INTRODUCCIÓN A LA PROGRAMACIÓN C++

INTRODUCCIÓN A LA PROGRAMACIÓN C++

CONCEPTO DE LENGUAJE C++

C++ es un lenguaje imperativo orientado a objetos derivado del C. En realidad un super conjunto de C, que nació para añadirle cualidades y características de las que carecía. El resultado es que como su ancestro, sigue muy ligado al hardware subyacente, manteniendo una considerable potencia para programación a bajo nivel, pero se la han añadido elementos que le permiten también un estilo de programación con alto nivel de abstracción. Estrictamente hablando, C no es un subconjunto de C++; de hecho es posible escribir código C que es ilegal en C++. Pero a efectos prácticos, dado el esfuerzo de compatibilidad desplegado en su diseño, puede considerarse que C++ es una extensión del C clásico. La definición "oficial" del lenguaje nos dice que C++ es un lenguaje de propósito general basado en el C, al que se han añadido nuevos tipos de datos, clases, plantillas, mecanismo de excepciones, sistema de espacios de nombres, funciones inline, sobrecarga de operadores, referencias, operadores para manejo de memoria persistente, y algunas utilidades adicionales de librería (en realidad la librería Estándar C es un subconjunto de la librería C++)


HISTORIA C++
El comité para el estándar ANSI C fue formado en 1983 con el objetivo de crear un lenguaje uniforme a partir del C original, desarrollado por Kernighan y Ritchie en 1972, en la ATT. Hasta entonces el estándar lo marcaba el libro escrito en 1978 por estos dos autores1. El lenguaje C++ se comenzó a desarrollar en 1980. Su autor fue Bjarne Stroustrup, también de la ATT. Al comienzo era una extensión del lenguaje C que fue denominada C with classes. Este nuevo lenguaje comenzó a ser utilizado fuera de la ATT en 1983. El nombre C++ es también de ese año, y hace referencia al carácter del operador incremento de C (++). Ante la gran difusión y éxito que iba obteniendo en el mundo de los programadores, la ATT comenzó a estandarizarlo internamente en 1987. En 1989 se formó un comité ANSI (seguido algún tiempo después por un comité ISO) para estandarizarlo a nivel americano e internacional. En la actualidad, el C++ es un lenguaje versátil, potente y general. Su éxito entre los programadores profesionales le ha llevado a ocupar el primer puesto como herramienta de desarrollo de aplicaciones. El C++ mantiene las ventajas del C en cuanto a riqueza de operadores y expresiones, flexibilidad, concisión y eficiencia. Además, ha eliminado algunas de las dificultades y limitaciones del C original. La evolución de C++ ha continuado con la aparición de Java, un lenguaje creado simplificando algunas cosas de C++ y añadiendo otras, que se utiliza para realizar aplicaciones en Internet. Hay que señalar que el C++ ha influido en algunos puntos muy importantes del ANSI C, como por ejemplo en la forma de declarar las funciones, en los punteros a void, etc. En efecto, aunque el C++ es posterior al C, sus primeras versiones son anteriores al ANSI C, y algunas de las mejoras de éste fueron tomadas del C++. C++ es a la vez un lenguaje procedural (orientado a algoritmos) y orientado a objetos. Como lenguaje procedural se asemeja al C y es compatible con él, aunque ya se ha dicho que presenta ciertas ventajas. Como lenguaje orientado a objetos se basa en una filosofía completamente diferente, que exige del programador un completo cambio de mentalidad. Las características propias de la Programación Orientada a Objetos (Object Oriented Programming, u OOP) de C++ son modificaciones mayores que sí que cambian radicalmente su naturaleza.

