Programación : C (2)

Transcripción

Programación : C (2)
Dr. J.B. Hayet
CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN MATEMÁTICAS
Agosto 2013
,
J.B. Hayet
Programación, Agosto 2013
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Outline
1
C : overview
2
Operadores
3
C : estructuras de control
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J.B. Hayet
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C : overview
Outline
1
C : overview
2
Operadores
3
,
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C : overview
Un poco de historia
Concebido en 1972 por
Dennis Richie y Ken
Thompson (Bell Labs),
después del B.
Inicialmente era para
desarrollar UNIX.
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C : overview
Un poco de historia
Formalizado por Brian Kernighan y Dennis Richie en su libro
The C Programming language (el K&R) en 1978.
Adquiere muchı́sima importancia en los años 1980 (tomando el
lugar de Fortran).
Normalizado por el ANSI (American National Standards
Institute) 1983-1989 (C89) : el ANSI C.
Norma recuperada tal cual por la ISO (International Standards
Organization) en 1990 (C90).
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C : overview
Un poco de historia
En 1999 : C99 (cambios en directivas al preprocesador, nuevas
palabras llaves, declaraciones dentro del código, inline, arreglos
de tamaño variable. . . ). Se acerca de C++.
Nueva versión del estándar desde finales de 2011: C11
http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg14/www/docs/
n1494.pdf
Soporte para multi-threading.
gets quitado del lenguaje.
Estructuras/uniones anónimas.
...
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J.B. Hayet
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C : overview
Un poco de historia
Ahora, si el estándar define unas cosas, no necesariamente les tiene
el compilador. Por ejemplo, con gcc 4.6:
“A fourth version of the C standard, known as C11, was published in
2011 as ISOIEC 9899:2011. GCC has limited incomplete support for
parts of this standard, enabled with -std=c11 or
-std=iso9899:2011.”
(default: gnu89, similar a C90)
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C : overview
Lenguajes interpretados y compilados
En un lenguaje interpretado, código convertido en
instrucciones ejecutables al momento mismo de la ejecución.
En un lenguaje compilado, código traducido en instrucciones
ejecutables una vez por todas.
C es una lenguaje compilado (la gran mayorı́a del tiempo) pero
existen interpretadores también
http://root.cern.ch/drupal/content/cint
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C : overview
Caracterı́sticas del C
+ Lenguaje de “bajo” nivel entre los de “alto” nivel.
+ Eficiente.
+ Adaptado a operaciones sistema, accesos directos a la
memoria, control del bajo nivel (herencia de su creación. . . ).
+ Gran control y libertad del programador (memoria,. . . ).
+ Comunidad inmensa, mucho soporte.
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C : overview
Caracterı́sticas del C
- Requiere esfuerzos del programador (liberación de memoria,
verificación de indices. . . ).
- Tal cual no permite manejar cadenas de caracteres o
estructuras de alto nivel.
- Librerı́a estándar reducida.
- No muy adaptado a proyectos requiriendo programación
orientada a objetos.
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C : overview
Compilación
Preprocesador
.c
Ensamblaje
Compilacion
.i
.s
Edicion de ligas
.o
EJECUTABLE
.o
.o
El pre-procesador trata el código mismo (#define,#include)
(.i).
La compilación transforma el código en ensamblador (.s).
El ensamblaje transforma el ensamblador en lenguaje
maquina, se obtiene un archivo objeto (.o).
La edición de ligas combina varios archivos objeto para hacer
un ejecutable.
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C : overview
Compilación
Ej: con functionCode.c, functionCode.h, main.c
gcc -c functionCode.c -o functionCode.o
gcc -c main.c -o main.o
gcc main.o functionCode.o -o test
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C : overview
Compilación
Pre-procesamiento
#i n c l u d e < s t d i o . h>
#d e f i n e CONSTANT 5
i n t main ( ) {
p r i n t f ( ”My c o n s t a n t i s %d” ,CONSTANT ) ;
return 0;
}
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C : overview
Elementos del lenguaje
Identificadores : nombre de variables, de structs, de labels, de
funciones.
