Introducción a los Computadores

Transcripción

1 Introducción a los Computadores Práctica nº 4 Introducción. Un tipo de datos estructurado es un tipo de datos formado por una colección organizada de componentes de algún otro tipo de datos. Podremos hacer referencia tanto a la colección de elementos completa como a cada uno de sus componentes de forma individual. El array es un tipo de datos estructurado formado por un número fijo de elementos del mismo tipo. Se caracteriza porque se puede acceder de manera directa a sus elementos. El tipo de los elementos del array se conoce como tipo base y la cantidad de elementos como dimensión. Declaración de variables de array. Una variable array se declara de forma similar a otras variables, excepto que se debe indicar el tamaño o longitud del array (dimensión). tipo nombre_array [dimensión]; Donde tipo es el tipo base del array, y dimensión es un número entero positivo mayor que cero que indica la cantidad de elementos del array (equivalente a la cardinalidad del tipo índice del array). Ejemplos: int vector [10]; // Array de 10 enteros char frase [80]; // Array de 80 caracteres bool flags [5], logicos [10]; // Array de 5 lógicos y otro de 10 lógicos Una variable de array se puede ver como un conjunto de variables del mismo tipo (tipo base del array) a las que denominamos con un nombre común. Algunas características importantes de los arrays son: Los elementos del array se almacenan consecutivamente en memoria. El nombre del array especifica la dirección en memoria del primer elemento del mismo. El nombre del array es una dirección constante, es decir no puede modificarse su valor. Como tipo estructurado, no esta permitida la lectura y escritura directa sobre dispositivos de E/S estándares. Este tipo de operaciones debe realizarse elemento a elemento. Todas las operaciones disponibles para el tipo base de un array, pueden usarse sobre los componentes individuales del mismo. Acceso a componentes de un array (operador selector). Se puede acceder a cada componente de una variable de array usando su nombre seguido de lo que denominamos índice entre corchetes. El índice de un elemento de un array es un valor entero positivo que indica el orden o posición del elemento dentro del array. nombre_array [índice] Los índices comienzan siempre por 0, es decir el primer elemento de un array tiene índice 0. De modo que si el array a tiene n elementos, sus nombres son a[0], a[1],., a[n-1]. Ejemplos: const int MAXA = 10; char a [MAXA]; int i; // Array de 10 caracteres Pág 1

2 i = 7; a [7] = 'c'; if (a [i] < 'Z') El índice es calculable, es decir, como índice para seleccionar un elemento de un array podemos usar una expresión, el valor resultante de la evaluación de la misma se utilizará entonces como índice para seleccionar un elemento concreto. Importante: C++ no avisa de indexaciones del array fuera del rango. Inicialización de variables array. Al igual que con cualquier otra variable, es necesario asignar valores a los componentes de un array antes de utilizarlos. Esto puede realizarse usando sentencias de asignación individuales sobre los componentes o usando el operador de inicialización. La inicialización de un array se puede realizar en la misma sentencia en la que se declara: tipo_base nombre_array [dimensión] = elemento_1, elemento_2,, elemento_n; int a [3] = 10, 20, 30; Es equivalente a: int a [3]; a [0] = 10; a [1] = 20; a [2] = 30; Constantes de array. C++ permite la existencia de constantes de array. Para definir un array constante, se declara como si se tratara de una variable de array pero usando el modificador const y se añade a continuación el operador de inicialización para darle valor. const tipo_base nombre_array [dimensión] = valor_1, valor_2,, valor_n; const char nombre [5] = 'L','u','c','a','s'; Definición de tipos (la sentencia typedef) C++ permite asignar un nombre alternativo a cualquier tipo de datos mediante la sentencia typedef. Sintaxis: Declarar objetos de tipo TContador: typedef int TContador; const Tcontador K = 1000; Tcontador i, j; typedef tipo identificador; El objetivo fundamental de esta sentencia es mejorar la claridad del código fuente asociando nombres simbólicos a tipos de datos definidos por el programador. Pág 2