Ventajas de C++

• Compila a código intermedio (CIL) independiente del lenguaje en que haya sido escrita la aplicación e independiente de la máquina donde vaya a ejecutarse
• Recolección de basura automática
• Eliminación del uso punteros, en C++ no se necesitan
• No hay que preocuparse por archivos de cabecera ".h"
• No importa el orden en que hayan sido definidas las clases ni las funciones
• No hay necesidad de declarar funciones y clases antes de definirlas
• No existen las dependencias circulares
• Soporta definición de clases dentro de otras
• No existen funciones, ni variables globales, todo pertenece a una clase
• Todos los valores son inicializados antes de ser usados (automáticamente se inicializan al valor estandarizado, o manualmente se pueden inicializar desde constructores estáticos)
• No se pueden utilizar valores no booleanos (enteros, coma flotante...) para condicionales. Es mucho más limpio y menos propenso a errores
• Puede ejecutarse en una sandbox restringida

 Versiones Actuales

Bajo Microsoft Windows

• Embarcadero CodeGear
• Code::Blocks
• Dev-C++
• Visual C++
• wxDev-C++
• Zinjai

Bajo DOS

• Turbo C, reemplazado por C++Builder

Bajo GNU/Linux

• Code::Blocks
• NetBeans
• Eclipse
• Geany
• Zinjai
• Kdevelop

Fundamentos de Programación

Cuando un usuario plantea a un programador un problema que resolver mediante su ordenador, por lo general ese usuario tendrá conocimientos más o menos amplios sobre el dominio del problema, pero no es habitual que tenga conocimientos de informática. Por ejemplo, un contable que necesita un programa para llevar la contabilidad de una empresa será un experto en contabilidad (dominio del problema), pero no tiene por qué ser experto en programación.

Del mismo modo, el informático que va a resolver un determinado problema puede ser un experto programador, pero en principio no tiene por qué conocer el dominio del problema; siguiendo el ejemplo anterior, el informático que hace un programa no tiene por qué ser un experto en contabilidad.

Por ello, al abordar un problema que se quiere resolver mediante un ordenador, el programador necesita de la experiencia del experto del dominio para entender el problema. Al final, si se quiere llegar a una solución satisfactoria es necesario que:

·         El problema esté bien definido con el máximo detalle
·         Las especificaciones de las entradas y salidas del problema, deben ser descritas también en detalle:
·         ¿Qué datos son necesarios para resolver el problema?

·         ¿Qué información debe proporcionar la resolución del problema?


Definición ó Análisis del Programa

Esta etapa suele ser la primera y la más difícil de todo el proceso del ciclo de vida debido a que se encarga del reconocimiento de las fallas o problemas que una organización puede enfrentar.

Tradicionalmente han sido los usuarios y los directivos de las empresas quienes impulsan la mayoría de los proyectos. Por su parte, los analistas están encargados de descubrir mejoras dentro de la organización; por lo tanto el analista debe identificar los problemas, las oportunidades y las normas y objetivos que rigen a la empresa.

Problema es una situación no deseable que impide que la organización pueda alcanzar plenamente sus propósitos metas y objetivos.
Una oportunidad es toda posibilidad de mejorar el sistema o lograr la ausencia de problemas específicos.
Una norma es todo requisito impuesto por la dirección, las instituciones gubernamentales o cualquier influencia externa.

Si una oportunidad no es usada en su momento, ésta a la larga puede convertirse en un problema ya que esto pudiera implica el no usar situaciones favorables tanto para el analista como para la organización.
Con relación a las normas que se aplican en una organización, éstas representan problemas, pues implican el cambio de actividades o procesos internos dentro del tratamiento de información.

Los problemas se dan a notar de diversas formas; es decir, éstos pueden estar presentes en la organización y tomarse como prácticas normales de trabajo y depende en gran parte del usuario (directivos) poder descubrir estos problemas y del analista para determinarlos. La mayoría de los problemas dentro de las organizaciones se refieren al desempeño (ausentismo, falta de compromiso por parte de los empleados, alta rotación de personal).


Sin olvidar a los clientes o proveedores del sistema ya que ellos ejercen el tipo de retroalimentación que el sistema esté recibiendo. Considere como retroalimentación las quejas o sugerencias que se reciben, así como ventas no consolidadas o canceladas, etc., además del reflejo al momento de medir los resultados contra los objetivos planeados. Estos son síntomas que deben ser tomados en cuenta para iniciar de inmediato el análisis del sistema.

