Programación 1. Diseño modular de nuevos tipos de datos en un programa. Diseño modular de un tipo de dato con estructura de conjunto

Transcripción

1 Programación 1 Diseño modular de nuevos tipos de datos en un programa Diseño modular de un tipo de dato con estructura de conjunto 1

2 1. Objetivo de la lección Presentar una metodología para el diseño modular de nuevos tipos de datos Definir y desarrollar un módulo C++ de biblioteca para facilitar el diseño de programas que trabajan con conjuntos de letras del alfabeto (inglés): El nombre del módulo va a ser: conjunto En el módulo conjunto se definirá el tipo de dato Conjunto. Un dato de tipo Conjunto tendrá como valor un conjunto de letras del alfabeto inglés: A, B, C,, X, Y, Z En el módulo conjunto se definirá una colección de operaciones (funciones C++) que faciliten el trabajo con conjuntos de letras del alfabeto, es decir, con datos de tipo Conjunto, desde otros módulos 2

3 2. Diseño modular de nuevos tipos de datos 2.1. Motivación En muchos proyectos software es necesario o, al menos, conveniente, definir nuevos tipos de datos que faciliten su desarrollo y mantenimiento. Algunos ejemplos de nuevos tipos de datos: Conjuntos de letras del alfabeto: { }, { A, H, M } Multiconjuntos de números primos: { }, { 2, 5 }, { 2, 3, 11 }, { 2[3], 3[2] }, { 2[2], 3, 5[2] } Pilas de ciudadanos (es decir, de datos de tipo Ciudadano) Colas de ciudadanos (es decir, de datos de tipo Ciudadano) Listas de personas (es decir, de datos de tipo Persona) Etc., etc. 3

4 2.2. Metodología modular de diseño de nuevos tipos Para cada nuevo tipo de dato, T, se desarrollará un módulo de biblioteca que encapsule: La representación de los datos de ese tipo T. Los detalles de esta representación serán ignorados cuando se trabaje con datos de tipo T desde otros módulos. Una colección de funciones básicas para trabajar desde otros módulos con datos de tipo T: Funciones que permitan definir y modificar el valor de datos de tipo T Funciones que permitan consultar información de un dato de tipo T Funciones que implementen algoritmos básicos de trabajo con datos de tipo T (de recorrido, búsqueda, distribución, ordenación, etc.) 4

5 2.3. Decisiones a tomar en un diseño En el diseño de un módulo de biblioteca que defina un nuevo tipo de dato, T, deben adoptarse varias decisiones interdependientes: Cómo representar los datos de ese tipo T Cuál debe ser la colección de funciones básicas para trabajar con datos de tipo T Cómo abordar el diseño de la colección de funciones básicas anteriores y cuál será el coste algorítmico de cada una de ellas En este último tema y en la sexta práctica se plantea cómo adoptar estas decisiones de diseño. 5

6 3. Conjunto y elementos de un conjunto Qué es un conjunto de letras del alfabeto? { } // es el conjunto vacío de letras { A } // un conjunto con un solo elemento { K } // un conjunto con un solo elemento { X, H } // un conjunto con dos elementos { A, Z, G } // un conjunto con tres elementos { A, E, I, O, U } // conjunto de las letras vocales { J, K, L, M, N, O, P } // conjunto de las letras de la J a la P { A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U, V, W, X, Y, Z } // conjunto de todas las letras 6

7 Pertenencia de un elemento a un conjunto Ningún elemento (letra del alfabeto) pertenece al conjunto vacío {} A { } B { } Y { } Z { } Solo la letra A pertenece al conjunto {A} A { A } B { A } Y { A } Z { A } Solo las cinco letras vocales pertenecen al conjunto { A, E, I, O, U } A { A, E, I, O, U } E { A, E, I, O, U } I { A, E, I, O, U } O { A, E, I, O, U } U { A, E, I, O, U } Mientras que las letras consonantes no pertenecen a ese conjunto: B { A, E, I, O, U } C { A, E, I, O, U } D { A, E, I, O, U } F { A, E, I, O, U } Y { A, E, I, O, U } Z { A, E, I, O, U } 7