3 typedef char [80] Tlinea80; Tlinea80 linetxt, msg_error; También se puede utilizar como un mecanismo para definir un nuevo nombre de tipo: 1. Escribir la sentencia como si una variable del tipo deseado se estuviera declarando. 2. En el lugar donde aparece el nombre de la variable declarada, poner el nuevo nombre de tipo. 3. Delante de todo esto colocar la palabra typedef. Asignación e igualdad de arrays C++ no permite la asignación o comparación de dos arrays completos. const int MAXVECTOR = 3; typedef int Tarray [MAXVECTOR]; TArray u, v; u = v; // Produce un error de compilación Aunque el tipo de los arrays u y v es el mismo, el compilador detectará un error. La razón es que C++ intenta realmente asignar la dirección base del array v al array u, y al ser esta constante, se produce el error (Recuérdese que el nombre de un array representa la dirección base del mismo en la memoria, y que ésta es constante, no puede modificarse) De igual manera ocurre en las comparaciones, ya que lo que realmente compara C++ son las direcciones base de los arrays y no su contenido. Por ello, para realizar estas operaciones será necesario desarrollar los correspondientes subprogramas. Funciones y arrays Un array se puede pasar como argumento de una función, aunque lo que se pasa realmente es una referencia al primer elemento del array (la dirección base del array). CUIDADO: En C++ los parámetros de arrays siempre se pasan por referencia, aunque no se indique así en la definición de la función. const int MAXVECTOR = 3; typedef int Tvector [MAXVECTOR]; void cambiar (Tvector x) x [0] = 10; // Modifica parámetro formal. int main () Tvector v = 1, 2, 3; cambiar (v); // El componente v[0] vale ahora 10. El resultado devuelto por una función NO puede ser un array, por tanto es erróneo declarar funciones que devuelvan tipos array. Para devolver un array desde una función será necesario utilizar un parámetro pasado por referencia. Pág 3

4 El operador sizeof. El operador sizeof devuelve el número de bytes necesarios para contener una variable del tipo indicado por su argumento. sizeof (NombreTipo) Si se usa el operador sizeof sobre un tipo array, devolverá el número de bytes necesarios para almacenar el array completo. De esta forma, conociendo el tipo base de un array podemos calcular su dimensión mediante el cociente sizeof (TipoArray) / sizeof (TipoBase). EJEMPLO: El siguiente programa realiza el cambio de base 10 a base 16 de un número natural introducido por teclado. /* Autor: Fecha: Versión: Descripción del Programa: convhexa.cpp Arrays, enteros, caracteres y bucles. Este programa realiza el cambio de base 10 a base 16 de un número natural */ // Incluir E/S y Librerías Standard #include <iostream> #include <cstdlib> using namespace std; // Zona de Declaración de Constantes const int MAX_DIGITOS = 16; // Los 16 digitos hexadecimales const int MAX_CIFRAS = 20; // Numeros de hasta 20 cifras hexadecimales // Zona de Declaración de Tipos typedef char Tdigitos [MAX_DIGITOS]; typedef int Tnumero [MAX_CIFRAS]; // Zona de Cabeceras de Procedimientos y Funciones // Programa Principal int main() // Zona de Declaración de Variables del Programa principal const Tdigitos t1 = '0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9', 'A', 'B', 'C', 'D', 'E', 'F'; Tnumero t2; unsigned int r, num; // Zona de instrucciones cout << "Conversion decimal-hexadecimal." << endl; cout << "Introducir numero decimal a convertir: "; cin >> num; r = 0; while (num!= 0) t2 [r] = num % 16; num = num / 16; // Algoritmo de cambio de base Pág 4