Diseño del Algoritmo
Un algoritmo consiste en una especificación clara y concisa de los pasos necesarios para resolver un determinado problema, pero para poder diseñar algoritmos es necesario disponer de una notación, que llamaremos ‘notación algorítmica’, que permita:

Describir las operaciones puestas en juego (acciones, instrucciones, comandos,...)
Describir los objetos manipulados por el algoritmo (datos/informaciones)
Controlar la realización de las acciones descritas, indicando la forma en que estas se organizan en el tiempo.


Para poder describir cualquier tipo de acción de las que intervienen en un algoritmo, diversos autores proponen el uso de un conjunto de construcciones lógicas (secuencia, decisión e iteración) con las que es posible escribir cualquier programa. Lo que sigue a continuación es la descripción de las diferentes construcciones disponibles para el diseño de algoritmos.

Codificación
En la actualidad los sistemas computarizados están automatizando todo un campo de procesos que en tiempos remotos eran un trabajo pesado y extenuado, gracias a ellos estos procesos se son menos complicados y mas ordenados, pero para obtener buenos resultados se necesita de una buena captura de datos, dado a esto existen diversas técnicas practicas para su control.


Una de estas técnicas para lograr una buena captura de datos es la codificación. Esta consiste en proporcionar códigos numéricos o alfanuméricos a diversos procesos para llevar un seguimiento y control mas profundo de alguna actividad, sin mas que adelantar se presenta a continuación.


Ejecución y Validación de un programa
Tan importante como desarrollar los programas es la labor de evaluarlos. Normalmente son tres los aspectos en los que medimos la calidad de un programa:

Mediante la comprobación debemos asegurarnos que el programa hace lo que debe y funciona correctamente. La comprobación puede realizarse ejecutando el programa con una colección de entradas que cubran un gran abanico de los casos posibles. Otra estrategia, más segura pero más compleja, es la verificación formal, en la que se utilizan la lógica para demostrar matemáticamente propiedades de los programas. Esto es lo que hemos hecho con nuestras soluciones aunque también existen métodos para comprobar que los programas finales siguen fielmente la solución. En nuestro caso la correspondencia entre las soluciones y los programas es bastante obvia ya que los programas son relativamente sencillos, pero puede no serlo cuando aumenta la dificultad del programa y no se ha realizado un correcto refinamiento progresivo.
Con la medición de la eficiencia, se determinan los recursos del computador (tiempo de ejecución y memoria utilizados) necesitados por el programa. Esta medición puede hacerse con técnicas formales, describiendo, mediante funciones matemáticas, la cantidad de tiempo o memoria que el programa va a consumir en su ejecución, lo que recibe el nombre de cálculo de la complejidad. La medida de la eficiencia permite decidir si un programa puede mejorarse, si fuera necesario, o compararlo con otro programa para el mismo problema.

Finalmente, es interesante medir la claridad del programa. El programa debe ser fácil de entender, especialmente para aquellos que no son los programadores directos pero que pueden necesitar mantener o modificar el programa posteriormente. Aunque es posible establecer ciertas medidas formales de la calidad de un programa y existen herramientas automáticas para ello, nos contentaremos con dar ciertas normas que fijan el estilo de programación. En un buen estilo de programación influyen la afortunada elección de nombres significativos para las diferentes entidades del programa, la adecuada estructuración y sangrado, distribución e inclusión de comentarios explicativos de sus unidades o la no utilización de trucos propios del programador. Un cuidado estilo de programación favorece que los programas sean más sencillos de entender, lo que facilita su modificación y mantenimiento.

Programación Estructurada

La programación orientada a objetos se desarrolló para tratar de paliar diversas limitaciones que se encontraban en anteriores enfoques de programación. Para apreciar las ventajas de la POO, es preciso constatar las limitaciones citadas y cómo se producen con los lenguajes de programación tradicionales.

C, Pascal y FORTRAN, y lenguajes similares, se conocen como lenguajes procedimentales (por
procedimientos). Es decir, cada sentencia o instrucción señala al compilador para que realice alguna tarea: obtener una entrada, producir una salida, sumar tres números, dividir por cinco, etc. En resumen, un programa en un lenguaje procedimental es un conjunto de instrucciones o sentencias. En el caso de pequeños programas, estos principios de organización (denominados paradigma) se demuestran eficientes.

