciones ofimáticas Software educativo Software empresarial Bases de datos (puede considerarse como de sistemas) Telecomunicaciones (p.ej. internet y toda su estructura lógica) Videojuegos Software médico Software de Cálculo Numérico y simbólico. Software de Diseño Asistido (CAD) Software de Control Numérico (CAM)

6 1.2 Algoritmo Es una secuencia finita de pasos o instrucciones ordenadas crono-lógicamente que describen un método para resolver un problema específico. Es un conjunto preescrito de instrucciones o reglas bien definidas, ordenadas y finitas que permite realizar una actividad mediante pasos sucesivos que no generen dudas a quien lo ejecute. Dados un estado inicial y una entrada, siguiendo los pasos sucesivos se llega a un estado final y se obtiene una solución.

7 1.2.1 Ejemplo Algoritmo: Algoritmo cotidiano Algoritmo raíz cuadrada

8 1.3 Lenguaje de Programación Es un lenguaje artificial que puede ser usado para controlar el comportamiento de una máquina, especialmente una computadora. Estos se componen de un conjunto de reglas sintácticas y semánticas que permiten expresar instrucciones que luego serán interpretadas y ejecutadas por el computador. Es un conjunto limitado de palabras y símbolos que representan procedimientos, cálculos, decisiones y otras operaciones, como control de procesos, que puede ejecutar una computadora. Los lenguajes de programación pueden clasificarse según el paradigma que usan en: procedimentales, orientados a objetos, funcionales, lógicos, híbridos, etc.

9 1.3.1 Gramática de un lenguaje de Programación Sintaxis de un lenguaje de programación: estructura o forma de los programas. Semántica de un lenguaje de programación: relaciones entre un programa y un modelo de computación. Pragmática de un lenguaje de programación: grado de éxito con el que un programa cumple sus objetivos tanto en su fidelidad con el modelo de computación subyacente como su utilidad para los programadores.

10 1.4 Programa Es un conjunto de instrucciones que una vez ejecutadas realizarán una o varias tareas en una computadora. Es la codificación de un algoritmo en un lenguaje de programación. Es un conjunto de instrucciones u ordenes basadas en un lenguaje de programación que una computadora interpreta y ejecuta para resolver un problema o una función especifica.

11 1.5 Programación Se refiere a la codificación e implementación de un algoritmo en un lenguaje de programación específico para dar solución a un problema. Se refiere a la serie de actividades y pasos que se abordan para crear el código fuente de un programa informático. De acuerdo con estos pasos, el código se escribe, se prueba y se perfecciona. Es el proceso que se realiza para desarrollar software. Es aquella actividad por la cual se crean programas para computadoras, tales programas pueden ser códigos fuentes interpretados (como por ejemplo scripts en BASH) o códigos fuentes que serán compilados (como por ejemplo programas en C++) hacia lenguajes binarios y ejecutados desde el kernel del sistema operativo.

12 1.6 Paradigmas de programación Un paradigma de programación es un modelo básico de diseño y desarrollo de programas, que permite producir programas con unas directrices específicas, tales como: estructura modular, fuerte cohesión, alta rentabilidad, etc. Un paradigma de programación es una colección de modelos conceptuales que juntos modelan el proceso de diseño y determinan, al final, la estructura de un programa.

13 1.6.1Modelo de computación imperativo También denominado procedural Conjunto de valores que definen un estado y la operación de asignación de la modificación de estado. Un estado es un conjunto de pares nombrevalor de las constantes y variables. Un programa es una secuencia de asignaciones. Una computación es una secuencia de estados. Computación: aplicación de una secuencia de operaciones a un valor para obtener otro valor.

14 Ejemplo:

15 1.6.2 Modelo de computación funcional Conjunto de valores, funciones y las operaciones de aplicación de función y composición de función. Las funciones pueden tomar como argumentos otras funciones y devolverlas como resultados. Un programa es una colección de definiciones de funciones. Una computación es una evaluación (aplicación) de una expresión (función con sus argumentos). Ejemplo:

16 1.6.3 Modelo de computación lógico Conjunto de valores, definiciones de relaciones e inferencias lógicas. Un programa es una definición de relaciones. Una computación es una prueba (secuencia de inferencias lógicas) Ejemplo:

17 1.6.4 Computabilidad Los tres modelos son equivalentes cualquier problema que tenga una solución en un modelo es resoluble en cada uno de los otros dos. Se denominan modelos universales de computación. Otros modelos también son equivalentes. Están mezclados en los lenguajes de programación: Java es imperativo, pero incorpora elementos funcionales y lógicos. CommonLisp es funcional, pero permite realizar programación imperativa y lógica. Prolog es lógico, pero admite determinadas secuencias imperativas.