5 r ++; cout << "Valor hexadecimal = "; while (r > 0) r --; cout << t1 [t2 [r]]; cout << endl; // Saca el resultado system ("Pause"); return 0; // Hacer una pausa // Valor de retorno al S.O. // Implementación de Procedimientos y Funciones Cadenas de caracteres. En C++ existe un tipo de datos específico para las cadenas de caracteres, el tipo string, sin embargo también es posible simular cadenas de caracteres mediante arrays de caracteres de la siguiente manera: typedef char TCadena [dimensión]; Tanto para un tipo como para otro, C++ dispone de librerías de operaciones específicas de manejo de cadenas de caracteres. Sin embargo, existe una diferencia importante entre ambas formas de cadenas de caracteres. En el caso del tipo string, los objetos de dicho tipo almacenan no solo los caracteres que componen la cadena sino también la longitud de la misma. Las operaciones definidas sobre el tipo string contemplan dicho hecho. Sin embargo, las cadenas definidas como arrays de caracteres no almacenan la longitud, siendo necesaria la utilización de un carácter delimitador o terminador para indicar el final de la cadena en el array. C++ utiliza el carácter NULO (valor ordinal cero '\0') como terminador de fin de cadena. Por ello, a la hora de definir un tipo cadena con un array de caracteres, hay que considerar siempre la dimensión del array con un espacio adicional al máximo de caracteres que tengamos previsto que se puedan almacenar para contener dicho terminador. Las operaciones definidas sobre arrays de caracteres contemplan este hecho, por eso también se conoce a este tipo de implementar cadenas como stringz Nosotros usaremos únicamente este modelo de cadenas, implementadas como arrays de caracteres. IMPORTANTE: EN C++ TODAS LAS CADENAS DE CARACTERES DEBEN LLEVAR EL CARÁCTER 0 (NULO) COMO TERMINADOR. Valores de cadenas de caracteres: Literales C++ permite valores constantes para los tipos cadena, los llamados literales, que pueden usarse indistintamente con el tipo string o con arrays de caracteres. Un valor de cadena o literal es cualquier combinación de caracteres (incluso ninguno) encerrados entre comillas dobles. <literal> ::= "<carácter>" Ejemplos: "Lucas" // <- Literal con longitud 5 "hola" // <- Literal con longitud 4 "soy un literal" // <- Literal con longitud 14 " " // <- Literal con longitud 6 "" // <- Literal con longitud 0 (Cadena vacía) Pág 5

6 Hay que tener en cuenta que en la implementación con arrays de caracteres, C++ añade automáticamente el carácter NULO al final del literal, por lo que el espacio de almacenamiento necesario para el literal será un carácter más que su longitud, incluyendo el caso de la cadena vacía. Así por ejemplo: "Lucas" se almacenaría como 'L','u','c','a','s','\0' (6 caracteres) "" se almacenaría como '\0' (1 carácter) Variables y constantes de cadenas de caracteres. La definición de variables de cadena de caracteres como arrays de caracteres sigue las mismas reglas que para definir cualquier otra variable de array. Aunque con una peculiaridad, ya que C++ permite asignar a una variable de array de caracteres un literal de forma directa. Esto puede realizarse usando sentencias de asignación en el código o bien usando el operador de inicialización en la sentencia de declaración de la variable de cadena. Ejemplos: TCadena nombre_cadena [= <literal>]; typedef char TCadena [80]; TCadena frase1 = "hola"; TCadena frase2; TCadena mitexto = ""; int main () frase2 = "adios"; // Declaración de array con inicialización // Declaración de array sin inicializar // Inicializa a cadena vacía // Asigna valor de literal al array frase2 La sentencia TCadena frase1 = "hola"; es equivalente a las siguientes asignaciones individuales de los caracteres del array frase1: frase1 [0] = 'h'; frase1 [1] = 'o'; frase1 [2] = 'l'; frase1 [3] = 'a'; frase1 [4] = '\0'; La sentencia TCadena mitexto = ""; es equivalente a las siguientes asignaciones individuales de los caracteres del array mitexto: mitexto [0] = '\0'; Por último, la sentencia frase2 = "adios"; es equivalente a las siguientes asignaciones individuales de los caracteres del array frase2: frase2 [0] = 'a'; frase2 [1] = 'd'; frase2 [2] = 'i'; frase2 [3] = 'o'; frase2 [4] = 's'; frase2 [5] = '\0'; El resto de los elementos de los arrays anteriores quedarán sin inicializar, aunque a efectos prácticos esto tiene poca importancia, ya que el valor de la cadena almacenada en el array finaliza con el carácter terminador, no teniéndose en cuenta para nada el resto de caracteres del array. Pág 6