El programador sólo tiene que crear esta lista de instrucciones en un lenguaje de programación, compilar en la computadora y ésta, a su vez, ejecuta estas instrucciones.

Cuando los programas se vuelven más grandes, cosa que lógicamente sucede cuando aumenta la complejidad del problema a resolver, la lista de instrucciones aumenta considerablemente, de modo tal que el programador tiene muchas dificultades para controlar ese gran número de instrucciones. Los programadores pueden controlar, de modo normal, unos centenares de líneas de instrucciones. Para resolver este problema los programas se descompusieron en unidades más pequeñas que adoptaron el nombre de funciones (procedimientos, subprogramas o subrutinas en otros lenguajes de programación). De este modo en un programa orientado a procedimientos se divide en funciones, de modo que cada función tiene un propósito bien definido y resuelve una tarea concreta, y se diseña una interfaz claramente definida (el prototipo o cabecera de la función) para su comunicación con otras funciones.

Con el paso de los años, la idea de romper en programa en funciones fue evolucionando y se llegó al agrupamiento de las funciones en otras unidades más grandes llamadas módulos (normalmente, en el caso de C, denominadas archivos o ficheros); sin embargo, el principio seguía siendo el mismo: agrupar componentes que ejecutan listas de instrucciones (sentencias). Esta característica hace que a medida que los programas se hacen más grandes y complejos, el paradigma estructurado comienza a dar señales de debilidad y resultando muy difícil terminar los programas de un modo eficiente. Existen varias razones de la debilidad de los programas estructurados para resolver problemas complejos. Tal vez las dos razones más evidentes son éstas. Primero, las funciones tienen acceso ilimitado a los datos globales. Segundo, las funciones inconexas y datos, fundamentos del paradigma procedimental proporcionan un modelo

pobre del mundo real.

Surgimiento de la programación Estructurada
A fines de los años sesenta. Un famoso Teorema de Dijkstra, demostrado por Edsger Dijkstra en los años sesenta, demuestra que todo programa puede escribirse utilizando únicamente las tres instrucciones de control siguientes:
Secuencial de instrucciones.
Instrucción condicional.
Iteración, o bucle de instrucciones.


Solamente con estas tres estructuras se puede hacer un programa informático.

Secuencias Estructuradas

Estructura secuencial

   La estructura secuencial es aquella en la que una acción (instrucción) sigue a otra en secuencia. Las tareas se suceden de tal modo que la salida de una es la entrada de la siguiente y así sucesivamente hasta el fin del proceso.

Ejemplo:

INPUT x
   INPUT y
   auxiliar= x
   x= y
   y= auxiliar
   PRINT x
   PRINT y

Esta secuencia de instrucciones permuta los valores de x e y, con ayuda de una variable auxiliar, intermedia.

1º Se guarda una copia del valor de x en auxiliar.
2º Se guarda el valor de y en x, perdiendo su valor anterior, pero se mantiene una copia del contenido en auxiliar.
3º Se copia a y el valor de auxiliar, que es el valor inicial de x.
El resultado es el intercambio de los valores entre x e y, en tres operaciones secuenciales
Estructura selectiva o de selección

   La estructura selectiva permite que la ejecución del programa se bifurque a una instrucción (o conjunto) u otra/s, según un criterio o condición lógica establecida, sólo uno de los caminos en la bifurcación será el tomado para ejecutarse.

Ejemplo:

#include<iostream.h>
#include<dos.h>
#include<conio.h>
int main ( )
{

textbackground(3) ; // sirve para asignar color al fondo de pantalla
clrscr() ;
textcolor(2) ; // sirve para asignar color al texto
clrscr() ;
int num;
    cout<<"Dame un numero al azar no mayor a 30" << endl;
cin>>num;
if ( num > 30 )
cout<<"Número invalido";
if ( num > 1 ) && (num < 30)
cout<<"Bien acertaste el rango";
getch();
return 0;

}

Estructura Iterativa

Un bucle iterativo o iteración de una secuencia de instrucciones, hace que se repitan mientras se cumpla una condición, en un principio el número de iteraciones no tiene porque estar determinado.