Palabras llaves : nombres de tipos, de estructuras de control,
calificadores de tipos, de almacenamiento.
Constantes y nombres de macros sustituidas por el
preprocesador : definidas por DEFINE.
Cadenas de caracteres.
Operadores : +,*. . .
Puntuación.
Comentarios : /* Comentario */ (o // Comentario a partir de
C99)
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C : overview
Expresiones
Las instrucciones son una serie de expresiones
sintácticamente correctas terminadas por un “;”.
Declaración de variables :
int a ;
double d ;
Definición y uso de variables :
a = 1;
d = 2 . 1 ∗ a+a ∗ a ;
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C : overview
Constantes enteras
Varias maneras de escribir las constantes
Decimal
i n t x =100;
Octal (introducido por 0)
i n t x =0144;
Hexadecimal (introducido por 0x)
i n t x=0x64 ;
Se puede poner sufijos para indicar que la constante es long
(l o L) o unsigned (u o U).
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C : overview
Constantes enteras
Ejemplo de código inocente en apariencia pero incorrecto:
int x = 09;
main.c:7:11: error: invalid digit "9" in octal constant
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C : overview
Constantes flotantes
Representación mantisa-exponente (cf. clase 1).
Por default en double.
Puede ser modificada en long double (con L) o en float
(con F).
Ejemplos :
12.34
1 2 . 3 e−4
12.34F
12.34L
double
double
float
long double
(long double: en general, 80 bits)
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C : overview
Funciones
Forma general:
t i p o m i f u n c i o n ( t i p o 1 arg1 , t i p o 2 arg2 , . . . ) {
d e c l a r a c i o n e s de v a r i a b l e s i n t e r n a s
instrucciones
return a l g o d e t i p o t i p o ;
}
Son la base de la estructuración de un programa.
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C : overview
Funciones
Ejemplo:
int
computeSum ( i n t a , i n t b ) {
i n t sum = 0 ;
sum = a+b ;
r e t u r n sum ;
}
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C : overview
Funciones
Un programa en C es esencialmente un conjunto de
códigos de funciones.
Durante la ejecución del programa, la estructura de las
funciones llamándose una a otra es la de una pila.
Arriba de la pila es la primera función a llamarse, la función
main(), que tiene que estar definida en cualquier programa.
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Operadores
Outline
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C : overview
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Operadores
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Operadores
Operadores aritméticos
Operadores aritméticos : +,-,/,*,%
Cuidado al / es a la vez división entera y división en flotantes :
si los dos operadores son enteros, hará una división entera; si
no, una división entre flotantes.
Para otros operadores matemáticos, ver math.h.
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Operadores
Operadores aritméticos
Error clásico
i n t i =1, j =2;
double medio = i / j ;
Solución: convertir cualquier de los operandos a un flotante.
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Operadores
lvalue y rvalue
Una lvalue es un valor al cual se puede asociar una dirección
en memoria : son las únicas que se puede poner a la izquierda
de una afectación “=”.
Los rvalue son tipicamente resultados de operaciones
matemáticas, como están en los registros de la CPU, pero no
guardados en memoria.
i es una lvalue, 2*i no es (es una rvalue).
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Operadores
Operadores de relación
¿ Qué dice ?
i n t main ( ) {
i n t a =0, b =1;
i f (a = b)
p r i n t f ( ”\n a y b s o n i g u a l e s \n” ) ;
else
p r i n t f ( ”\n a y b s o n d i f e r e n t e s \n” ) ;
return 0;
}
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Operadores
Operadores de relación
Cuidado a la diferencia entre == (relación) y =
(afectación).
Operadores >, <, >=, <=, ==, ! =.
Cuidado a valores flotantes muy cercanos (cf. clase 1).
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J.B. Hayet
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Operadores
Operadores lógicos
&& : AND
|| : OR
! : NOT
La evaluación regresa un int que vale 1 si la expresión lógica es
true, 0 si no.
