Manera correcta de asignar cadenas y manipular arrays en C, Apuntes de Ciencias Aplicadas a la Actividad Profesiona

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Autor: Salvador Pozo Coronado e-mail: [email protected]

Trascripción del curso alojado en la página: http://c.conclase.net

TABLA DE CONTENIDO

Notas previas

Finalmente me he decidido a escribir un curso de C++ en una página web. Probablemente estoy pecando de presuntuoso, y me esté metiendo en camisa de once varas. Pero, algunas veces hay que ser valiente.

El curso no está muy lejos de estar terminado, y no pretende más que animar a los nuevos y futuros programadores autodidactas a incorporarse a esta gran y potente herramienta que es el C++.

La idea es ir añadiendo los nuevos capítulos a medida que los vaya escribiendo, dejando un margen de tiempo para incorporar las correcciones necesarias y las modificaciones que propongan los valientes que estén dispuestos a seguir el curso. Este margen de tiempo me permitirá además escribir los nuevos capítulos con la calma necesaria para que queden claros, y para que no me despidan de mi trabajo, ;-).

No pretendo ser original, (al menos no demasiado), consultaré libros, tutoriales, revistas, listas de correo, news, páginas web... En fin, aprovecharé cualquier fuente de datos que pueda, con el fin de conseguir un buen nivel. Lo que sí pretendo es ser ameno, no quiero que nadie se aburra leyendo el curso, y procuraré que los ejemplos sean divertidos.

Pretendo también (y me gustaría muchísimo), que el curso sea interactivo, propondré problemas, cuya resolución pasará a ser parte del curso. Además se añadirán las preguntas que vaya recibiendo, así como sus respuestas. Y en la lista de correo podremos discutir sobre los temas del curso entre todos aquellos que lo sigan.

He intentado que los ejemplos que ilustran cada capítulo corran en cualquier versión de compilador, sin embargo, he de decir que yo he usado el compilador Dev-C++ de Bloodshed en modo consola. Este compilador, está pensado para hacer programas en Windows.

Aprovecho para aclarar que los programas de Windows tienen dos modos de cara al usuario:

• El modo consola simula el funcionamiento de una ventana MS-DOS, trabaja en modo de texto, es decir, la ventana es una especie de tabla en la que cada casilla sólo puede contener un carácter. El modo consola de Windows no permite usar gráficos de alta resolución. Pero esto no es una gran pérdida, pues como veremos, ni C ni C++ incluyen manejo de gráficos de alta resolución. Esto se hace mediante librerías externas no estándar.
• El otro modo es el GUI, Interfaz Gráfico de Usuario. Es el modo tradicional de los programas de Windows, con ventanas, menús, iconos, etc. La creación de éste tipo de programas se explica en otro curso de este mismo sitio, y requiere el conocimiento de la librería de funciones Win API32.

Para aquellos de vosotros que programéis en otros entornos como Linux, Unix o Mac, he de decir que no os servirá el compilador Dev-C++, ya que está diseñado especialmente para Windows. Pero esto no es un problema serio, todos los sistemas

operativos disponen de compiladores de C++ que soportan la norma ANSI, sólo menciono Dev-C++ y Windows porque es el entorno en el que yo, me muevo actualmente.

Además intentaré no salirme del ANSI, es decir del C++ estándar, así que no es probable que surjan problemas con los compiladores.

De nuevo aprovecho para hacer una aclaración. Resumidamente, el ANSI define un conjunto de reglas. Cualquier compilador de C o de C++ debe cumplir esas reglas, si no, no puede considerarse un compilador de C o C++. Estas reglas definen las características de un compilador en cuanto a palabras reservadas del lenguaje, comportamiento de los elementos que lo componen, funciones externas que se incluyen, etc. Un programa escrito en ANSI C o en ANSI C++, podrá compilarse con cualquier compilador que cumpla la norma ANSI. Se puede considerar como una homologación o etiqueta de calidad de un compilador.

