Fundamentos de Informática E.U.P. Universidad de Sevilla

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1 Fundamentos de Informática E.U.P. Universidad de Sevilla Capítulo 3: FUNDAMENTOS DE PROGRAMACIÓN ÍNDICE (1) INTRODUCCIÓN A LA PROGRAMACIÓN IMPERATIVA Programación en lenguaje C INSTRUCCIÓN DE ASIGNACIÓN Y COMPOSICIÓN SECUENCIAL Variables: Declaraciones Tipos de datos Modificadores de tipos de datos Constantes La Sentencia de Asignación Expresiones aritméticas Conversiones de tipos de datos 1

2 ÍNDICE (2) Funciones estándar de E/S: scanf y printf Especificación de formatos Secuencias de escape Expresiones de condición Expresiones relacionales Expresiones lógicas Precedencia de operadores ESTRUCTURAS CONDICIONALES Estructura if-else Estructura switch ESTRUCTURAS ITERATIVAS bucle while bucle do while bucle for ÍNDICE (3) FUNCIONES Ámbito de variables: variables locales y globales VECTORES Cadenas de caracteres MATRICES FICHEROS ESTRUCTURAS PUNTEROS EJERCICIOS 2

3 Introducción a la programación imperativa (1) El ordenador sólo reconoce el lenguaje máquina (lenguaje ensamblador). Las programadores tienen dificultades para trabajar con este lenguaje. Solución: lenguajes de programación de alto nivel (por ejemplo el lenguaje C). Pueden sustituir varias instrucciones en lenguaje máquina por una sola instrucción de un lenguaje más cercano al lenguaje matemático Más fácil desarrollo/mantenimiento software. No es necesario conocer el hardware del ordenador Portabilidad software. Introducción a la programación imperativa (2) Código lenguaje C variable3 = variable2 + 5; Código ensamblador MOV R3, [R4] ; R3 variable2 ADD R3, 5 ; R3 variable2 + 5 MOV [R5], R3 ; variable3 R3 Es necesario un proceso de traducción de lenguaje en alto nivel a lenguaje máquina (lenguaje ensamblador) Traducción Dos posibilidades de traducción: compilar o interpretar un programa escrito en un lenguaje de alto nivel. 3

4 Introducción a la programación imperativa (3) Compilar: mediante un programa llamado compilador se genera un fichero ejecutable (.exe) a partir de un fichero con código fuente escrito en un lenguaje de alto nivel (.c). Interpretar: mediante un programa llamado intérprete se traduce sentencia a sentencia (instrucción a instrucción) y a continuación se ejecuta el código de la sentencia traducida. Ventajas/desventajas: la compilación permite la ejecución de programas más rápida y da la posibilidad de optimizar código. Interpretar un programa ahorra la compilación, necesita menos tamaño (no hay.exe) y facilita la portabilidad. Introducción a la programación imperativa (4) El proceso de compilación y ejecución tiene varios pasos: 1. Escribir código fuente a partir algoritmo archivo.c 2. Compilar el código fuente archivo código objeto.obj 3. Enlazar ( link ) el fichero.obj con otros ficheros con código objeto. Necesarios para poder generar un fichero ejecutable archivo.exe 4. Ejecutar el archivo.exe por medio del S.O. PROCESO DE COMPILACIÓN ALGORITMO PROGRAMADOR LENGUAJE DE ALTO NIVEL (.C) FICHERO OBJETO (.OBJ) COMPILADOR LINKADOR OTROS OBJ, LIBRERIAS, S.O. (I/O) FICHERO EJECUTABLE (.EXE) HARDWARE EJECUCIÓN (S.O.) 4

5 PROGRAMACIÓN EN LENGUAJE C Instrucción de asignación y composición secuencial (1) ESTRUCTURA DE UN PROGRAMA EN C: la función main Todos los programas en C tienen una función main o principal. Su formato ó sintaxis: main () { } /* Esto es un comentario y no se traduce a código máquina */ lista_de_sentencias/instrucciones; Los paréntesis () denotan que es una función. Todo en C se divide en funciones. 5