18 1.6.5 Programación imperativa Modela la arquitectura de la máquina de von Neumann. La computación consiste en la ejecución paso a paso de algoritmos (secuencias condicionales o repetitivas de instrucciones) que modifican los contenidos de variables (espacios de memoria). Tipos: Lenguajes procedurales (Pascal, C): utilizan subprogramas como unidades de modularización para definir pasos de Computación. Lenguajes orientados a objetos (Smalltalk, C++, Java): encapsulan en objetos tanto los datos como las operaciones sobre los mismos Paradigmas.

19 Ejemplo de programación imperativa Function member (e: real; a: lista-reales): lista-reales; begin if (a = nil) then member := nil else while ((aˆ.siguiente <> nil) and (e <> aˆ.elemento)) do a := aˆ.siguiente; if e = aˆ.elemento then member := a else member := nil end;

20 1.6.6 Programación declarativa Utiliza bloques de construcción como las funciones, la recursión o la equiparación de patrones, para especificar más la solución que su cálculo de bajo nivel. Tipos: Lenguajes funcionales (Common Lisp, Scheme, Haskell): utilizan funciones libres de efectos secundarios como bloques primitivos de construcción de programas. Estas funciones pueden aplicarse, construirse y pasarse como argumentos a otras funciones. Lenguajes lógicos (Prolog): calculan resultados utilizando reglas e inferencias lógicas.

21 Ejemplo de programación declarativa

22 1.6.7 Programación Orientada a Objetos Define la computación como la interacción entre objetos Autónomos. Mediante la utilización de objetos, la programación se convierte en simulación. Los objetos son instancias de clases que se organizan en jerarquías de herencia. Los objetos se comportan independientemente. Utilizan la selección de las operaciones en tiempo de ejecución cuando interpretan los mensajes provenientes de otros objetos. Ejemplos: -Smalltalk, Eiffel, y Java son lenguajes orientados a objetos -Muchos lenguajes actuales, como C++, Ada-95, o Common Lisp también dan soporte a este tipo de programación.

23 Ejemplo de programación orientada a objetos Clase: lista Atributos: elemento, siguiente Métodos: primero, siguiente, member,... Ejecución de member: mandar un mensaje member a una instancia de la clase lista con el argumento elemento a buscar.

24 1.6.8 Programación basada en módulos Reconoce agrupaciones de variables, procedimientos y tipos como unidades estáticas de modularidad de programa. El interface a un módulo (o paquete) especifica y exporta una serie de servicios generales. Los detalles de implementación se ocultan en una unidad de programa compilada separadamente. Ejemplos: Modula-2, Ada y C++, JAVA soportan este estilo de programación que puede ser combinada con cualquier otro tipo de paradigma.

25 1.6.9 Otros paradigmas de programación Programación visual Programación basada en restricciones Programación basada en tipos abstractos de datos Programación genérica Programación concurrente Programación basada en componentes distribuidos Programación basada en agentes Programación literaria Programación basada en patrones de diseño Programación basada en guiones Programación automática: aprendizaje automático Programación orientada a eventos

26 1.7 Editores 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. El programa lee el archivo e interpreta los bytes leídos según el código de caracteres que usa el editor. Hoy en día es comúnmente de 7- ó 8-bits en ASCII o UTF-8, rara vez EBCDIC. El texto plano es representado en el editor mostrando todos los caracteres presentes en el archivo. Los únicos caracteres de formateo son los caracteres de control del respectivo código de caracteres. En la práctica, estos son: salto de línea, tabulación horizontal y retorno de carro.

27 1.7.1Tipos de editores de texto Algunos son de uso general, mientras que otros están diseñados para escribir o programar en un lenguaje. Algunas funciones especiales son: Editores diseñados para un lenguaje de programación determinado, con coloreado de sintaxis, macros, completar palabras, etc. Editores con regiones plegables. A veces no todo el texto es relevante para el usuario. Con este tipo de editores ciertas regiones con texto irrelevante pueden ser plegadas, escondidas, mostrando al usuario solo lo importante del texto. IDE es un editor más otras herramientas de trabajo, compiladores, extractores de diferencias entre dos textos, repositorios, etc, incluidos en un solo programa.

