El primer programa en C

Transcripción

1 CAPÍTULO 2 El primer programa en C 2.1. Introducción Una vez descrito el funcionamiento básico de un ordenador, vamos a realizar nuestro primer programa en lenguaje C. Veremos en este capítulo las herramientas necesarias para crear programas, almacenarlos, compilarlos y ejecutarlos El sistema operativo En el capítulo anterior se ha descrito muy someramente el funcionamiento del ordenador. Se vio que existían unidades de entrada salida como el teclado o la pantalla y unidades de almacenamiento secundario como discos o CDROM. El manejo de estos dispositivos es altamente complejo, sobre todo para los programadores noveles, y además está estrechamente ligado al funcionamiento físico de los dispositivos, por lo que si se cambia el dispositivo, varía la forma de usarlo. Para facilitar la vida al programador, todas las tareas sucias del ordenador como son entre otras la gestión de la pantalla, teclado o accesos a discos las realiza el sistema operativo. Para ello, los sistemas operativos poseen una serie de funciones que hacen de interfaz entre el programador y el sistema, que se denominan interfaz del programador de aplicaciones, y comúnmente se conoce con las siglas inglesas API. 1 El sistema operativo también se encarga de interpretar las órdenes que el usuario le da, bien mediante una interfaz de comandos como en MS-DOS o UNIX o bien mediante una interfaz gráfica como en Microsoft Windows o en X Window System. Esto permite al usuario decirle al sistema que ejecute un programa, que borre un archivo, que lo copie, que se conecte a Internet, etc Creación de un programa en C El proceso de creación de un programa en C, ilustrado en la figura 2.1, consta de los siguientes pasos: escribir el programa fuente, compilarlo y enlazarlo Primer paso: Edición del programa fuente El primer paso a realizar para la creación de un programa es escribirlo. Para ello se necesita una herramienta llamada editor de texto, como por ejemplo el edit de MSDOS, el notepad de Windows o el vi de UNIX. Todos estos programas permiten al usuario introducir un texto en el ordenador, modificarlo y luego guardarlo en forma 1 De Application Programmer Interface 11

2 12 FUNDAMENTOS DE PROGRAMACIÓN UTILIZANDO EL LENGUAJE C Código Fuente Hola.c int main(void) { printf("hola\n"); return 0; } Archivos Cabecera stdio.h Edición Error de Compilación Código Objeto Hola.o Compilación Biblioteca de Funciones libc.a Error de Enlazado Programa Ejecutable Hola.exe Enlazado Error de Ejecución Ejecución Figura 2.1: Compilación de un programa. de archivo en el disco duro, para su posterior recuperación o para que sea usado por otros programas (como por ejemplo el compilador). Al archivo creado se le denomina programa fuente o también código fuente. Típicamente se emplea una extensión al nombre del archivo para indicar su contenido. En el caso de archivos que contienen código fuente en C, el nombre ha de tener extensión.c. Por ejemplo en la figura 2.1 el código fuente que se compila se llama Hola.c Segundo paso: Compilación Una vez creado el programa fuente es necesario traducirlo. De ello se encarga un programa llamado compilador, el cual tomando como entrada el programa fuente (con extensión.c) y los archivos cabecera (que tienen extensión.h), los traduce a código máquina creando lo que se denomina código objeto (que tienen extensión.o o bien.obj). Si existe algún error sintáctico en el código fuente el compilador generará un

3 2 EL PRIMER PROGRAMA EN C 13 mensaje de error indicando la línea en la que encontró el problema y diciéndonos la causa del error. En la mayoría de los casos el error estará en la línea indicada, aunque puede estar en líneas anteriores. Si el programa compila sin errores, podemos pasar a la siguiente fase. Si no, habrá que volver a editar el programa fuente para corregir los errores y repetir el proceso hasta que el compilador termine su tarea con éxito Tercer paso: Enlazado Los programas en C usan siempre funciones de propósito general que están almacenadas en una biblioteca. Ejemplos de estas funciones son las de impresión en pantalla, lectura del teclado, matemáticas, etc. Ahora bien, si hacemos uso de una de estas funciones es necesario incluirla en nuestro programa final. De esto se encarga un tercer programa llamado enlazador (linker en inglés), que busca en el código objeto las referencias a funciones que usa el programa y las localiza en el propio programa o en las bibliotecas de funciones (que tienen extensión.lib o.a) y las enlaza con nuestro programa. El resultado final es un programa ejecutable (con extensión.exe,.com o sin extensión) que contiene todo el código necesario para que el procesador realice lo que le hemos indicado en nuestro programa fuente. Una vez realizado este paso podemos ejecutar el programa y comprobar si lo que hace es lo que realmente queremos. Si no es así, se habrá producido lo que se denomina un error de ejecución y habrá que volver al primer paso para corregir nuestro programa fuente y repetir el proceso: edición, compilación, enlace y ejecución, hasta que el programa haga lo que realmente queremos Nuestro primer programa en C Una vez descrito todo el proceso vamos a realizar nuestro primer programa en C. El programa es muy simple: se limita a escribir un mensaje en la pantalla del ordenador. A pesar de esto contiene la mayoría de los elementos del lenguaje. El programa es: / Programa: Hola Descripción: Escribe un mensaje en la pantalla del ordenador Revisión 1.0: 16/02/2005 Autor: José Daniel Muñoz Frías / # include <stdio.h> / Declara las funciones de entrada - salida estándar / int main( void) { printf("hola!\n"); / Imprimo el mensaje / return 0; / Indica al S.O. que el programa ha terminado sin error / } Veamos a continuación cada una de las partes que componen el programa:

