2. Algoritmos (conjunto de instrucciones programadas para resolver una tarea específica).

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1 El libro pretende enseñar a programar una computadora utilizando varios lenguajes de programación estándares (C, C++ y Java), introducir al lector en el lenguaje de modelado de sistemas UML, enseñar a programar con el paradigma estructurado y el orientado a objetos, así como introducir al lector en el fundamental campo de las estructuras de datos. El contenido del libro sigue los objetivos iniciales de la primera edición: cubrir los contenidos de asignaturas, cuyos títulos dependen de los planes de estudio de la universidad y país correspondiente, tales como Fundamentos de programación I y II (dos semestres), Algoritmos y Estructuras de datos, Programación I (un semestre, en lenguaje C), Programación Orientada a Objetos y a UML, tanto en C++ como en Java (1/2 semestres dependiendo del empleo de C++ y/o Java) y desde el punto de vista práctico de lenguajes o para programación de profesionales, tecnológicos, formación profesional, materias de un semestre utilizando lenguajes C, C++ o Java, es decir Programación en C, Programación en C++, Programación en Java. Para ello se apoyará en los siguientes conceptos fundamentales: 1. Una revisión actual y básica de los conceptos fundamentales de las computadoras, los lenguajes de programación y las herramientas y tecnologías de programación y metodología de la programación. 2. Algoritmos (conjunto de instrucciones programadas para resolver una tarea específica). 3. Sintaxis de los lenguajes de programación C, C++ y Java, en sus versiones estándares en el caso de C/C++ (C11 y C++11) y en las últimas versiones de Java; 6, 7 y Orientación a Objetos (datos y algoritmos que manipulan esos datos, encapsulados en un tipo de dato conocido como objeto) con la ayuda de los lenguajes C++ y Java. 5. UML 2.5, notaciones y relaciones gráficas de clases y objetos (iniciación al modelado de aplicaciones con una herramienta ya universal como es UML, lenguaje unificado de modelado). 6. Técnicas de programación en C, C++ y Java (aprendizaje fiable y eficiente del desarrollo de programas de aplicaciones).

2 El libro dispone de una página web (http://www.mhhe.com/uni/joyanespcju2e) y una complementaria El portal tecnológico y de conocimiento (www.mhe.es/joyanes), donde no sólo podrá consultar y descargarse códigos fuente de los programas del libro, sino también apéndices complementarios y cursos o tutoriales de programación en C, C++ y Java, especialmente pensados para los lectores sin conocimiento de este lenguaje, junto con tutoriales y ejercicios propuestos y resueltos de algoritmos utilizando herramientas tales como pseudocódigos y los clásicos diagramas de flujo. 1. Actividades de programación (ejercicios, test, programas complementario, entre otros) de modo que el alumno pueda utilizar durante su aprendizaje y de modo complementario con los ejemplos, ejercicios, programas etc., contenidos en el texto. 2. Resolución de ejercicios y problemas propuestos en el libro. 3. Propuesta y resolución de otros ejercicios y problemas complementarios no propuestos en el libro. 4. Cursos de programación en transparencias (slides) para facilitar el aprendizaje. 5. Recursos web de programación. 6. Libros, revistas, artículos de programación y de lenguajes de programación. 7. Test y ejercicios de autocomprobación. 8. Referencias y ejercicios de programación propuestos y resueltos, de otros libros de programación de los autores. 9. La parte VI: 6 capítulos que pueden constituir, por sí solos, un curso de introducción a estructuras de datos en C, C++ y Java.

