Introducción a los Computadores Introducción a la programación en C

Transcripción

1 Introducción a los Computadores Introducción a la programación en C Alejandro Piedrahita H. Instituto de Matemáticas Facultad de Ciencias Exactas y Naturales Universidad de Antioquia Copyleft Reproducción permitida bajo los términos de la licencia de documentación libre GNU. Documento bajo construcción, reportar errores al correo electrónico mathtutorinfo@gmail.com

2 Contenido 1 Introducción 2 Principios básicos 3 Variables y tipos 4 Operaciones básicas 5 Ejemplos 6 Referencias

3 Origen del lenguaje C Desarrollado entre 1969 y 1973 por Dennis Ritchie en los Laboratorios Bell Proviene del lenguaje de programación B diseñado por Ken Thompson, una versión simplificada de BCPL Dennis Ritchie - Ken Thompson Utilizado para implementar el sistema operativo Unix en la computadora PDP-11 de la empresa DEC Primera implementación de Unix en lenguaje ensamblador En 1973 se reescribe el kernel de Unix en C

4 Origen del lenguaje C En 1978, Brian Kernighan y Dennis Ritchie publican la primera edición de The C Programming Language Entre 1983 y 1989 se define el estándar ANSI conocido como ANSI C, ampliamente usado por todos los compiladores En 1979, Bjarne Stroustrup agrega a C las clases (C con clases) En 1983 se agregan elementos de la programación orientada a objetos y pasa a llamarse C ++ En 1985 se publica la primera edición de The C++ Programming Language

5 Aspectos generales Lenguaje de nivel medio : Elementos de lenguajes de bajo nivel (ensamblador): acceso a direcciones de memoria, registros, manipulación de bits, etc. Elementos de lenguajes de alto nivel: abstracción, código más sencillo y comprensible, portable (válido para diversas máquinas), etc. Lenguaje estructurado : Todo programa es posible escribirlo con sólo tres estructuras de control: Secuencial Condicional Repetitiva Modularidad: un programa se puede dividir en módulos ó subprogramas (funciones) con el fin de hacerlo más legible y manejable Lenguaje de propósito general: Gramática sencilla y corta Pocas restricciones Sintaxis flexible Estructuras de control de flujo Variedad de operadores Pocas palabras reservadas

6 Proceso de creación Proceso de creación del código fuente Con un editor de texto usted crea un archivo con instrucciones del lenguaje (programa fuente) Las instrucciones obedecen a unas reglas de construcción y sintáxis propia del lenguaje Proceso de compilación El compilador transforma el código fuente en un programa objeto El linkeador (linker) combina el programa objeto en un archivo ejecutable El programa ejecutable no se creará si el compilador encuentra errores en el programa fuente Proceso de ejecución Se ejecuta el programa y se evalúan los resultados

7 Primer programa en C holamundo.c printf("hola maldito mundo\n"); stdio.h: standard input output (entrada y salida estándar), archivo que contiene las definiciones de macros, constantes, declaraciones de funciones, etc. main(): función principal que controla todo el programa {: inicio del programa : final del programa printf( Hola maldito mundo\n ); función de salida de C definida en stdio.h, imprime el texto entre comillas.

8 Compilando con gcc holamundo.c printf("hola maldito mundo\n"); invitado: $> mkdir C invitado: $> cd C invitado: /C$> ls invitado: /C$> invitado: $>./a.out hola maldito mundo invitado: /C$> invitado: $> gedit hola.c invitado: /C$> ls hola.c invitado: /C$> invitado: $> gcc hola.c -o hola invitado: /C$> ls a.out hola hola.c invitado: /C$> invitado: $> gcc hola.c invitado: /C$> ls a.out hola.c invitado: /C$> invitado: $>./hola hola maldito mundo invitado: /C$>

9 Entorno de Desarrollo Integrado Code::Blocks: editor para el desarrollo de programas en lenguaje C ++, distribuido bajo licencia GPL. Incluye compilador gcc

10 Tipos de datos Tipos de datos disponibles en C: char int float double void Modificadores de tipo: alteran el rango de los tipos de datos básicos Modificadores de longitud: short: aplicable a números enteros, por defecto los enteros son short long: aplicable a números enteros y reales, duplica el rango Modificadores de signo: signed: con signo unsigned: sin signo

11 Tipos de datos Tipo Descripción bits Rango unsigned char caracter sin signo 8 [0, 255] char caracter 8 [ 128, 127] [ ] short int entero corto , [ ] short int entero sin signo 32 0, [ ] int entero , [ ] unsigned long entero largo sin signo 32 0, [ ] long entero largo , float Real simple precisión 32 double Real doble precisión 64 double Real doble largo 80 [ , ] [ , ] [ , ] void Sin valor 0 Sin rango