4 14 FUNDAMENTOS DE PROGRAMACIÓN UTILIZANDO EL LENGUAJE C Comentarios En primer lugar vemos las líneas: / Programa: Hola Descripción: Escribe un mensaje en la pantalla del ordenador Revisión 1.0: 16/02/2005 Autor: José Daniel Muñoz Frías / C99 C99 admite, al igual que C++, comentarios que empiezan por // y terminan con el final de la línea. que forman la ficha del programa. La finalidad de esta ficha es la documentación del programa, de forma que cualquier persona sepa el nombre, la finalidad, la revisión y el autor del programa sin más que leer el principio del archivo del código fuente. Si observamos más detenidamente las líneas anteriores veremos que comienzan por / y terminan por / (los demás se han colocado con fines decorativos). En C todo el texto encerrado entre / y / se denomina comentario y es ignorado por el compilador, de forma que el programador pueda escribir lo que quiera con fines de documentación del código. Esto, que puede parecer una tontería en un programa tan simple como el mostrado en esta sección, es fundamental cuando se abordan programas más grandes. Existen dos tipos de comentarios: 2 los que acabamos de ver, tipo ficha del programa, y los que se insertan en el código para aclarar operaciones que no sean obvias. Ejemplos de este tipo de comentarios son: # include <stdio.h> / Declara las funciones de entrada - salida estándar / printf("hola!\n"); / Imprimo el mensaje / En este caso, al ser el primer programa que realizamos, los comentarios incluidos son obvios, habiéndose añadido simplemente con fines ilustrativos Directivas del preprocesador Todas las líneas que comienzan por el carácter # son directivas del preprocesador de C. Este preprocesador es una parte del compilador que se encarga de realizar varias tareas para preparar nuestro archivo de código fuente antes de realizar el proceso de compilación. Las directivas del preprocesador le dan instrucciones a éste para que realice algún tipo de proceso. Así en la línea: # include <stdio.h> / Declara las funciones de entrada - salida estándar / se le dice al preprocesador que incluya el archivo cabecera stdio.h. Este archivo ya ha sido creado por el desarrollador del compilador, aunque ya veremos más adelante que también nosotros podemos incluir nuestros propios archivos cabecera. El proceso de inclusión de archivos realizado por el preprocesador consiste en sustituir la línea: # include <stdio.h> 2 Desde el punto de vista del programador, pues para el compilador todos son iguales.

5 2 EL PRIMER PROGRAMA EN C 15 por el contenido del archivo stdio.h. Así, si suponemos que el contenido del archivo stdio.h es: / Este es el archivo stdio.h/ el código fuente después de pasar por el preprocesador queda como: / Programa: Hola Descripción: Escribe un mensaje en la pantalla del ordenador Revisión 1.0: 16/02/2005 Autor: José Daniel Muñoz Frías / / Este es el archivo stdio.h/ / Declara las funciones de entrada - salida estándar / int main( void) { printf("hola!\n"); / Imprimo el mensaje / return 0; / Indica al S. O. que el programa ha terminado sin error / } La utilidad de incluir archivos es la de poder escribir en un archivo declaraciones de funciones, de estructuras de datos, etc. que sean usadas repetidamente por nuestros programas, de forma que no tengamos que reescribir dichas declaraciones cada vez que realizamos un nuevo programa. En este ejemplo, antes de poder usar la función printf, es necesario decirle al compilador que esa función existe en una biblioteca, y que no debe preocuparse si no está en nuestro archivo de código fuente, pues ya se encargará el enlazador de añadirla al programa ejecutable. Existen más directivas del preprocesador que se irán estudiando a lo largo del libro La función principal Todo programa en C esta constituido por una o más funciones. Cuando se ejecuta un programa, éste ha de empezar siempre por un lugar predeterminado. En BASIC por ejemplo el programa comienza a ejecutarse por la línea 1. En C en cambio, para dotarlo de mayor flexibilidad, la ejecución arranca desde el comienzo de la función main. Por tanto, en nuestro programa vemos que después de incluir los archivos de cabecera necesarios, aparece la línea: int main( void)