6 Instrucción de asignación y composición secuencial (2) Las llaves { y } denotan inicio y fin de programa respectivamente. La lista de sentencias en la función main puede incluir la declaración de numerosos tipos de datos (por ej. vectores), estructuras selectivas, estructuras iterativas (por ej. bucles),... e incluso llamadas a otras funciones. Comentarios: sirven para hacer anotaciones en el código fuente para facilitar su comprensión a otros programadores. Sintaxis: /*... */ Lo que va en puntos suspensivos es texto comentado. Se pueden comentar varias líneas. Variables Datos que pueden variar a lo largo de la ejecución del programa. Hay diversos tipos de variables en C: enteras, caracteres, flotantes, booleanas, vectores,... Son necesarias declararlas al principio (después de main () {...). Esto tiene el objetivo de indicar al compilador que reserve un espacio determinado en memoria. La longitud en bytes de este espacio será función del tipo de variable. Formato ó sintaxis: int pesetas ; float euros, precio ; Especificador_de_tipo Lista_de_nombres ; Especificador_de_tipo: indica el tipo de dato que se almacena en la variable (entero, flotante, carácter ASCII,...). Lista_de_nombres: uno o más nombres de variables separados por comas. 6

7 Tipos de datos de variables Tipos de variables simples: TIPO char int float double RANGO Número entero con signo de 8 bits (carácter ASCII). Rango entre -128 y 127. Número entero con signo de 32 bits. Rango entre y Números reales de simple precisión (32 bits) Números reales de doble precisión (64 bits) Modificadores de tipos de variables: TIPO unsigned char unsigned int short int long int long double RANGO Número entero entre 0 y 255 (8 bits). Número entero entre 0 y (32 bits). Número entero entre y (16 bits). Número entero entre y (32 bits). Número real de precisión extendida (80 bits). Constantes Datos que permanecen invariables a lo largo de la ejecución de un programa. Formato o sintaxis: #define IDENTIFICADOR_CTE VALOR_CTE #define DIAS_DE_LA_SEMANA 7 #define PTS_POR_EURO #define SALUDO Hola, amigo! Se definen al principio del programa, antes de la función main(). No se dice explícitamente de qué tipo es la constante ya que el compilador lo reconoce por el aspecto de valor_cte. 7

8 La sentencia de asignación Forma básica de almacenar un dato en una variable. Constituye un instrucción o sentencia en C y al igual que las declaraciones de variables acaba en ;. Formato ó sintaxis: Nombre_de_variable = expresión ; Nombre_de_variable: nombre de variable definida previamente en alguna sentencia de declaración. = operador de asignación. Indica que el valor calculado en expresión debe ser almacenado en Nombre_de_variable. expresión: indica cómo se calcula el valor a almacenar. Las asignaciones se pueden utilizar también en la inicialización de variables: float dolares, euros = 0.0 ;... euros = pesetas / ; dolares = euros ; Expresiones aritméticas Expresión ARITMÉTICA Constante Nombre_de_Variable Expresión1 + Expresión2 Expresión1 Expresión2 Expresión1 * Expresión2 Expresión1 / Expresión2 - Expresión función(lista_parámetros) Expresión1 % Expresión2 Expresión Expresión Expresión Expresión Resta Expresión2 a Expresión1 Multiplica Expresión1 y Expresión2 Divide Expresión1 entre Expresión2 Resultado de la expresión El resultado de la expresión es el valor de la constante El resultado de la expresión es el valor de la variable Suma Expresión1 y Expresión2, que son, a su vez, expresiones más pequeñas El resultado es la Expresión cambiada de signo El resultado de la expresión es el valor devuelto por la función Operador módulo: Devuelve el resto de la división Expresión1 entre Expresión2 Post-Decremento: Devuelve el valor de la Expresión; después resta 1 al valor de la Expresión. Pre-Decremento: Resta 1 al valor de la Expresión; luego devuelve su valor (ya decrementado). Post-Incremento: Devuelve el valor de la Expresión; después suma 1 al valor de la Expresión. Pre-Incremento: Suma 1 al valor de la Expresión; luego devuelve su valor (ya incrementado). 8