Todos los compiladores incluyen, además del ANSI, ciertas características no ANSI, por ejemplo librerías para gráficos. Pero mientras no usemos ninguna de esas características, sabremos que nuestros programas son transportables, es decir, que podrán ejecutarse en cualquier ordenador y con cualquier sistema operativo.

Este curso es sobre C++, con respecto a las diferencias entre C y C++, habría mucho que hablar, pero no es este el momento adecuado. Si sientes curiosidad, consulta la sección de preguntas frecuentes. Pero para comprender muchas de estas diferencias necesitarás cierto nivel de conocimientos de C++.

Los programas de ejemplo que aparecen en el texto están escritos con la fuente courier y en color azul con el fin de mantener las tabulaciones y distinguirlos del resto del texto. Cuando sean largos se incluirá también un fichero con el programa, que se podrá descargar directamente.

Cuando se exponga la sintaxis de cada sentencia se adoptarán ciertas reglas, que por lo que sé son de uso general en todas la publicaciones y ficheros de ayuda. Los valores entre corchetes "[]" son opcionales, con una excepción: cuando aparezcan en negrita " [] ", en ese caso indicarán que se deben escribir los corchetes. El separador "|" delimita las distintas opciones que pueden elegirse. Los valores entre "<>" se refieren a nombres. Los textos sin delimitadores son de aparición obligatoria.

Proceso para la obtención de un programa ejecutable

Probablemente éste es el lugar más adecuado para explicar cómo se obtiene un fichero ejecutable a partir de un programa C++.

Para empezar necesitamos un poco de vocabulario técnico. Veremos algunos conceptos que se manejan frecuentemente en cualquier curso de programación y sobre todo en manuales de C y C++.

Fichero fuente y programa o código fuente:

2. Muy a menudo, nuestros programas estarán compuestos por varios ficheros fuente, y de cada uno de ellos se obtendrá un fichero objeto. Es necesario unir todos los ficheros objeto, más las librerías en un único fichero ejecutable.
3. Hay que dar ciertas instrucciones al ordenador para que cargue en memoria el programa y los datos, y para que organice la memoria de modo que se disponga de una pila de tamaño adecuado, etc. La pila es una zona de memoria que se usa para que el programa intercambie datos con otros programas o con otras partes del propio programa. Veremos esto con más detalle durante el curso.

Existe un programa que hace todas estas cosas, se trata del "link", o enlazador. El enlazador toma todos los ficheros objeto que componen nuestro programa, los combina con los ficheros de librería que sea necesario y crea un fichero ejecutable.

Una vez terminada la fase de enlazado, ya podremos ejecutar nuestro programa.

Errores:

Por supuesto, somos humanos, y por lo tanto nos equivocamos. Los errores de programación pueden clasificarse en varios tipos, dependiendo de la fase en que se presenten.

Errores de sintaxis: son errores en el programa fuente. Pueden deberse a palabras reservadas mal escritas, expresiones erróneas o incompletas, variables que no existen, etc. Los errores de sintaxis se detectan en la fase de compilación. El compilador, además de generar el código objeto, nos dará una lista de errores de sintaxis. De hecho nos dará sólo una cosa o la otra, ya que si hay errores no es posible generar un código objeto.

Avisos: además de errores, el compilador puede dar también avisos (warnings). Los avisos son errores, pero no lo suficientemente graves como para impedir la generación del código objeto. No obstante, es importante corregir estos avisos, ya que el compilador tiene que decidir entre varias opciones, y sus decisiones no tienen por qué coincidir con lo que nosotros pretendemos, se basan en las directivas que los creadores del compilador decidieron durante su creación.

Errores de enlazado: el programa enlazador también puede encontrar errores. Normalmente se refieren a funciones que no están definidas en ninguno de los ficheros objetos ni en las librerías. Puede que hayamos olvidado incluir alguna librería, o algún fichero objeto, o puede que hayamos olvidado definir alguna función o variable, o lo hayamos hecho mal.