7 Para definir un array de caracteres constante, se declara igual que un array constante, usando el modificador const y se añade a continuación el operador de inicialización para darle valor. El valor en este caso puede expresarse también mediante un literal. const TCadena nombre = "Lucas"; es equivalente a : const TCadena nombre_cadena = <literal>; const TCadena nombre = 'L','u','c','a','s','\0'; Operaciones con cadenas de caracteres. Asignación y comparación de cadenas de caracteres. Como se ha visto anteriormente C++ permite la asignación de literales a variables de cadena de caracteres, sin embargo, no es posible la asignación o comparación de dos variables de cadena o entre variables y constantes, ya que rigen las mismas limitaciones que para los arrays. Por ello, para realizar estas operaciones será necesario desarrollar los correspondientes subprogramas. Sin embargo, C++ incorpora una librería que incluye diversas operaciones sobre arrays de caracteres, entre las que se encuentran la asignación o copia y la comparación. Se verá más adelante. Entrada y salida. C++, al igual que la mayoría de los lenguajes de programación tienen operadores que permiten la entrada/salida de cadenas de caracteres por pantalla/teclado de forma directa. La salida de cadenas de caracteres en C++ se realiza de la misma forma que si fuera un tipo predefinido, es decir, usando el flujo cout (cout << cadena), tanto para literales como para arrays de caracteres (variables o constantes). De hecho, en numerosos ejemplos anteriores hemos sacado valores constantes de cadenas, entre comillas, por pantalla. int main() const TCadena CTECADENA = "Esto es una constante."; TCadena micadena; // Variable de array de caracteres cout << "Esto es un literal." << endl; micadena = "Y esto es una variable de array de caracteres." cout << CTECADENA << micadena << endl; Sacará en pantalla: Esto es un literal. Esto es una constante.y esto es una variable de array de caracteres. En cuanto a la entrada de cadenas de caracteres, hay varias opciones: desarrollando un procedimiento que lea una cadena carácter a carácter y los almacene en un array de caracteres. const int MAXCAD = 20; const char INTRO = '\n'; typedef char TCadena [MAXCAD + 1]; // MAXCAD caracteres + terminador Pág 7

8 void LeeCadena (TCadena &s) // LeeCadena es un procedimiento debido a que las funciones C++ no // pueden devolver arrays int i; char c; i = 0; c = cin.get (); while (( i < MAXCAD ) && ( c!= INTRO )) s [i] = c; i ++; c = cin.get4(); s [i] = '\0'; // Lectura adelantada // cin.get lee 1 carácter sin saltarse los // de control // Inserta el NULO terminador La otra opción, que además es la más adecuada, es el uso de la función getline sobre el objeto cin, la cual permite leer una cadena de caracteres hasta un número máximo de caracteres o un separador que se le indique. Dicha función getline tiene tres parámetros: la cadena de caracteres, el número máximo de caracteres a leer por teclado (que será el tamaño del array donde se guarda la cadena menos uno, para dejar cabida al terminador) y opcionalmente el valor de un carácter separador, que en caso de indicarse, detendrá la lectura al detectar en la entrada dicho carácter. Si no se indica este último parámetro, se recogerán todos los caracteres de la entrada hasta llegar al final de línea (carácter INTRO o de fin de línea). cin.getline (TCadena &cadena, int max_caracteres [, char separador]) Donde el último parámetro (separador) es opcional. La función getline se encarga de colocar la cadena correctamente en el array, incluyendo el carácter terminador al final. Esta función será la que utilicemos normalmente para leer cadenas de caracteres, ya que, aunque debemos pasarle como parámetros tanto el número máximo de caracteres como opcionalmente el separador de cadenas, la llamada cin.getline (s, MAXCAD, INTRO), o simplemente cin.getline (s, MAXCAD), tiene exactamente el mismo funcionamiento que la función LEER (s) definida para el pseudolenguaje. int main() TCadena micadena; Otras operaciones. cout << "Introduzca una cadena de caracteres: "; cin.getline (micadena, MAX_NUM_CAR); cout << "Cadena leída: " << micadena << endl; /* Lee por teclado una cadena terminada por "INTRO" o hasta completar MAX_NUM_CAR caracteres y la pone en 'micadena' */ Como se ha dicho anteriormente, C++ incluye una librería estándar con numerosas funciones de manejo de cadenas de caracteres implementadas con arrays de caracteres. Se trata de la librería cstring. Para usar dicha librería es necesario incluir la cláusula del preprocesador: #include <cstring> Algunas de las operaciones más interesantes que incluye esta librería son las siguientes: Pág 8