3 Los primeros aspectos, algoritmos y datos, han permanecido invariables a lo largo de la corta historia de la informática/computación, pero la interrelación entre ellos sí ha variado y continuará haciéndolo. Esta interrelación se conoce como paradigma de programación. En el paradigma de programación procedimental (procedural o por procedimientos) un problema se modela directamente mediante un conjunto de algoritmos. Por ejemplo, la nómina de una empresa o la gestión de ventas de un almacén, se representa como una serie de procedimientos que manipulan datos. Los datos se almacenan separadamente y se accede a ellos o bien mediante una posición global o mediante parámetros en los procedimientos. Tres lenguajes de programación clásicos, FORTRAN, Pascal y C, han representado el arquetipo de la programación procedimental, también relacionada estrechamente y, a veces, conocida como programación estructurada. La programación con soporte en C++, proporciona el paradigma procedimental con un énfasis en funciones, plantillas de funciones y algoritmos genéricos. En la década de 1980, el enfoque del diseño de programas se desplazó desde el paradigma procedimental al orientado a objetos apoyado en los tipos abstractos de datos (TAD). En este paradigma se modela un conjunto de abstracciones de datos. En C++ y Java, estas abstracciones se conocen como clases. Las clases contienen un conjunto de instancias o ejemplares de la misma que se denominan objetos, de modo que un programa actúa como un conjunto de objetos que se relacionan entre sí. La gran diferencia entre ambos paradigmas reside en el hecho de que los algoritmos asociados con cada clase se conocen como interfaz pública de la clase y los datos se almacenan privadamente dentro de cada objeto de modo que el acceso a los datos está oculto al programa general y se gestionan a través de la interfaz. C++ y Java son lenguajes multiparadigma. Dan soporte a ambos tipos de paradigmas aun que su uso habitual y su gran potencia residen en la programación orientada a objetos. Así pues, y en resumen, los objetivos fundamentales de esta obra son: enseñanza y aprendizaje de introducción a la programación estructurada y programación orientada a objetos empleando los lenguajes de programación C, C++ y Java, junto con el uso de un lenguaje unificado de modelado como UML. Un objetivo complementario será el aprendizaje de las estructuras de datos, que esperamos cumplir a nivel medio con el contenido del Centro de recursos en línea del libro en donde se publicará una parte completa y extensa sobre el conocimiento avanzado de estructuras de datos.

4 La evolución de C fue una evolución de los lenguajes BCPL y B, desarrollados en la década de 1960, por Martin Richards como lenguajes para escribir sistemas operativos y compiladores. Posteriormente Kein Thompson utilizó B para crear las primeras versiones del sistema operativo UNIX en Bell Laboratories, sobre una computadora DEC PDP-7 de Digital. El lenguaje C, como tal, fue una evolución directa del lenguaje B y fue creado en 1972 por Dennis Ritchie, con la colaboración de Ken Thompson, también en Bell Laboratories y se implementó originalmente la mítica computadora DEC PDP-11. En 1978, Ritchie y Brian Kernighan, publicaron la primera edición de El lenguaje de programación C, primera especificación no formal del lenguaje C y que se ha conocido tradicionalmente como el K&R C (el C de Kernighan y Ritchie). En 1983, el American National Standards Institute (ANSI) creó el comité X3J11 cuyo objetivo era definir una especificación estándar de C. En 1989, fue aprobado el estándar ANSI X3159:1989. Esta versión se conoce como ANSI C o bien C89. En 1990, la International Standard Organization (ISO) adoptó como estándar el ANSI C, con la denominación de estándar ISO/IEC 9899: 1990, que se le conoce como C90 o ANSI/ISO C, aunque ambas versiones, ANSI C y ANSI/ISO C, son formalmente las mismas. El lenguaje C siguió evolucionando y en 1999, ante el avance de C++, se revisó y actualizó y se publicó un nuevo estándar INCITS/ISO/IEC 9899:1999, conocido también como C99. El lenguaje C ha ido evolucionando y su última especificación aprobada por ISO/IEC ha sido la versión ISO/IEC 9899:2011, conocida popularmente como C11 (antes C1X), que fue aprobada en Esta versión se ha implementado ya en casi todos los compiladores y plataformas de compilación tanto gratuitas como de pago. C sigue siendo un lenguaje de programación muy utilizado en la formación de programadores e ingenieros, y su fortaleza reside en que ha sido el referente y modelo de lenguajes como Objective-C (utilizado hoy día en plataformas de Apple, tales como el sistema operativo MacOS y el ios 6 e ios 7 para dispositivos móviles), C++, Java y C#.