Ejemplo:

a:= 0
b:= 7
mientras  b > a hacer
        Escribir a
        a:= a + 1
mientras

Esta instrucción tiene tres palabras reservadas mientras, hacer y fmientras.

mientras: señala el comienzo del bucle y después de esta palabra se espera lacondición de repetición, si la condición es cierta se pasa al cuerpo del bucle, sino al final de la instrucción mientras.
hacer : señala el final de la condición, lo que esté después será el cuerpo del bucle.
fmientras: señala el final del cuerpo del bucle y de la instrucción mientras. El bucle mientras, se repite mientras la condición sea cierta, esta condición se comprueba al principio por lo que el cuerpo del bucle puede que no se ejecute nunca, cuando la condición es falsa en un principio, o que se repita tantas veces como sea necesario, mientras la condición sea cierta.

Anidamiento

El cuerpo de cualquier estructura puede ser una instrucción simple u otra estructura, que a su vez puede anidar a otra.

Ejemplo:

si a > b entonces
     auxiliar:=a
      a:= b
      b:= auxiliar

si_no
    nada
fsi

    escribir a y b


Ventajas de la programación estructurada

• Los programas quedan mejor documentados internamente.
• Los programas son más fáciles de entender. Un programa estructurado puede ser leído en secuencia, de arriba hacia abajo, sin necesidad de estar saltando de un sitio a otro en la lógica, lo cual es típico de otros estilos de programación. La estructura del programa es más clara puesto que las instrucciones están más ligadas o relacionadas entre sí, por lo que es más fácil comprender lo que hace cada función.
• Aumento de la productividad del programador.
• Se facilita la utilización de las otras técnicas para el mejoramiento de la productividad en programación.
• Reducción de los costos de mantenimiento.
• Reducción del esfuerzo en las pruebas. El programa se puede tener listo para producción normal en un tiempo menor del tradicional; por otro lado, el seguimiento de las fallas ("debugging") se facilita debido a la lógica más visible, de tal forma que los errores se pueden detectar y corregir más fácilmente.
• Programas más sencillos y más rápidos.

Inconvenientes de la programación estructurada

El principal inconveniente de este método de programación, es que se obtiene un único bloque de programa, que cuando se hace demasiado grande puede resultar problemático su manejo, esto se resuelve empleando la programación modular, definiendo módulos interdependientes programados y compilados por separado, cada uno de los cuales ha podido ser desarrollado con programación estructurada.


Programación Orientada a Objetos
La programación orientada a objetos o POO (OOP según sus siglas en inglés) es un paradigma de programación que usa los objetos en sus interacciones, para diseñar aplicaciones y programas informáticos. Está basado en varias técnicas, incluyendo herencia, abstracción, polimorfismo y encapsulamiento. Su uso se popularizó a principios de la década de los años 1990. En la actualidad, existe variedad de lenguajes de programación que soportan la orientación a objetos.

Ø  Introducción:

Los objetos son entidades que tienen un determinado estado, comportamiento (método) e identidad:

El estado está compuesto de datos o informaciones, será uno o varios atributos a los que se habrán asignado unos valores concretos (datos).
El comportamiento está definido por los métodos o mensajes a los que sabe responder dicho objeto, es decir, qué operaciones se pueden realizar con él.
La identidad es una propiedad de un objeto que lo diferencia del resto, dicho con otras palabras, es su identificador (concepto análogo al de identificador de una variable o una constante).
Un objeto contiene toda la información que permite definirlo e identificarlo frente a otros objetos pertenecientes a otras clases e incluso frente a objetos de una misma clase, al poder tener valores bien diferenciados en sus atributos. A su vez, los objetos disponen de mecanismos de interacción llamados métodos, que favorecen la comunicación entre ellos. Esta comunicación favorece a su vez el cambio de estado en los propios objetos. Esta característica lleva a tratarlos como unidades indivisibles, en las que no se separa el estado y el comportamiento.