9 Conversiones de tipos de datos Conversión de tipos: En general, las variables y constantes de una expresión son del mismo tipo de dato. Cuando aparecen dos tipos distintos en una operación, se convierte al de MAYOR RANGO. Ejemplo: + rango int pesetas = 1000; float euros = 50.0;... euros = euros + pesetas/ ; /* la variable pesetas se transforma en la expresión en */ - rango double float unsigned int int unsigned char char Funciones estándar de Entrada/Salida (1): Funciones estándar incluidas en el compilador de C: están agrupadas en librerías y facilitan ciertas tareas como por ejemplo la E/S de datos. Ejemplo importante: librería de entrada/salida estándar de C stdio. Para llamarla hay que escribir antes de la función main(): #include <stdio.h> stdio.h, es el fichero de cabecera que contiene la descripción de las funciones estándar de C de E/S : Incluye dos funciones muy utilizadas para la entrada/salida de datos de tipos simples: printf (imprime mensajes por pantalla) y scanf (lee datos simples por teclado tales como números o caracteres). 9

10 Funciones estándar de Entrada/Salida (2): Formato o sintáxis: scanf (texto_de_formato, <lista_argumentos>) ; printf (texto_de_formato, <lista_argumentos>) ; Texto_de_formato: secuencia de caracteres simples, secuencias de escape y/o especificaciones de formato. Delimitado por comillas dobles. <lista_argumentos>: debe existir un argumento por cada especificación de formato. int peso; // Se lee el valor de peso por teclado: scanf ( %d, &peso) ; /* Se imprime un mensaje con el valor de peso por pantalla */ printf ( El hombre pesa %d kilos \n, peso ) ; Especificación de formatos y secuencias de escape: Especificación de formato: CÓDIGO %d %u %x %f %c %s FORMATO Entero decimal con signo Entero decimal sin signo Entero hexadecimal sin signo Decimal en punto flotante Carácter ASCII Cadena de caracteres Secuencias de escape: CÓDIGO \a \b \f \n \t \v \r \ \ \\ \? \xhh Carácter de alarma Retroceso Avance de hoja Nueva línea Tabulador horizontal Tabulador vertical Retorno de carro Dobles comillas Comillas simples Barra invertida SIGNIFICADO Signo de interrogación Código ASCII en hexadecimal 10

11 Expresiones de condición (1) Usadas en las condiciones de las estructuras selectivas e iterativas. Se modelan como variables y/o expresiones del álgebra de Boole una expresión de condición es cierta ó falsa. Expresión RELACIONAL Operando1 > Operando2 Operando1 >= Operando2 Operando1 < Operando2 Operando1 <= Operando2 Operando1 == Operando2 Operando1!= Operando2 Resultado de la expresión Es verdadero si Operando1 ES MAYOR QUE Operando2 Es verdadero si Operando1 ES MAYOR O IGUAL QUE Operando2 Es verdadero si Operando1 ES MENOR QUE Operando2 Es verdadero si Operando1 ES MENOR O IGUAL QUE Operando2 Es verdadero si Operando1 ES IGUAL QUE Operando2 Es verdadero si Operando1 ES DISTINTO QUE Operando2 Expresiones de condición (2) Expresión LÓGICA Operando1 && Operando2 Operando1 Operando2! Operando1 Resultado de la expresión Es verdadero si Operando1 es verdadero Y Operando2 es verdadero Es verdadero si Operando1 es verdadero O Operando2 es verdadero Es verdadero si Operando1 NO es verdadero Expresión LÓGICA (bit a bit) Operando1 & Operando2 Operando1 Operando2 Operando1 ^ Operando2 ~ Operando1 Resultado de la expresión (ejemplo) AND (0101 AND 0011 es 0001) OR (0101 OR 0011 es 0111) XOR (0101 XOR 0011 es 0110) NOT (NOT 0011 es 1100) 11