5 El aprendizaje de C++ es una aventura de descubrimientos, en especial porque el lenguaje se adapta muy bien a diferentes paradigmas de programación, incluyendo entre ellos, programación orientada a objetos, programación genérica y la tradicional programación procedimental o estructurada. C++ ha ido evolucionando desde la publicación del libro de Stroustrup: C++. Manual de referencia con anotaciones (conocido como ARM y traducido al español por el coautor de este libro, profesor Joyanes y por el profesor Miguel Katrib de la Universidad de La Habana) hasta llegar a la actual versión de su obra clave: The C++ Programming Language, cuarta edición, que incluye C++11, y que fue publicada por Addison-Wesley en mayo de Esta edición sigue el estándar ANSI/ISO, aunque en algunos ejemplos y ejercicios, se ha optado por mantener el antiguo estándar, a efectos de compatibilidad, con otras versiones antiguas que pueda utilizar el lector y para aquellos casos en que utilice un compilador no compatible con el estándar, antes mencionado. Aprenderá muchas características de C++, e incluso las derivadas de C, a destacar: Clases y objetos Herencia Polimorfismo y funciones virtuales Sobrecarga de funciones y de operadores Variables referencia Programación genérica, utilizando plantillas (templates) y la biblioteca de plantillas estándar (STL, Standard Template Library) Mecanismo de excepciones para manejar condiciones de error Espacio de nombres para gestionar nombres de funciones, clases y variables C++ se comenzó a utilizar como un «C con clases» y fue a principios de la década de 1980 cuando se inició la revolución C++, aunque su primer uso comercial, por parte de una organización de investigación, fue en julio de Como Stroustrup cuenta en el prólogo de la 3ª edición de la citada obra, C++ nació con la idea de que el autor y sus colegas no tuvieran que programar en ensamblador ni en otros lenguajes al uso (véase Pascal, BASIC, FORTRAN...). La explosión del lenguaje en la comunidad informática hizo inevitable la estandarización, proceso que comenzó en 1987 [Stroustrup 94]. Así nació una primera fuente de estandarización: The Annotated C++ Reference Manual [Ellis 89].2 En diciembre de

6 1989 se reunió el comité X3J16 de ANSI, bajo el auspicio de Hewlett-Packard, y en junio de 1991 se realizó el primer esfuerzo de estandarización internacional de la mano de ISO, y así comenzó a nacer el estándar ANSI/ISO C++. En 1995 se publicó un borrador estándar para su examen público y en noviembre de 1997 fue finalmente aprobado el estándar C++ internacional, aunque fue en 1998 cuando el proceso se pudo dar por terminado (ANSI/ISO C++ Draft Standard) conocido como ISO/IEC 14882: 1998 o simplemente C++ Estándar o ANSI C++. Stroustrup publicó en 1997 la tercera edición de su libro The C++ Programming Language [Stroustrup 97] y en 2000, una actualización que se publicó como edición especial. C++ sigue evolucionando gracias a su creador Stroustrup y el comité de estandarización de C++. Las especificaciones del nuevo estándar que fueron aprobadas el 12 de agosto de 2011, norma ISO/IEC 14882: 2011, y se conoce popularmente como C++11, ha supuesto una gran revolución dado que si bien soporta las versiones anteriores, es más genérico, más uniforme y con mejores mecanismos de abstracción. Incluye mejoras significativas pensadas en programación profesional y en la fuerte competencia de Java y C#.