12 Identificadores y palabras reservadas Identificadores Nombres que hacen referencia a los objetos que componen el programa: constantes, variables, funciones, etc. Reglas para los identificadores: El primer caracter debe ser una letra o el caracter de subrayado El primer caracter puede ir seguido de un número variable de dígitos numéricos, letras o caracteres de subrayado No pueden utilizarse espacios en blanco, ni símbolos de puntuación C distingue mayúsculas y minúsculas No pueden utilizarse palabras reservadas del lenguaje Palabras reservadas auto const else goto return switch break continue enum if sizeof typedef case default float int static void char double for long struct while

13 Declaración de variables en C Componentes de una variable en C: tipo: define el conjunto de valores posibles a almacenarse (int, float, etc.) valor: valor especificado por el tipo, almacenado en la variable (3, "no") identificador: nombre que permite acceder a la dirección de memoria donde se encuentra almacenado el valor (distancia, nota 3, temp) Especificador de almacenamiento: determina el lugar y la forma en que se almacena el objeto cuando se ejecuta el programa (static) Formato de declaración de una variable en C: [almacenamiento] [modificador] tipo identificador; Ejemplos: int nota; char letra; float radio; long double masa; static int temp;

14 Inicialización de variables en C Formato de inicialización de una variable en C: identificador = valor; Ejemplos: nota = 5; letra = "x"; radio = ; masa = ; temp = 875; Declaración e inicialización simultánea: int nota = 5; char letra = "x"; float radio = ; long double masa = ; static int temp = 875;

15 Salida de datos printf: imprime datos en pantalla Sintaxis: printf("cadena de formato", arg1, arg2,...,argn); Cadena de formato: Texto Caracteres de control Especificadores de formato Ejemplo con texto: mensaje.c printf("estamos en feria de flores");

16 Salida de datos Ejemplo con caracteres de control: Símbolo Acción \n nuevo renglón \a emite sonido \t tabulador horizontal \b retroceso \f salto de página \r retorno de carro \ imprime comillas dobles \ retroceso \0 imprime caracter nulo (cero) \? imprime signo de interrogación \ \ imprime barra invertida \v tabulador vertical mensaje caracteres.c printf("hola a todos "); printf("y sigo sin dejar línea en blanco"); printf("ahora dejo una línea en blanco\n"); printf("se emite un sonido corto\a\n"); printf("ahora dejo un espacio horizontal \t tabulador\n");

17 Salida de datos: ejemplo con especificadores de formato Símbolo Acción %c caracter %d entero con signo %i entero con signo (en desuso) %ld entero long con signo %u entero long con signo %e real (notación científica, e minúscula) %E real (notación científica, E mayúscula) %f float %lf double %g imprime formato más corto entre %e y %f %G imprime formato más corto entre %E y %f %o entero octal sin signo %x hexadecimal sin signo (letra minúscula) %X hexadecimal sin signo (mayúscula) % % imprime % %p imprime puntero %s cadena de caracteres mensaje formato.c int a = 3; int b = 4; printf("la suma de %d y %d es: %d \n", a, b, a+b);

18 Salida de datos: ejemplo con especificadores de formato mensaje formato varios.c // declaración de variables long int i, j; char letra; float x, y; double u, v; // inicialización de variables i = ; j = ; letra = z ; x = 2.6e-38; y = 1.3e38; u = 0.4e-307; v = 1.2e308; // salida de datos printf("enteros largos: %ld y %ld \n", i, j); printf("caracter: %c \n", letra); printf("float: %f y %e \n", x, y); printf("double: %lf y %le \n", u, v);

19 Salida de datos Ejemplo con modificadores de formato: mensaje formato modificador.c // declaración e inicialización de variables float a = ; double pi = ; // salida de datos para a printf("a: %f \n", a); printf("a con 2 decimales: %.2f \n", a); printf("a con 7 decimales: %.7f \n", a); // salida de datos para pi printf("\npi = %lf \n", pi); printf("pi con 3 decimales: %.3lf \n", pi); printf("pi con 12 decimales: %.12lf \n", pi); printf("pi con 24 decimales: %.24lf \n", pi);

20 Ejemplo Si un cálculo excede el tamaño de las variables involucradas se generan errores error variable.c // Inicializa una variable entera int millon = ; // 10 6 /* La siguiente linea genera un error, la variable billon = supera a 2 31 */ int billon = millon*millon; // imprime dato errado printf(" %d al cuadrado es: %d \n", millon, billon);

21 Entrada de datos Sintaxis: scanf("cadena de formato", &arg1, &arg2,..., &argn); Cadena de formato: Caracteres de espacios en blanco, comas (,) Especificadores de formato lectura datos.c // Declaración de variables char nombre[30]; int edad; // lee el nombre printf(ïngrese su nombre: "); scanf("%s", nombre); // lee edad printf(ïngrese su edad: "); scanf("%d", &edad); // Imprime los contenidos de nombre y edad printf("\nnombre: %s\n", nombre); printf("edad: %d\n", edad);