12 Expresiones de condición (3) Precedencia de los operadores: (Los paréntesis alteran el orden evaluación) Operador (operador unario de signo) ~! * / % + - < <= > >= ==!= & ^ && = += -= Prioridad Alta Baja Estructura CONDICIONAL (1) Estructura if-else Esta estructura permite elegir entre dos posibles bloques de acciones en función de una condición. Sintaxis: if (condición) <sentencias1> ; else <sentencias2> ; Funcionamiento: si la condición es verdadera, se ejecuta sentencias1 en otro caso (si es falsa), se ejecuta sentencias. donde condición es: Cualquier expresión que toma el valor verdadero (valor distinto de 0) o falso (valor 0). La expresión relacional (operadores <,<=,>,>=,==,!=) es la más utilizada. Uso de expresión lógica (operadores &&,,!) como combinación de condiciones. 12

13 Estructura CONDICIONAL (2) Estructura switch Esta estructura selectiva múltiple permite elegir entre más de dos bloques de acciones en función de más de una condición. switch (expr_entero){ case expr_constante1: <sentencias1>; case expr_constante2: <sentencias2>; int opcion; scanf( %d, &opcion); switch (opcion){ case expr_constanten: <sentenciasn>; default: <sentencias>; } Funcionamiento: } case 1: <sentencia1>; break; case 2: <sentencia2>; break; default : <OtraSentencia>; El flujo del programa se transfiere a la etiqueta case cuya expr_const coincide con la expr_ent de la sentencia switch. La etiqueta default y las sentencias que le acompañan son ejecutadas si ninguna expr_const es igual a expr_ent. Si no existe una sentencia break al final del grupo de sentencias del case, el siguiente conjunto de sentencias case también se ejecutará. Estructura ITERATIVA (1) Bucle while Sintaxis: while (condición) { <sentencias>; } Funcionamiento: mientras condición sea verdadera, continúa ejecutando <sentencias> donde condición es: Cualquier expresión que toma el valor verdadero (valor distinto de 0) o falso (valor 0). La expresión relacional (operadores <,<=,>,>=,==,!=) es la más utilizada. Uso de expresión lógica (operadores &&,,!) como combinación de condiciones. En general, se utiliza para bucles que se repiten un número indefinido de veces Si el bucle debe iterarse un nº N fijo de veces, en la condición se utiliza una variable contador, que inicializada a valor 0 antes de iniciar el bucle, incrementará su valor al final de cada iteración. El cuerpo del bucle se repetirá mientras que contador no alcance el valor de N (N-iteraciones). contador = 0; while (contador<n){ <sentencias> contador ++; } 13

14 Estructura ITERATIVA (2) Bucle do while do { <sentencias>; } while (condición); Funcionamiento: Se ejecuta <sentencias> mientras condición sea verdadera Se caracteriza porque el cuerpo del bucle, <sentencias>, se ejecuta al menos una vez, antes de comprobar la condición de finalización. En general, se utiliza para bucles que se repiten un número indefinido de veces condición es: Cualquier expresión que toma el valor verdadero (valor distinto de 0) o falso (valor 0). La expresión relacional (operadores <,<=,>,>=,==,!=) es la más utilizada. Uso de expresión lógica (operadores &&,,!) como combinación de condiciones. Estructura ITERATIVA (3) Bucle for for (inic_expr; condicion; incr_expr) { <sentencias>; } inic_expr es una expresión opcional que normalmente inicializa el índice del bucle. condicion es una expresión opcional cuyo resultado es un valor que si es distinto de 0 (verdadero), permite que el cuerpo del bucle se ejecute. incr_expr es una expresión que incrementa o decrementa el índice del bucle. Funcionamiento: 1. La expresión de inicialización (inic_expr) se evalúa sólo una vez, al principio de la sentencia for. 2. La condicion se evalúa la primera vez inmediatamente después de la inic_expr. 3. Si el resultado de condicion es verdadero (distinto de 0), se ejecuta <sentencias>. 4. Se evalúa la expresión incr_expr 5. Se evalúa condicion de nuevo. Si el resultado es falso (igual a 0), la sentencia for termina; si no, los pasos 3,4 y 5 se repiten hasta que la condicion tome valor falso. 14