28 1.7.2 Algunos Editores Emacs, otro editor muy común en Unix Vi, editor muy común en Unix Kate, un moderno editor para Unix Notepad++, editor de código fuente para Microsoft Windows jedit, editor popular multiplataforma TextPad, editor popular multiplataforma Jcreator, IDE para JAVA Eclipse, IDE para JAVA DEV C, IDE para lenguaje C Visual Studio, IDE para.net NET BEANS, IDE para java

29 1.8 Clasificación de Lenguajes de programación Por su nivel: Alto: instrucciones semejantes a lenguaje natural Medio Bajo: instrucciones semejantes a lenguaje máquina Por su traducción: Compiladores: lee un programa escrito en un lenguaje fuente y lo traduce a un programa equivalente en otro lenguaje, el lenguaje objeto. Intérpretes: un intérprete es un programa que, como su nombre lo indica, interpreta símbolos en un programa y los traduce a lenguaje máquina conforme deban ser ejecutados.

30 1.8.1 Compiladores Un compilador es un programa informático que traduce un programa escrito en un lenguaje de programación a otro lenguaje de programación, generando un programa equivalente que la máquina será capaz de interpretar. Usualmente el segundo lenguaje es lenguaje de máquina, pero también puede ser simplemente texto. Este proceso de traducción se conoce como compilación. Un compilador es un programa que permite traducir el código fuente de un programa en lenguaje de alto nivel, a otro lenguaje de nivel inferior (típicamente lenguaje de máquina). De esta manera un programador puede diseñar un programa en un lenguaje mucho más cercano a como piensa un ser humano, para luego compilarlo a un programa más manejable por una computadora.

31 1.8.2 Diagrama Compilador

32 1.8.3 Interpretes Intérprete es un programa informático capaz de analizar y ejecutar simultáneamente un programa escrito en un lenguaje fuente. Los intérpretes se diferencian de los compiladores en que mientras estos traducen un programa desde su descripción en un lenguaje de programación al código de máquina del sistema, los primeros (los intérpretes) sólo realizan la traducción a medida que sea necesaria, típicamente, instrucción por instrucción, y normalmente no guardan el resultado de dicha traducción. Los programas interpretados suelen ser más lentos que los compilados debido a la necesidad de traducir el programa mientras se ejecuta, pero a cambio son más flexibles como entornos de programación y depuración (lo que se traduce, por ejemplo, en una mayor facilidad para reemplazar partes enteras del programa o añadir módulos completamente nuevos), y permiten ofrecer al programa interpretado un entorno no dependiente de la máquina donde se ejecuta el intérprete, sino del propio intérprete (lo que se conoce comúnmente como máquina virtual).

33 1.8.4 Diagrama Interprete

34 1.8.5 Esquema de compilador con interprete de código intermedio

35 1.9 Ejecutables un ejecutable o archivo ejecutable, es un archivo binario cuyo contenido se interpreta por el ordenador como un programa. contiene instrucciones en código máquina de un procesador en concreto, pero también puede contener bytecode que requiera un intérprete para ejecutarlo. suele contener llamadas a funciones específicas de un sistema operativo (llamadas al sistema). ejecutables portables: se pueden ejecutar en varias plataformas. Ejecutables no portables: destinado a una plataforma concreta. contiene mucha información que no es parte del programa en sí: recursos como textos e imágenes, requisitos del entorno de ejecución, información simbólica y de depuración, u otra información que ayude al sistema operativo a ejecutar el programa.

36 1.10 Consola de línea de comandos También conocida como Interfaz de Línea de Comandos (CLI), por su acrónimo en inglés de Command Line Interface (CLI), es un método que permite a las personas dar instrucciones a algún programa informático por medio de una línea de texto simple. Las CLI pueden emplearse interactivamente, escribiendo instrucciones en alguna especie de entrada de texto, o pueden utilizarse de una forma mucho más automatizada (batch), leyendo comandos desde un archivo de scripts. La contraparte de CLI es la interfaz gráfica de usuario (GUI)