Los métodos (comportamiento) y atributos (estado) están estrechamente relacionados por la propiedad de conjunto. Esta propiedad destaca que una clase requiere de métodos para poder tratar los atributos con los que cuenta. El programador debe pensar indistintamente en ambos conceptos, sin separar ni darle mayor importancia a alguno de ellos. Hacerlo podría producir el hábito erróneo de crear clases contenedoras de información por un lado y clases con métodos que manejen a las primeras por el otro. De esta manera se estaría realizando una programación estructurada camuflada en un lenguaje de programación orientado a objetos.

La POO difiere de la programación estructurada tradicional, en la que los datos y los procedimientos están separados y sin relación, ya que lo único que se busca es el procesamiento de unos datos de entrada para obtener otros de salida. La programación estructurada anima al programador a pensar sobre todo en términos de procedimientos o funciones, y en segundo lugar en las estructuras de datos que esos procedimientos manejan. En la programación estructurada solo se escriben funciones que procesan datos. Los programadores que emplean POO, en cambio, primero definen objetos para luego enviarles mensajes solicitándoles que realicen sus métodos por sí mismos.

Ø  Conceptos Básicos:

La programación orientada a objetos es una forma de programar que trata de encontrar una solución a estos problemas. Introduce nuevos conceptos, que superan y amplían conceptos antiguos ya conocidos. Entre ellos destacan los siguientes:

Clase: definiciones de las propiedades y comportamiento de un tipo de objeto concreto. La instanciación es la lectura de estas definiciones y la creación de un objeto a partir de ellas.
Herencia: (por ejemplo, herencia de la clase C a la clase D) Es la facilidad mediante la cual la clase D hereda en ella cada uno de los atributos y operaciones de C, como si esos atributos y operaciones hubiesen sido definidos por la misma D. Por lo tanto, puede usar los mismos métodos y variables públicas declaradas en C. Los componentes registrados como "privados" (private) también se heredan, pero como no pertenecen a la clase, se mantienen escondidos al programador y sólo pueden ser accedidos a través de otros métodos públicos. Esto es así para mantener hegemónico el ideal de OOP.

Objeto: entidad provista de un conjunto de propiedades o atributos (datos) y de comportamiento o funcionalidad (métodos) los mismos que consecuentemente reaccionan a eventos. Se corresponde con los objetos reales del mundo que nos rodea, o a objetos internos del sistema (del programa). Es una instancia a una clase.
Método: Algoritmo asociado a un objeto (o a una clase de objetos), cuya ejecución se desencadena tras la recepción de un "mensaje". Desde el punto de vista del comportamiento, es lo que el objeto puede hacer. Un método puede producir un cambio en las propiedades del objeto, o la generación de un "evento" con un nuevo mensaje para otro objeto del sistema.

Evento: Es un suceso en el sistema (tal como una interacción del usuario con la máquina, o un mensaje enviado por un objeto). El sistema maneja el evento enviando el mensaje adecuado al objeto pertinente. También se puede definir como evento, a la reacción que puede desencadenar un objeto, es decir la acción que genera.

Mensaje: una comunicación dirigida a un objeto, que le ordena que ejecute uno de sus métodos con ciertos parámetros asociados al evento que lo generó.
Propiedad o atributo: contenedor de un tipo de datos asociados a un objeto (o a una clase de objetos), que hace los datos visibles desde fuera del objeto y esto se define como sus características predeterminadas, y cuyo valor puede ser alterado por la ejecución de algún método.

Estado interno: es una variable que se declara privada, que puede ser únicamente accedida y alterada por un método del objeto, y que se utiliza para indicar distintas situaciones posibles para el objeto (o clase de objetos). No es visible al programador que maneja una instancia de la clase.

Componentes de un objeto: atributos, identidad, relaciones y métodos.

Identificación de un objeto: un objeto se representa por medio de una tabla o entidad que esté compuesta por sus atributos y funciones correspondientes.


En comparación con un lenguaje imperativo, una "variable", no es más que un contenedor interno del atributo del objeto o de un estado interno, así como la "función" es un procedimiento interno del método del objeto.