15 Funciones (1) Un programa en C consta de una o más funciones. La función main es la primera función que se ejecuta y que llama a las otras funciones directa o indirectamente. Una función es una caja negra que realiza ciertas acciones de una forma independiente, devolviendo si es necesario ciertos valores de salida a partir de unos valores de entrada. Similar al concepto matemático de función. Ejemplos: y = f(x) ; var1 = sqrt (var2) ; Esta independencia permite la reusabilidad de las funciones en otros puntos del programa e incluso en otros programas. Funciones (2) Las funciones pueden ser programadas por el usuario o utilizar las que ya están programadas y agrupadas en librerías. Ejemplo: funciones scanf y printf de la librería stdio. Declaración o prototipo de la función ( cómo se usa?): <tipo> nombre_de_funcion (<decl_list_arg>); tipo: declara el tipo del valor que devuelve la función (void, si no devuelve ningún valor). nombre_de_funcion: identificador de la función. decl_list_arg: lista de declaraciones de parámetros formales (que incluyen el tipo de dato y el identificador) que representan los valores que deben ser pasados a la función (void, si no se le pasa ningún valor). 15

16 Definición o implementación ( qué hace?): <tipo> nombre_de_funcion (<decl_list_arg>){ <decl_var_locales> <sentencias> } El cuerpo <sentencias> debe contener una sentencia de la forma return expresion; Esto, permite a la función devolver un resultado. Llamada: Funciones (3) nombre_de_funcion (<list_param_reales>) En el punto del programa donde se usa se escribe el identificador de la función y entre paréntesis los valores concretos de los parámetros formales de la función (parámetros reales o efectivos). Ámbito de las variables Variable local: Es una variable declarada dentro de una función (o sus parámetros). AMBITO: Sólo es conocida por la función donde es declarada. EXISTENCIA: Durante el tiempo en que está activa la función donde se declara, es decir, la variable local es creada cada vez que se entra en el cuerpo de la función y destruída al salir de él. Una variable local con el modificador static, sí conserva el valor de la llamada anterior (no es destruida cuando se sale de la función). Hay que inicializar la variable local de una función antes de usarla en dicha función (excepto los parámetros que se inicializan con el valor dado por la función llamante). Variable global: AMBITO: Se ve en todo el programa. EXISTENCIA: Existe permanentemente mientras el programa de ejecuta. Se declaran delante (antes) de la función main(). Se pueden inicializar en su declaración como cualquier otra variable. 16

17 Vectores VECTOR es una colección de variables del mismo tipo de dato que se referencia por un nombre común y que están situadas en posiciones contiguas de memoria. Declaración: tipo nombre_vector[tamaño]; tipo: tipo de dato de los elementos del vector. nombre_vector: identificador del vector. tamaño: número de elementos del vector. int vector[4]; índice contenido 0 vector[0] 1 vector[1] 2 vector[2] 3 vector[3] Cadena de Caracteres CARÁCTER Y CADENA DE CARACTERES: x, es el carácter x. x es una cadena de dos caracteres: x y \0 (carácter NULO). Distintas formas de INICIALIZAR una cadena de caracteres: char cadena[] = Hola ; char cadena[] = { H, o, l, a, \0 }; char cadena[4] = Hola ; char cadena[4]; cadena[0] = H ; cadena[1] = o ; cadena[2] = l ; cadena[3] = a ; cadena[4] = \0 ; char cadena[20]: scanf( %s, cadena); char cadena[20]: gets(cadena); índice cadena[indice] 0 H 1 o 2 l 3 a 4 \0 17