Evaluación de izquierda a la derecha en caso de grupo de
expresiones :
i f ( ( i >= 0 ) && ( i <= 9 ) &&
! ( a [ i ] == 0 ) && ( b [ i ] >3)) {
...
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J.B. Hayet
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Operadores
Operadores lógicos
Pensar el orden de las expresiones !
para que expresiones eventualmente peligrosas no estén
evaluadas si una pre-condición no está verificada,
para ganar en eficiencia (i.e. descartar casos)
i f ( ( f r e q u e n t l y V i o l a t e d P r e c o n d i t i o n ) &&
( lessFrequentlyViolayedPrecondition )) {
...
}
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Operadores
Operadores lógicos sobre los bits
& : AND
| : OR
ˆ: XOR
˜: NOT
<< y >> : shift de los bits a la izquierda o a la derecha;
agrega ceros al final o al principio del numero según el caso.
No confundir con operadores booleanos.
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Operadores
Operadores lógicos sobre los bits
Cuidado con el tamaño de los datos
unsigned char c1 =128;
unsigned char c2=c1 <<1;
p r i n t f ( ”%d\n” , c2 ) ;
Cuidado con el signo de los datos
char c3 =127;
char c4=c3 <<1;
p r i n t f ( ”%d\n” , c4 ) ;
Un shift hacia la derecha no afecta el signo
char c5 =−127;
char c6=c5 >>1;
p r i n t f ( ”%d\n” , c6 ) ;
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Operadores
Aplicaciones : multiplicaciones y divisiones
En regla general, para no tener problemas, usar esos operadores
de shift con tipos no signados (unsigned).
Usar los operadores de shift para multiplicar/dividir por
potencias de 2 (pero con cuidado) puede ser mas rápido que
usar operadores aritméticos.
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J.B. Hayet
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Operadores
Aplicaciones : conjuntos de flags
En un programa, se puede proponer una serie de opciones que
podemos activar o no para nuestras funciones. Una idea es asociar
a cada una un bit de un número suficientemente grande.
#d e f i n e
#d e f i n e
#d e f i n e
#d e f i n e
#d e f i n e
FLAG
FLAG
FLAG
FLAG
FLAG
X
1
2
3
4
0
1
2
4
8
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Operadores
Aplicaciones : conjuntos de flags
Verificar si unos flags están activados
v o i d f u n c i o n ( unsigned i n t
{
i f ( f l a g s != 0 )
{
i f ( ( f l a g s & FLAG
// E l p r i m e r f l a g
i f ( ( f l a g s & FLAG
// E l p r i m e r f l a g
...
}
else
// FLAG X
flags )
1)
es
2)
es
!=0 )
activado
!=0 )
activado
Formar un entero con unos flags dados :
f u n c i o n ( FLAG 1 | FLAG 2 ) ;
J.B. Hayet
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Operadores
Operadores de afectación compuesta
+=
−=
∗=
/=
%=
&=
ˆ=
|=
<<=
>>=
Por ejemplo, a+ = b es equivalente a a = a + b. La ventaja es que
el término de la izquierda solo es evaluado una vez
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J.B. Hayet
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Operadores
Operadores de incrementación
Incrementan/decrementan el valor de enteros. Pueden ser pre-fijos o
post-fijos
int a = 3 , b , c ;
b = ++a ;
/∗ a y b v a l e n 4 ∗/
c = b++;
/∗ c v a l e 4 y b v a l e 5 ∗
útiles en estructuras de tipo loop.
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Operadores
Operador condicional ?
Es un operador con tres operandos (el único del lenguaje!!)
c o n d i c i ó n ? haz1 : haz2 ;
Si la condición se cumple ’haz1’, si no ’haz2’.
m = (( a > b) ? a : b );
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Operadores
Operador de cast
Para convertir objetos de un tipo a otro se usa el operador de cast,
que se usa :
type1 b = . . . ;
type2 a = ( type2 ) b ;
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Operadores
Operador de cast
El cast puede ser necesario para realizar unas operaciones que
tendrı́an otro sentido sin el cast:
i n t i =1, j =2;
double medio = ( double ) i / j ;
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J.B. Hayet
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Operadores
Cast automático
Operadores pueden estar aplicados con operandos de diferentes
tipos: las variables de tipo mas pequeño están convertidas al tipo
mas grande entre los operandos. En caso de la afectación, el valor
de la derecha está convertido en el tipo del operando de la izquierda.