7 La evolución de Java: Java 2, Java 5, Java 6, Java 7 y, en camino, Java 9 James Gosling y otros desarrolladores de Sun Microsystems (empresa creadora de Java, vendida posteriormente a Oracle), trabajaban, a principios de la década de 1990, en un proyecto que deseaba diseñar un lenguaje de computadoras que pudiera ser utilizado para dispositivos de consumo tales como aparatos de televisión y otros componentes electrónicos. Los requisitos eran simples: un lenguaje portable que pudiera ser utilizado en cualquier máquina que tuviera el intérprete adecuado. El proyecto se llamaba Green y el lenguaje pretendía generar código intermedio para una máquina hipotética. Este código intermedio debía poder utilizarse en cualquier máquina que tuviera el intérprete correcto. El proyecto utilizaba una máquina virtual, pero los ingenieros procedían de trabajar en entornos UNIX con el lenguaje C++ y por esta razón era un lenguaje orientado a objetos y no a procedimientos. En paralelo a los desarrollos de Sun, la World Wide Web, desde 1993, estaba creciendo a marchas agigantadas. La clave para la web es el navegador que traducía la página del hipertexto a la pantalla. En 1994, la mayoría de los usuarios de Internet utilizaban Mosaic, un navegador web no comercial. El proyecto Green se transformó en First Person, Inc, el cual presentó algunos resultados de éxito, pero se disolvió en 1994; sin embargo, comenzó a utilizarse el lenguaje que primero se llamó Oak y posteriormente usó Java en el diseño de navegadores, en concreto en un navegador llamador HotJava. El lenguaje fue escrito en Java para mostrar toda la potencia de la que eran capaces. Ellos construyeron aplicaciones que llamaron applets e hicieron el navegador capaz de ejecutar código en el interior de páginas web. Esta experiencia se mostró en el SunWorld 95 y fue el comienzo de la historia de Java y el inicio de la leyenda de este lenguaje para desarrollo en Internet. Sun lanzó la primera versión de Java a principios de 1996 y se le denominó Java 1.0 y desde entonces ha lanzado siete importantes revisiones del Java Development Kit (JDK) y la Interfaz de Programación de Aplicaciones (API) ha crecido desde alrededor de 200 clases a más de clases. La API ahora genera áreas tan diversas como construcción de interfaces de usuario, gestión de bases de datos, internacionalización, seguridad y procesamiento XML. En 1997, se lanzó la primera revisión, 1.1, que ya contenía clases internas. En diciembre de 1998 con ocasión de la conferencia JavaOne se presentó la versión 1.2 y se cambió el nombre comercial a Java 2 Standard Edition Software Development Kit Versión 1.2 (se le conoció como Java 2 y hoy sigue siendo muy utilizada). Las versiones 1.3 (año 2000) y 2.4 (año 2004) de la Standard Edition fueron mejoras incrementales sobre la versión inicial de Java 2. Con la versión 2 Sun comenzó a renombrar las versiones de Java con las siglas J2SE (Java 2 Platform Standard Edition) y las siguientes versiones fueron llamadas J2SE 1.3 y J2SE 1.4.

8 La siguiente versión de Java fue J2SE 5 y fue revolucionaria todavía fue conducida por su empresa creadora, Sun Microsystems. A finales de 2004 se presentó la versión Java 5.0 (originalmente se le llamó versión 1.5), que es la primera versión que actualiza el lenguaje Java desde la versión 1.1 de modo significativo (añadió entre otras cosas clases genéricas, el bucle for each, varargs, autoboxin, metadatos, enumeración e importación estática). Las clases genéricas eran similares a las plantillas (templates) de C++ y las características bucle for-each, autoboxing y metadatos las incorporó C#, el lenguaje creado por Microsoft a principios de la década de 2000 para competir con Java. A finales de 2006, se lanzó la versión 6 (sin el sufijo.0) que no trajo avances en el lenguaje sino mejoras adicionales en prestaciones y en bibliotecas. Esta versión ya se llamaba JSE 6 y se construyó añadiendo mejoras incrementales a J2SE 5. La versión más extendida de Java se llama Java SE 7 con el JDK (Java Developer s Kit), llamado JDK 7. Java SE 7 (o simplemente Java 7) es la primera versión importante desde que Oracle compró Sun Microsystems en abril de 2009 (se terminó la operación de compra en enero de 2010). La versión Java SE 7 se lanzó en 2011 e incorporó muchas nuevas características, incluyendo adiciones significativas al lenguaje y a las librerías API. El 14 de enero de 2014 se lanzó la actualización número 51 (Java SE 7 update 51). El 25 de marzo de 2014, Oracle anunció oficialmente en una nota de prensa del lanzamiento de Java 8 y la disponibilidad de descargas de los paquetes Java SE8 y Java ME8 para el desarrollo de aplicaciones en Java.