22 Operadores aritméticos operaciones.c Operador Operación Ejemplo Resultado * Multiplicación 7*3 21 / División 10/ Suma Resta % Módulo (residuo) 10 %3 1 // Declaración de variables int a = 3; int b = 4; int suma = a+b; int resta = a-b; int producto = a*b; double division = a/b; // division se declara como tipo double int residuo = a %b; // imprime contenido de variables printf("a = %d y b = %d \n", a, b); printf("la suma es %d \n", suma); printf("la resta es %d \n", resta); printf("el producto es %d \n", producto); printf("la división es %lf \n", división); printf("el residuo de dividir %d entre %d es %d \n", b, a, residuo);

23 Conversiones forzadas: moldes (cast) Moldes: conversiones realizadas para forzar a una expresión a ser de un tipo determinado de dato Sintáxis: (tipo) expresión operaciones molde.c // declaración de variables int a = 3; int b = 4; // division1 se declara como tipo double y se le asigna un entero double division1 = a/b; // division2 se declara como tipo double y se le asigna un double double division2 = (double)a/(double)b; // imprime contenido de variables printf("a = %d y b = %d \n", a, b); printf("la división es %lf \n", división1); printf("la división es %lf \n", división2);

24 Operadores relacionales (de comparación) Operador Operación Ejemplo Resultado == Igual 4 == 5 0!= Diferente de 2!=3 1 < Menor que 10 < 4 0 > Mayor que 5>-4 1 <= Menor o igual que 7<=7 1 >= Mayor o igual que 3.5 >= 10 0 comparacion.c // Declaración de variables int a, b, c; // Inicialización de variables a = 2; b = 5; c = -3; printf("a = %d, b = %d y c = %d \n\n", a, b, c); printf("a!=b produce como resultado %d \n", a!=b); printf("c<=b produce como resultado %d \n", c<=b); printf("a==b produce como resultado %d \n", a==b); printf("a=b produce como resultado %d \n", a=b); printf("a==b produce como resultado %d \n", a==b);

25 Operadores lógicos (booleanos) Operador Operación Ejemplo Resultado && y 2 && 3 1 o 3 5 1! negación!7 0 x y x && y x y!x booleanos.c // Declaración de variables int a, b, c; // Inicialización de variables a = 2; b = 5; c = -3; printf("a = %d, b = %d y c = %d \n\n", a, b, c); printf("a && b produce como resultado %d \n", a && b); printf("a && c produce como resultado %d \n", a && c); printf("a b produce como resultado %d \n", a b); printf("b c produce como resultado %d \n", b c); printf("!c produce como resultado %d \n",!c);

26 Operadores de incremento y decremento Instrucción x += y; x -= y; x *= y; x /= y; x %= y; x++; x--; Significado x = x+y; x = x-y; x = x*y; x = x/y; x = x %y; x = x+1; x = x-1; prepost.c // Declaración de variables int a, b, c, d; // Inicialización de variables a = 10; c = 10; //Operador de incremento (pre) b = ++a; printf("a = %d y b = %d \n", a, b); //Operador de incremento (post) d = c++; printf("c = %d y d = %d \n", c, d);

27 Precedencia de los operadores Operador Asociatividad Jerarquía () izquierda a derecha (mayor)! derecha a izquierda * / % izquierda a derecha + - izquierda a derecha < <= > >= izquierda a derecha ==!= izquierda a derecha & izquierda a derecha izquierda a derecha = derecha a izquierda (menor) precedencia.c // Declaración de variables float a, b, c, d, e; // Inicialización de variables a = * 3.0; b = 6.0 / 3.0 * 2.0; c = 6.0 / ( 3.0 * 2.0 ); d =! 1 < 4 + 8; e =! ( 1 < ); printf("a = %f, b = %f, c = %f, d = %f y e = %f\n", a, b, c, d, e);

28 Funciones matemáticas math.h: biblioteca con las definiciones de las funciones matemáticas Contiene: Funciones trigonmétricas: cos, sin, tan, etc. Funciones exponenciales: pow, exp, log, etc. Otras: abs, ceil, floor, etc. Función Descripción Argumentos Resultado sqrt(x) raíz cuadrada x double double pow(x,y) potencia x y double, double double exp(x) exponencial double double log(x) logaritmo natural double double sin(x) seno double double cos(x) coseno double double tan(x) tangente double double asin(x) arco seno double double acos(x) arco coseno double double atan(x) arco tangente double double abs(x) valor absoluto de entero int int fabs(x) valor absoluto de double double double ceil(x) el mayor entero menor o igual x double int floor(x) el menor entero mayor x double int