37 a Comandos de Windows AT - Planifica comandos y programas para ejecutarse en un equipo. ATTRIB - Muestra o cambia los atributos del archivo. BREAK - Establece o elimina la comprobación extendida de Ctrl+C. CACLS - Muestra o modifica las listas de control de acceso (ACLs) de archivos. * Atención: En la ayuda de Windows hay un error y este comando lo llaman CALCS que no existe. CALL - Llama a un programa por lotes desde otro. CD - Muestra el nombre del directorio actual o cambia a otro directorio. CHCP - Muestra o establece el número de página de códigos activa. CHDIR - Muestra el nombre del directorio actual o cambia a otro directorio. CHKDSK - Comprueba un disco y muestra un informe de su estado. CHKNTFS - Muestra o modifica la comprobación de disco al iniciar. CLS - Borra la pantalla. CMD - Inicia una nueva instancia del intérprete de comandos de Windows. COLOR - Establece los colores de primer plano y fondo predeterminados de la consola. COMP - Compara el contenido de dos archivos o un conjunto de archivos. COMPACT - Muestra o cambia el estado de compresión de archivos en particiones NTFS. CONVERT - Convierte volúmenes FAT a volúmenes NTFS. No puede convertir la unidad actual. COPY - Copia uno o más archivos a otro lugar. DATE - Muestra o establece la fecha. DEL - Elimina uno o más archivos. DIR - Muestra una lista de archivos y subdirectorios en un directorio. DISKCOMP - Compara el contenido de dos disquetes. DISKCOPY - Copia el contenido de un disquete a otro. DOSKEY - Edita líneas de comando, memoriza comandos y crea macros.

38 b Comandos de Windows ECHO - Muestra mensajes, o activa y desactiva el echo. ENDLOCAL - Termina la búsqueda de variables de entorno del archivo por lotes. ERASE - Elimina uno o más archivos. EXIT - Sale del programa CMD.EXE (interfaz de comandos). FC - Compara dos archivos o conjunto de archivos y muestra las diferencia entre ellos. FIND - Busca una cadena de texto en uno o más archivos. FINDSTR - Busca cadenas de texto en archivos. FOR - Ejecuta un comando para cada archivo en un conjunto de archivos. FORMAT - Da formato a un disco para usarse con Windows. FTYPE - Muestra o modifica los tipos de archivo utilizados en una asociació de archivos. GOTO - Direcciona el intérprete de comandos de Windows a una línea de un programa por lotes. GRAFTABL - Permite a Windows mostrar un conjunto de caracteres extendido en modo gráfico. HELP - Proporciona información de ayuda para los comandos de Windows. IF - Ejecuta procesos condicionales en programas por lotes. LABEL - Crea, cambia o elimina la etiqueta del volumen de un disco. MD - Crea un directorio. MKDIR - Crea un directorio. MODE - Configura un dispositivo de sistema. MORE - Muestra la información pantalla por pantalla. MOVE - Mueve uno o más archivos de un directorio a otro en la misma unidad. PATH - Muestra o establece una ruta de búsqueda para archivos ejecutables. PAUSE - Suspende el proceso de un archivo por lotes y muestra un mensaje. POPD - Restaura el valor anterior del directorio actual guardado por PUSHD. PRINT - Imprime un archivo de texto.

39 c Comandos de Windows PROMPT - Cambia el símbolo de comandos de Windows. PUSHD - Guarda el directorio actual y después lo cambia. RD - Elimina un directorio. RECOVER - Recupera la información legible de un disco dañado o defectuoso. REM - Graba comentarios en archivos por lotes o CONFIG.SYS. REN - Cambia el nombre de uno o más archivos. RENAME - Cambia el nombre de uno o más archivos. REPLACE - Reemplaza archivos. RMDIR - Elimina un directorio. SET - Muestra, establece o elimina variables de entorno de Windows. SETLOCAL - Inicia la localización de cambios del entorno en un archivo por lotes. SHIFT - Cambia posición de modificadores reemplazables en archivos por lotes. SORT - Ordena las entradas. START - Inicia otra ventana para ejecutar un programa o comando. SUBST - Asocia una ruta de acceso con una letra de unidad. TIME - Muestra o establece la hora del sistema. TITLE - Establece el título de la ventana de una sesión de CMD.EXE. TREE - Muestra gráficamente la estructura de directorios de una unidad ruta de acceso. TYPE - Muestra el contenido de un archivo de texto. VER - Muestra la versión de Windows. VERIFY - Comunica a Windows si debe comprobar que los archivos se escribe de forma correcta en un disco. VOL - Muestra la etiqueta del volumen y el número de serie del disco. XCOPY - Copia archivos y árboles de directorios.

40 Comandos de Linux man: muestra el manual de commandos ls: equivale al dir en windows (lista) cd : cambiar directorio mkdir : crear directorio mv : mover archivos rm : borrar archivos ping : probar conexion de red cp: copiar archivos pwd : muestra la ruta actual locate: buscar archivos