8 El cardinal de un conjunto es igual al número de elementos que pertenecen a él. El cardinal del conjunto {} es 0 El cardinal del conjunto { A } es 1 El cardinal del conjunto { A, E, I, O, U } es 5 El cardinal de del conjunto { J, K, L, M, N, O, P } es 7 El cardinal del conjunto { A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U, V, W, X, Y, Z } es 26 5

9 La unión de dos conjuntos A y B es un conjunto, A B, al que pertenecen exclusivamente los elementos que pertenecen a A o que pertenecen a B. { } { A, E, I, O, U } = { A, E, I, O, U } { A, B, C, E } { A, E, I, O, U } = { A, B, C, E, I, O, U } { A, B, H } { Z, Y, H, B } = { A, B, H, Y, Z } 5

10 La intersección de dos conjuntos A y B es un conjunto, A B, al que pertenecen exclusivamente los elementos que pertenecen a A ytambiénab. { } { A, E, I, O, U } = { } { A, B, C, E } { A, E, I, O, U } = { A, E } { A, B, H, Z, E } { Z, Y, H, B } = { B, H, Z } 5

11 La diferencia de dos conjuntos A y B es un conjunto, A B, al que pertenecen exclusivamente los elementos de A que no pertenecen a B. { } { A, E, I, O, U } = { } { A, E, I, O, U } { } = { A, E, I, O, U } { A, B, C, E } { A, E, I, O, U } = { B, C } { A, E, I, O, U } { A, B, C, E } = { I, O, U } { A, B, H } { Z, Y, H, B } = { A } { Z, Y, H, B } { A, B, H } = { Z, Y } 5

12 4. Representación y operaciones Definición de los datos de tipo Conjunto que representan un conjunto de letras del alfabeto (inglés): Para ello se definirá un registro con uno o más campos: struct Conjunto {... }; La representación de los datos del tipo Conjunto deberá facilitar el diseño algorítmico de las operaciones asociadas al tipo y velar por la eficiencia de éstas. 12

13 Colección de operaciones (funciones C++) para facilitar el trabajo con datos de tipo Conjunto. Operaciones para definir un dato de tipo Conjunto conunvalorbien definido (por ejemplo, un conjunto vacío) y para añadir y eliminar elementos de dicho dato: vacio( ), incluir( ), excluir( ) Operaciones de consulta de los datos de un conjunto: pertenece un determinado elemento al conjunto? cuántos elementos pertenecen al conjunto?: pertenece( ), cardinal( ) Operaciones binarias clásicas del álgebra de conjuntos: unión, intersección y diferencia de dos conjuntos: opunion( ), opinterseccion( ), opdiferencia( ) Operaciones para guardar en un fichero (binario) un vector de conjuntos y para recuperar los datos de tipo Conjunto guardados previamente en un fichero (binario): guardar( ), recuperar( ) Operación para presentar por pantalla los elementos de un conjunto: mostrar( ) 13

14 Cada una de las operaciones del módulo deberá ser especificada (mediante sus pre y postconciones) y diseñado su código. Las cuatro primeras funciones de la colección propuesta: // para crear un conjunto vacío de letras Conjunto vacio (); // para comprobar si una letra pertenece a un conjunto // de letras bool pertenece (const Conjunto A, const char elemento); // para incorporar una letra a un conjunto de letras void incluir (Conjunto& A, const char elemento); // para excluir una letra de un conjunto de letras void excluir (Conjunto& A, const char elemento); 14

15 Cuatro funciones visibles más del módulo conjunto:... // para conocer cuántas letras pertenecen a un conjunto // de letras int cardinal (const Conjunto A); // para calcular la unión de dos conjuntos de letras Conjunto opunion (const Conjunto A, const Conjunto B); // para calcular la intersección de dos conjuntos de letras Conjunto opinterseccion (const Conjunto A, const Conjunto B); // para calcular la diferencia de dos conjuntos de letras Conjunto opdiferencia (const Conjunto A, const Conjunto B);... 15

16 Tres últimas funciones visibles del módulo conjunto:... // para mostrar por pantalla los elementos de un conjunto // de letras void mostrar (const Conjunto A); // para almacenar una secuencia de conjuntos de letras // en un fichero, en formato binario void guardar (const char nombrefichero[], const Conjunto T[], const int n); // para leer una secuencia de conjuntos de letras // de un fichero que los almacena en formato binario bool recuperar (const char nombrefichero[], Conjunto T[], int& n); 16

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