9 Asignación (copia) de cadenas. strcpy (TCadena &s1, const TCadena s2); Copia el contenido de la cadena s2 sobre la variable de cadena s1. TCadena s1, s2; s2 = "ejemplo"; strcpy (s1, s2); cout << s1 << endl; strcpy (s1, "literal") cout << s1 << endl; // Pone en s1 el texto "ejemplo" // Pone en s1 el texto "literal" Sacará en pantalla: ejemplo literal Comparación de cadenas. int strcmp (const TCadena s1, const TCadena s2) Compara el contenido de las cadenas s1 y s2. Si ambas cadenas son iguales devuelve 0, en caso contrario devuelve la diferencia entre los primeros caracteres distintos encontrados en las cadenas (diferencia de los ordinales de los caracteres), de tal manera de que si s1 es mayor que s2 (en orden alfabético) el resultado será positivo, y si s1 es menor que s2 el resultado será negativo. Por tanto, el resultado e strcmp será: 0 si s1 == s2 < 0 si s1 < s2 > 0 si s1 > s2 cout << strcmp ("A", "A") << endl; cout << strcmp ("A", "B") << endl; cout << strcmp ("B", "A") << endl; cout << strcmp ("C", "A") << endl; cout << strcmp ("hola", "hola") << endl; cout << strcmp ("hola", "jola") << endl; cout << strcmp ("hola", "holas") << endl; Sacará en pantalla: 0 -> s1 == s2-1 -> s1 < s2 ORD ('A') ORD ('B') = = > s1 > s2 ORD ('B') ORD ('A') = = 1 2 -> s1 > s2 ORD ('C') ORD ('A') = = 2 0 -> s1 == s2-2 -> s1 < s2 ORD ('h') ORD ('j') = = > s1 < s2 ORD ('\0') ORD ('s') = = -115 Existe también la función stricmp que tiene la misma sintaxis y funciona exactamente igual que strcmp pero sin distinguir entre letras mayúsculas y minúsculas. Longitud de cadenas. Pág 9

10 Devuelve la longitud de la cadena contenida en s. typedef char TCadena [80]; TCadena s1 = "Pedro Picapiedra"; TCadena s2 = "Pablo Marmol"; TCadena s3 = ""; unsigned int strlen (const TCadena s) cout << s1 << " " << strlen (s1) << " " << sizeof (s1) << endl; cout << s2 << " " << strlen (s2) << " " << sizeof (s2) << endl; cout << s3 << " " << strlen (s3) << " " << sizeof (s3) << endl; Sacará en pantalla: Pedro Picapiedra Pablo Marmol Concatenación. strcat (TCadena &s1, const TCadena s2); Añade al contenido de la cadena s1 el contenido de la cadena s2. TCadena s1 = "Adios mundo"; TCadena s2 = " cruel"; strcat (s1, s2); cout << s1 << endl; Sacará en pantalla: Conversiones. Adios mundo cruel int atoi (TCadena s) Devuelve el valor del número entero (int) que se encuentra almacenado como una cadena de caracteres en s. float atof (TCadena s) Devuelve el valor de número real (float) que se encuentra almacenado como una cadena de caracteres en s. Pág 10