9 Existen numerosos compiladores de C/C++ en el mercado de código propietario o de código abierto, gratuitos o de pago. En el caso de C++ vamos a considerar en primer lugar el consejo que Bjarne Stroustrup creador de C++ da en su propia página web para aquellos que se inician o ya programan profesionalmente en C++. NOTA PRÁCTICA DE C++ ESTÁNDAR (Bjarne Stroustrup): En el caso de C/C++, su inventor, Stroustrup, recomienda en su página web una regla de compatibilidad de compiladores y que nosotros lógicamente también aconsejamos, por venir de la mano del genial inventor. Stroustrup aconseja compilar con su compilador, el sencillo programa fuente C++ siguiente. Si usted compila bien este programa no tendrá problemas con C++ estándar, en caso contrario aconseja buscar otro compilador que sea compatible. #include<iostream> #include<string> using namespace std; int main( ) { string s; cout << Por favor introduzca su nombre seguido por Intro \n ; // en el original Please enter your first name followed by a // newline\n ; cin >> s; cout << Hola, << s << \n ; // en el original Hello, y this return statement isn t // necessary return 0; // esta sentencia return no es necesaria } Java El lector debe comenzar por aprender a instalar el Kit de Desarrollo de Java JDK (Java Development Kit) que le permitirá compilar y ejecutar diferentes tipos de programas: programas de consola, aplicaciones gráficas y applets. Se pueden ejecutar las herramientas JDK tecleando órdenes en una ventana shell. Sin embargo, la mayoría de los programadores, y eso es lo que recomendamos, prefieren la comodidad del entorno integrado de desarrollo. A continuación, le indicamos cómo puede instalar y utilizar gratuitamente el entorno integrado de desarrollo.

10 Existen numerosos entornos integrados de desarrollo (IDE, Integrated Development Environment) de diferentes fabricantes en software propietario y en software libre, que soportan todo el proceso de desarrollo de software incluyendo editores para escribir y editar programas, compiladores, intérpretes y depuradores para localizar y corregir errores lógicos. Algunos de los IDE más populares son los siguientes: C/C++ DevC++ (www.bloodshed.net) Borland C++ Builder (www.borland.com) Visual C++ Studio (www.microsoft.com) Code::Block C++ (www.codeblocs.org) Jcreator (www.jcreator.com) Java NetBeans (EID de Sun) Eclipse JBuilder, del fabricante Borland BlueJ (EID, gratuito y muy popular)