6 16 FUNDAMENTOS DE PROGRAMACIÓN UTILIZANDO EL LENGUAJE C que indica que el bloque que sigue a continuación es la definición de la función principal. Este bloque está entre { y } y dentro están las instrucciones de nuestro programa, que en este ejemplo sencillo es sólo una llamada a una función del sistema para imprimir por pantalla un mensaje Las funciones La realización de un programa complejo requiere la división del problema a resolver en partes más pequeñas hasta que se llega a un nivel de complejidad que puede programarse en unas pocas líneas de código. Esta metodología de diseño se denomina Arriba-Abajo, refinamientos sucesivos o Top-Down en inglés. Para permitir este tipo de desarrollo el lenguaje C permite la descomposición del programa en módulos a los que se denominan funciones. Estas funciones permiten agrupar las instrucciones necesarias para la resolución de un problema determinado. El uso de funciones tiene dos ventajas. La primera es que permite que unos programadores usen funciones desarrolladas por otros (trabajo en equipo). La segunda es que mejora la legibilidad del código al dividirse un programa grande en funciones de pequeño tamaño que permiten concentrarse sólo en una parte del código total. En esta primera parte del libro sólo se van a usar funciones ya escritas por otros programadores, dejándose para la parte final el manejo y creación de funciones. Para usar una función ya creada sólo hacen falta dos cosas: Incluir el archivo cabecera donde se declara la función a usar. Realizar la llamada a la función con los argumentos apropiados. La primera parte ya se ha visto como se realiza, con la instrucción #include. La segunda requiere simplemente escribir el nombre de la función, seguida por sus argumentos encerrados entre paréntesis. Así para llamar a la función printf en el programa se hace: printf("hola!\n"); En el que se ha pasado el argumento "Hola!\n" a la función. Este argumento es una cadena de caracteres, que es lo que escribirá la función printf en la pantalla. En realidad lo que se imprime es Hola!, pues los caracteres \n forman lo que se denomina una secuencia de escape. Las secuencias de escape son grupos de dos o más caracteres que representan acciones especiales. En este caso la secuencia \n significa que se avance una línea. Existen más secuencias de escape que se estudiarán más adelante. Otro detalle que se aprecia en la línea de código anterior es que al final se ha puesto un ;. Este carácter indica el final de cada instrucción de C y ha de ponerse obligatoriamente. Esto presenta como inconveniente que a los programadores noveles se les olvida con frecuencia, con el consiguiente lío del compilador y ristra de mensajes de error, a menudo sin sentido para el pobre novatillo. La principal ventaja es que así una instrucción puede ocupar más de una línea sin ningún problema, como por ejemplo: resultado_de_la_operacion = variable_1 + variable_2 + variable_muy_chula + la_ultima_variable_que_hay_que_sumar;

7 2 EL PRIMER PROGRAMA EN C Finalización del programa La instrucción: return 0; / Indica al S. O. que el programa ha terminado sin error / hace que la función main, y por tanto el programa, termine su ejecución. Además se devuelve el número 0 al Sistema Operativo. Este número devuelto por el programa es usado por el Sistema Operativo para saber si el programa se ha ejecutado satisfactoriamente (cuando devuelve un cero) o por el contrario ha fallado (cuando se devuelve un código de error distinto de cero). Esto es útil cuando se ejecutan los programas de forma automática La importancia de la estructura El mismo programa anterior se podía haber escrito de la siguiente manera: # include <stdio.h> main(void){printf("hola!\n");} Este programa desde el punto de vista del compilador es idéntico al programa original, es decir, el compilador generará el mismo programa ejecutable que antes. El inconveniente de este estilo de programación es que el código fuente es bastante más difícil de leer y entender. Por tanto, aunque al compilador le da lo mismo la estructura que posea nuestro código fuente, a los pobres lectores de nuestra obra sí que les interesa. Tenga en cuenta que un programa no es algo estático, que se escribe una sóla vez y se abandona a su suerte. Por el contrario, los programas tienen un ciclo de vida en el cual es necesario volver al código para corregir errores que hemos cometido y que se manifiestan a lo largo de la vida del programa, o bien para añadir funcionalidades nuevas requeridas por el cliente. Por tanto es importante seguir unas normas de estilo para convertirse en un buen programador en C, que se resumen en: WEB La estructura general de un programa en C está en la página web. En este ejemplo sólo se han mostrado los elementos más básicos. Escribir al principio de cada programa un comentario que incluya el nombre del programa, describa la tarea que realiza, indique la revisión, fecha y el nombre del programador. Cada instrucción ha de estar en una línea separada. Las instrucciones pertenecientes a un bloque han de estar sangradas respecto a las llaves que lo delimitan: { } printf("hola!\n"); Hay que comentar todos los aspectos importantes del código escrito Resumen En este capítulo se han explicado todos los pasos necesarios para escribir un programa y hacerlo funcionar en el ordenador. También se ha visto el primer programa, escrito en lenguaje C, que se muestra en el libro. Se trata de un ejemplo muy sencillo

8 18 FUNDAMENTOS DE PROGRAMACIÓN UTILIZANDO EL LENGUAJE C que no realiza ningún cálculo, sino que se limita a mostrar un saludo por la pantalla. Sin embargo este ejemplo sirve para ir perdiendo el miedo a la programación y para ver algo funcionando en el ordenador. WEB Puede descargar un compilador de dominio público desde la página web del libro Ejercicios 1. Instale en su ordenador un entorno de desarrollo (editor y compilador) y realice los pasos descritos en el apartado 2.3 para compilar y ejecutar el programa descrito en este tema.