29 Constantes simbólicas Identificadores asociados con variables de diversos tipos de datos Se encuentran definidas en math.h Identificador Constante Valor almacenado M E e M LOG2E log 2 (e) M LOG10E log(e) M LN2 ln(2) M LN10 ln(10) M PI π M PI 2 π/ M PI 4 π/4 0, M 1 PI 1/π M 2 PI 2/π M 2 SQRTPI 2/ π M SQRT M SQRT1 2 1/

30 Ejemplo 4.1 Dado el radio de un círculo, elabore un programa en C que calcule el área del círculo. Solución circulo.c #include<math.h> // Declaración de variables double r, area; printf("ingrese el radio del círculo: "); scanf("%lf", &r); area = M PI*pow(r,2); // M PI π y está definida en math.h printf("el área del círculo es %lf \n", area); invitado: $> gcc circulo.c -o cirulo -lm invitado: /C$> ls circulo circulo.c invitado: /C$>

31 Ejemplo 5.1 Ejemplo 5.1 (intercambio de variables) Realice un programa en C que lea dos variables numéricas A y B y pase el valor de A a B y de B a A. Solución cambiar.c // Declaración de variables float A, B, TEMP; printf(ïngrese los valores de A y B respectivamente: "); scanf("%f %f", &A, &B); TEMP = A; A = B; B = TEMP; printf("el valor de A es %f \n", A); printf("el valor de B es %f \n", B);

32 Ejemplo 5.2 Ejemplo 5.2 (área de un triángulo) Dado los tres lados de un triángulo cualquiera, realice un programa en C que obtenga el área del triángulo. Solución heron.c #include<math.h> // Declaración de variables double a, b, c, s, area; printf(ïngrese los lados del triángulo: "); scanf("%lf %lf %lf", &a, &b, &c); // Calcula el área con la fórmula de Heron s = (a+b+c)/2; // semiperímetro area = sqrt(s*(s-a)*(s-b)*(s-c)); printf("el área del triángulo es %lf \n", area);

33 Ejemplo 5.3 (ecuación cuadrática) Realice un programa en C que encuentre las soluciones reales (si las hay) de la ecuación cuadrática ax 2 + bx + c = 0, con a 0 Solución cuadratica.c #include<math.h> // Declaración de variables double a, b, c, d, x1, x2; printf("a = "); scanf("%lf", &a); printf("b = "); scanf("%lf", &b); printf("c = "); scanf("%lf", &c); // Calcula las raíces d = sqrt(b*b-4*a*c); // d = discriminante = b 2 4ac x1 = (-b+d)/(2*a); // x1 = raíz 1 x2 = (-b-d)/(2*a); // x2 = raíz 2 printf("x1 = %4.8lf \n", x1); printf("x2 = %4.8lf \n", x2);

34 Ejemplo 5.4 Ejemplo 5.4 (funciones trigonométricas) Realice un programa en C que tenga como entrada la medida de un ángulo α en grados y obtenga cos α, sen α y tan α. Solución fun trig.c #include<math.h> // Declaración de variables double alfa, rad, c, s, t; printf("ingrese ángulo en grados: "); scanf("%lf", &alfa); rad = M PI*alfa/180; // pasa de grados a radianes c = cos(rad); // calcula coseno de alfa s = sin(rad); // calcula coseno de alfa t = tan(rad); // calcula coseno de alfa printf("cos( %lf) = %lf \n", rad, c); printf("sen( %lf) = %lf \n", rad, s); printf("tan( %lf) = %lf \n", rad, t);

35 Bibliografía I O. Cairó Metodología de la programación Segunda edición. Alfaomega Grupo Editor, S.A., 2005 M.A. Criado Programación en lenguajes estructurados Alfaomega Grupo Editor, S.A. de C.V. Primera Edición, 2006 B.W. Kernighan, D. Ritchie The C Programming Language Prentice Hall, 2th Edition, 1988 S. Lipschutz Schaum s Outline of Essential Computer Mathematics McGraw-Hill, 1th edition, 1982 H.M. Mora Escobar Introducción a C y a métodos numéricos Universidad Nacional de Colombia (Sede Bogotá), 2004

36 Bibliografía II M.J. Páez C y C ++ de afán Universidad de Antioquia, 2004 R. Séroul Programming for Mathematicians Springer, 2000 E. Scheinerman C ++ for Mathematicians: An Introduction for Students and Professionals Taylor & Francis Group, LLC, 2006 A. Shen Algorithms and Programming Springer Undergraduate Texts in Mathematics and Technology, 2010 P. Tymann Schaum s Outline of Principles of Computer Science McGraw-Hill, 1th edition, 2008