int i = 8;
int j ;
float x = 12.3;
double y ;
y = i ∗ x;
j = i ∗ x;
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J.B. Hayet
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Operadores
Cast automático
Reglas:
1
Entre dos enteros : char y short están convertidos en int; luego,
la computadora elige el tipo mas largo.
int ,
2
3
unsigned i n t ,
long ,
unsigned long
Entre un entero y un flotante, se convierte el entero en el tipo
flotante.
Entre dos flotantes, se convierte el operando menos largo en el
tipo mas largo :
float ,
double ,
long double
Cuidado a los overflows.
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Operadores
Cast automático
Efectos de borde al uso de datos heterogeneos
unsigned long a = 2 3 ;
s i g n e d char b = −23;
p r i n t f ( ” a %c b\n” , a<b ? ’< ’ : ( a==b ? ’= ’ : ’> ’ ) ) ;
(cf. Gandhi)
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Operadores
Operador de dirección
Dirección memoria de un objeto con el operador & :
type1 b = . . . ;
t y p e 1 ∗ a = &b ;
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Operadores
Prioridades entre operadores
Prioridad
Operadores
1 (la mas fuerte )
()
2
! ++ −−
3
∗ / %
4
+ −
5
< <= > >=
6
== ! =
7
&&
8
||
9 (la menos fuerte) = + = − = ∗ = / = % =
Con operadores de misma prioridad, evaluación de la izquierda a la
derecha.
Si dudas, usar paréntesis !
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Operadores
Prioridades entre operadores
Ejemplo
i n t a =2;
i n t b =2;
p r i n t f ( ”%d” ,!−−a==!b ) ;
Para mejor lisibilidad, usar paréntesis.
Ejemplo
X ∗= Y + 1 ;
X ∗= Y + 1 ;
<=>
no e q u i v a l e a
X = X ∗ (Y + 1 ) ;
X = X ∗ Y + 1;
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Outline
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C : overview
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Operadores
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if. . . then. . . else. . .
Evaluación condicional
i f ( expresion1 )
instruccionbloque1
else i f ( expresion2 )
instruccionbloque2
...
else i f ( expresionn )
instruccionbloquen
else
instruccionbloquedefault
P.D. : Un bloque con mas de una instrucción tiene que estar
rodeado de {}
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switch
¿Cuánto vale b al final ?
i n t a =1;
int b ;
switch ( a ) {
case 1 :
b =5;
case 2 :
b =9;
default :
b=3
break ;
}
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switch
switch ( e x p r e s i o n ) {
case v a l o r 1 :
instruccionbloque1
break ;
case v a l o r 2 :
instruccionbloque2
break ;
...
case v a l o r n :
instruccionbloquen
break ;
default :
instruccionbloquedefault
break ;
}
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while
i = 2;
while ( i < 5) {
p r i n t f ( ”\n i = %d” , i ++);
}
No entra en la evaluación si la condición no es OK.
i = 2;
do {
p r i n t f ( ”\n i = %d” , i ++);
} while ( i < 5 ) ;
Entra en la evaluación y no sigue el ciclo si la condición no está
respetada.
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for
Instrucción(es) de principio - Condición(es) de terminación Instrucción(es) de incremento
f o r ( i = 0 ; i < 5 ; i ++)
p r i n t f ( ”\n i = %d” , i ) ;
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break/continue
Al interior de ciclos, permite salir de estos.
i = 2;
do {
p r i n t f ( ”\n i = %d” , i ++);
i f ( i ==6)
break ;
} while ( i < 100);
Al interior de ciclos, permite saltar al próximo ciclo.
f o r ( i = 0 ; i < 5 ; i ++)
i f ( i %2==1)
c o nt i n ue ;
p r i n t f ( ”\n i = %d” , i ) ;
}
,
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