11 La experiencia de los autores desde hace muchos años con obras muy implantadas en el mundo universitario como Programación en C++ (primera edición), Fundamentos de programación (en su cuarta edición), Programación en C (en su segunda edición), Programación en Pascal (en su cuarta edición), y Programación en BASIC (que alcanzó tres ediciones y numerosísimas reimpresiones en la década de 1980) nos ha llevado a mantener la estructura de esta obra, actualizándola a los contenidos que se prevén para los estudiantes del actual siglo xxi. Por ello en el contenido de la obra hemos tenido en cuenta no sólo las directrices de los planes de estudio españoles de grado en ingeniería informática, matemáticas, físicas,, sino también de grados en ingenierías tales como industriales, telecomunicaciones, agrónomos o geodesia. Asimismo, nuestro conocimiento del mundo educativo latinoamericano nos ha llevado a tener en cuenta también las carreras de ingeniería de sistemas computacionales y las licenciaturas en informática y en sistemas de información, como se las conoce en el continente americano. Por todo lo anterior, el contenido del libro intenta seguir un programa estándar de un primer curso de introducción a la programación y, según situaciones, un segundo curso de programación de nivel medio, en asignaturas tales como Metodología de la programación, Fundamentos de programación, Introducción a la programación... Asimismo, se ha buscado seguir las directrices emanadas de la ACM para currículas actuales y las vigentes en universidades latinoamericanas, muchas de las cuales conocemos y con las que tenemos relaciones profesionales. El contenido del libro abarca los citados programas y comienza con la introducción a la computación y a la programación, para llegar a estructuras de datos y objetos. Por esta circunstancia la estructura del curso no ha de ser secuencial en su totalidad sino que el profesor/maestro y el alumno/lector podrán estudiar sus materias en el orden que consideren más oportuno. Ésta es la razón principal por la cual el libro impreso se ha organizado en cinco partes con numerosos apéndices incluidos en el centro de recursos en línea, con objeto de que el lector seleccione y descargue aquellos apéndices que considere de su interés, y de este modo no incrementar el número de páginas de la obra impresa.

12 Se trata de describir los dos paradigmas más populares en el mundo de la programación: el procedimental y el orientado a objetos. Los cursos de programación en sus niveles inicial y medio están evolucionando para aprovechar las ventajas de nuevas y futuras tendencias en ingeniería de software y en diseño xxiv Prólogo de lenguajes de programación, específicamente diseño y programación orientada a objetos. Algunas facultades y escuelas de ingenieros, junto con la nueva formación profesional (ciclos formativos de nivel superior) en España y en Latinoamérica, han introducido a sus alumnos en la programación orientada a objetos, inmediatamente después del conocimiento de la programación estructurada, e incluso, en ocasiones, antes o en paralelo. Por esta razón, una metodología que se podría seguir sería impartir un curso de fundamentos de programación seguido de estructuras de datos y luego seguir con un segundo nivel de programación avanzada y programación orientada a objetos que constituyen las cinco partes del libro impreso.

13 Programación en C, C++, Java y UML, 2a edición utiliza los siguientes elementos clave para obtener el mayor rendimiento del material incluido en sus diferentes capítulos: Contenido. Enumera los apartados descritos en el capítulo. Introducción. Abre el capítulo con una breve revisión de los puntos y objetivos más importantes que se tratarán y todo aquello que se puede esperar del mismo. Conceptos clave. Enumera en orden alfabético los términos informáticos y de programación más notables que se tratarán en el capítulo. Descripción del capítulo. Explicación de los apartados correspondientes del capítulo. En cada capítulo se incluyen ejemplos y ejercicios resueltos. Los listados de los programas completos o parciales se escriben en letra Courier con la finalidad principal de que puedan ser identificados fácilmente por el lector. Resumen del capítulo. Revisa los temas importantes que los estudiantes y lectores deben comprender y recordar. Busca también ayudar a reforzar los conceptos clave que se han aprendido en el capítulo. Ejercicios. Al final de cada capítulo se proporciona a los lectores una lista de ejercicios sencillos de modo que le sirvan de oportunidad para que puedan medir el avance experimentado mientras leen y siguen, en su caso, las explicaciones del profesor relativas al capítulo. Problemas. Después del apartado Ejercicios, se añade una serie de actividades y proyectos de programación que se le proponen al lector como tarea complementaria de los ejercicios y de un nivel de dificultad algo mayor. Recuadros. En ellos aparecen conceptos importantes que el lector debe considerar durante el desarrollo del capítulo. Consejo. Son ideas, sugerencias y recomendaciones al lector, con el objetivo de obtener el mayor rendimiento posible del lenguaje y de la programación. Precaución. Advertencia al lector para que tenga cuidado al hacer uso de los conceptos incluidos en el recuadro adjunto. Reglas. Normas o ideas que el lector debe seguir preferentemente en el diseño y construcción de sus programas. Recursos. En esta edición y en los capítulos adecuados se han incluido listados de recursos bibliográficos y de web.

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