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Los lenguajes de programación nos van a permitir escribir programas, es decir, escribir algoritmos en un lenguaje capaz de ser procesado por un computador.
Los lenguajes de programación son lenguajes y, por lo tanto, constan de un léxico, una sintaxis y una semántica.
El léxico es el conjunto de palabras que forman el lenguaje (en C++, por ejemplo, tenemos if, else, +, -, 2, 7.89, etc). La sintaxis es el conjunto de reglas que nos indican como construir frases (C++: if (i>0) { i--;}). La semántica es lo que dota de significado a cada una de esas frases.
Podemos clasificar los lenguajes de programación de diferentes maneras.
En función de su proximidad a la computadora, su arquitectura, o al programador, tenemos lenguajes de bajo nivel y lenguajes de alto nivel.
Los lenguajes de bajo nivel son muy cercanos a la arquitectura del computador (su juego de instrucciones) lo que los hace muy difíciles de programar a la vez que poco portables. Dos ejemplos son el lenguaje máquina (es en binario) y el ensamblador (se utilizan mnemotécnicos en lugar de secuencias de ceros y unos).
Los lenguajes de alto nivel son independientes de la arquitectura (basados en máquinas abstractas) y son mucho más próximos (en cuanto a léxico, sintaxis y semántica) a las personas. Todo esto los hace mas sencillos, flexibles y potentes. Sin embargo, como el computador no los entiende directamente, necesitamos de un traductor (interprete o compilador).
En función del paradigma, la filosofía que hay detrás, tenemos lenguajes de programación procedurales y lenguajes de programación declarativos. En los primeros se describe la secuencia de pasos para resolver el problema (COMO) mientras que en los segundos simplemente se describen los mismos (QUE). Para los primeros tenemos lenguajes imperativos (prima el procedimiento) y lenguajes orientados a objetos (prima el dato). Para los segundos tenemos los funcionales (funciones matemáticas) y los lógicos (predicados lógicos).
Finalmente, en función de si se traducen todas las sentencias de golpe para su posterior ejecución, compilados, o si se va traduciendo y ejecutando instrucción a instrucción, interpretados.
¿Qué elementos forman el léxico de un lenguaje? En primer lugar, las palabras reservadas: tienen un significado especial dentro del lenguaje, son sus instrucciones más básicas, y no se pueden utilizar para nada mas (listas para C#, C++ y Java). En segundo lugar, los símbolos, que pueden ser operadores (C++: =, +, -, …), delimitadores (C++: [, ], (, ), {,…), comentarios (C++: /* */, //) o directivas de preprocesado, que son ordenes especiales para el compilador (C++: #). En tercer lugar, los identificadores, que nos permiten dar nombres a constantes, variables y procedimientos (en C++ aparecen caracteres alfanuméricos, es decir, letras y números junto con el símbolo _. Han de empezar por una letra o por _ y se distinguen las mayúsculas de las minúsculas). Finalmente, tenemos los valores constantes: numéricos (3.56), carácter ('b') o cadena ("hola").
Las variables son «cajas» donde vamos a poder almacenar datos. El tipo de dato que almacenan va a ser fijo, pero el valor puede ser «variable», de aquí su nombre. Estas cajas se corresponden con zonas de memoria accesibles mediante nombre. Se identifican con un nombre y tienen cuatro atributos: su tipo, su valor, su ámbito y su tiempo de vida. Con ella podemos consultar (indirección) su valor o modificarlo (asingación). En la mayoria de lenguajes se tienen que declarar (se fija el tipo y el nombre) antes de utilizarlas (C++: float a, b=1.2, c;).
Las constantes, a diferencia de las variables, almacenan un valor de un tipo que ya no se podrá modificar (C++: const double PI = 3.141592;). Ayudan a la legibilidad del programa, a su mantenimiento…
Vamos a hablar de programación en lenguajes de alto nivel.
Para empezar, repasamos los conceptos de algoritmo y de programa.
Un algoritmo es una secuencia de pasos a seguir para resolver un problema. Es un concepto previo a la programación (algoritmo de multiplicación, algoritmo de Euclides, etc.). La secuencia tiene que ser finita, y el tiempo de ejecución (y por lo tanto, cada uno de los pasos) también. Generará una o más resultados (salidas) y necesitará ninguno o más datos (entradas) para poder generar los primeros.
Un programa es la traducción de un algoritmo a un lenguaje de programación, es decir, a un lenguaje que un ordenador «entiende».
Por ejemplo, en el caso del algoritmo de Euclides, que calcula el MCD de dos números A y B, utilizamos las propiedad 1) MCD(D,d) = MCD(d,r), donde D es el Dividendo, d es el divisor y r es el resto de la división entera entre D y d. Y que, si r=0 entonces MCD(d,r)=d. Con esto, un posible algoritmo sería:
Datos de entrada: dos enteros A y B
Datos de salida: el MCD
1.- Calcular el resto r de dividir A entre B
2.- Si la r es 0, el MCD es B y acabamos
3.- Colocamos el valor de B en A y el de r en B
4.- Volvemos a 1
Fijémonos que, la primera vez que se ejecuta el paso 1, en el caso de que B fuera mayor que A, el calculo de la división entera hace el swap entre las dos variables.
Ya veremos mas adelante que evitaremos sentencias del tipo 4 (equivalentes al GOTO) simplemente utilizando un bucle.
Con respecto a las fases de creación de programas, hemos visto el modelo en cascada, utilizado en ingeniería del software. La fase de análisis contesta a la pregunta de que debe hacer mi programa, la de diseño a como debo hacerlo (describir el algoritmo) y la implementación no es mas que la traducción de nuestro algoritmo a un programa. La fase de validación consiste en eliminar errores (que pueden ser léxicos, sintácticos o semánticos y que nos harán volver a alguna de las fases anteriores).
Para terminar, y con respecto a la representación de algoritmos (necesaria en el diseño de los mismos) utilizaremos pseudocódigo, aunque también podríamos hacerlo mediante el uso de diagramas de flujo u organigramas. Al final necesitamos una representación (textual o gráfica) de las estructuras secuencial, alternativa e iterativa junto con las operaciones de entrada/salida de los datos.
Un ordenador o computador es una máquina (electrónica) de propósito general: sirve para muchas cosas en función del programa que ejecute. Ordenador viene de ordenar, y computador viene de computar. Básicamente, lo que queremos es resolver problemas.
Un algoritmo es una secuencia ordenada de pasos. La idea existe de mucho antes que los ordenadores: algoritmo de Euclides (como calcular el MCD de dos números, propuesto a.C.), la formula de la ecuación de segundo grado es un algoritmo. Pero una receta de cocina también es un algoritmo.
Un programa es la codificación de un algoritmo de manera que pueda ser llevado a cabo por un ordenador. Se debe escribir en un lenguaje que un ordenador entienda. Los lenguajes de programación son «idiomas» que entiende un ordenador. Como cualquier otro lenguaje, tienen un léxico (palabras del lenguaje), tienen una sintaxis (reglas para construir frases) y poseen una semántica.
Todos los ordenadores actuales están basados en la máquina de Von Neumann: Hay una Unidad Central de Proceso (CPU), una Memória (M) y unos dispositivos de Entrada/Salida (E/S) todos interconectados mediante un Bus. Todo esto forma el hardware (la parte tangible) del ordenador. Pero hay toda una parte no tangible, el software, necesaria para el funcionamiento de mismo: los programas de los que hablábamos.
La CPU es el «cerebro» del computador, o sea, es la que sabe hacer las cosas. Por una parte, sabe hacer cálculos (aritméticos, como sumas, restas, … y lógicos, como and, or, not, etc.), mediante la Unidad Aritmetico-Lógica (ALU), que forma parte de la Unidad de Proceso (PU). Por otra, es la que marca el ciclo de ejecución de las instrucciones, conteniendo la Unidad de Control (CU).
En la memoria es donde se almacena la información. La información fundamental que se guardan son los programas. Pero además, estos programas necesitan datos. Toda esta información está codificada.
Los dispositivos de E/S nos permiten hacer del computador un sistema abierto, ya que nos permite, por una parte, introducir nueva información al sistema, mediante los dispositivos de entrada (un teclado, un ratón, …), y por otra, que el sistema nos pueda hacer llegar la información procesada, mediante los dispositivos de salida (pantalla, …).
El bus permite el flujo de información entre los diferentes componentes.
Con respecto al software, tenemos de dos tipos: software de sistema, necesario para el funcionamiento del mismo: programa de arranque, el sistema operativo, compiladores, depuradores, herramientas de mantenimiento y diagnostico; software de usuario, cualquier programa/aplicación útil para resolver un problema determinado: editor de textos, gestor de bases de datos, navegador, hoja de calculo, herramientas CAD/CAM, etc.
Las entradas con este título corresponden a un pequeño resumen de las ideas mas importantes explicadas en esta asignatura que imparto este cuatrimestre. La fecha de la entrada corresponde con el día de la explicación.
Este primer día, lo único que he hecho es poner cada uno de los temas en contexto, tratando de ver el porque de estudiar cada uno de ellos.
1. Introducción. Se introducen los conceptos básicos: ordenador, algoritmo, programa, lenguajes de programación, arquitectura de Von Neumann, hardware, software (de sistema, de aplicación), sistema operativo. También un poco de historia de los ordenadores y tipos de estos.
2. Programación en lenguajes de alto nivel. Se presentan los diferentes paradigmas de programación: imperativa y declarativa. Se ve como analizar, diseñar e implementar algoritmos. Introducir los tipos simples de datos.
3. Programación estructurada. El teorema de la programación estructurada, que nos dice que cualquier programa con sentencias GOTO se puede reescribir prescindiendo de estas y utilizando únicamente las estructuras secuencial, alternativa e iterativa.
4. Programación modular. Se define lo que es un modulo y se presentan los subprogramas: funciones y procedimientos. Se introduce la recursividad.
5. Tipos de datos estructurados. Que son los arreglos (conjuntos de datos homogéneos agrupados bajo un mismo nombre. En función de la dimensión o del tipo de dato tenemos vectores, matrices, cadenas…) y las tuplas o registros (conjunto de datos heterogéneo).
6. Ficheros. Hasta ahora todo esta en memoria física. Esta se pierde al apagar el ordenado. Necesitamos almacenar la información en disco. Es aquí donde entra el concepto de fichero. Se explican los distintos tipos de ficheros y como trabajar con ellos.
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