Errores de ejecución: incluso después de obtener un fichero ejecutable, es posible que se produzcan errores. En el caso de los errores de ejecución normalmente no obtendremos mensajes de error, sino que simplemente el programa terminará bruscamente. Estos errores son más difíciles de detectar y corregir. Existen programas auxiliares para buscar estos errores, son los llamados depuradores (debuggers). Estos programas permiten detener la ejecución de nuestros programas, inspeccionar variables y ejecutar nuestro programa paso a paso. Esto resulta útil para detectar excepciones, errores sutiles, y fallos que se presentan dependiendo de circunstancias distintas.

Errores de diseño: finalmente los errores más difíciles de corregir y prevenir. Si nos hemos equivocado al diseñar nuestro algoritmo, no habrá ningún programa que nos pueda ayudar a corregir los nuestros. Contra estos errores sólo cabe practicar y pensar.

Propósito de C y C++

¿Qué clase de programas y aplicaciones se pueden crear usando C y C++?

La respuesta es muy sencilla: TODOS.

Tanto C como C++ son lenguajes de programación de propósito general. Todo puede programarse con ellos, desde sistemas operativos y compiladores hasta aplicaciones de bases de datos y procesadores de texto, pasando por juegos, aplicaciones a medida, etc.

Oirás y leerás mucho sobre éste tema. Sobre todo diciendo que estos lenguajes son complicados y que requieren páginas y páginas de código para hacer cosas que con otros lenguajes se hacen con pocas líneas. Esto es una verdad a medias. Es cierto que un listado completo de un programa en C o C++ para gestión de bases de datos (por poner un ejemplo) puede requerir varios miles de líneas de código, y que su equivalente en Visual Basic sólo requiere unos pocos cientos. Pero detrás de cada línea de estos compiladores de alto nivel hay cientos de líneas de código en C, la mayor parte de estos compiladores están respaldados por enormes librerías escritas en C. Nada te impide a ti, como programador, usar librerías, e incluso crear las tuyas propias.

Una de las propiedades de C y C++ es la reutilización del código en forma de librerías de usuario. Después de un tiempo trabajando, todos los programadores desarrollan sus propias librerías para aquellas cosas que hacen frecuentemente. Y además, raramente piensan en ello, se limitan a usarlas.

Además, los programas escritos en C o C++ tienen otras ventajas sobre el resto. Con la excepción del ensamblador, generan los programas más compactos y rápidos. El código es transportable, es decir, un programa ANSI en C o C++ podrá ejecutarse en cualquier máquina y bajo cualquier sistema operativo. Y si es necesario, proporcionan un acceso a bajo nivel de hardware sólo igualado por el ensamblador.

Otra ventaja importante, C tiene más de 30 años de vida, y C++ casi 20 y no parece que su uso se debilite demasiado. No se trata de un lenguaje de moda, y probablemente a ambos les quede aún mucha vida por delante. Sólo hay que pensar que sistemas operativos como Linux, Unix o incluso Windows se escriben casi por completo en C.

Por último, existen varios compiladores de C y C++ gratuitos, o bajo la norma GNU, así como cientos de librerías de todo propósito y miles de programadores en todo el mundo, muchos de ellos dispuestos a compartir su experiencia y conocimientos.

Esta es nuestra primera sentencia, todas las sentencias terminan con un punto y coma. Esta concretamente es una declaración de variable. Una declaración nos dice, a nosotros y al compilador, que usaremos una variable "numero" de tipo entero. Esta declaración obliga al compilador a reservar un espacio de memoria para almacenar la variable "numero", pero no le da ningún valor inicial. En general contendrá "basura", es decir, lo que hubiera en esa zona de memoria cuando se le reservó espacio. En C y C++ es obligatorio declarar las variables que usará el programa.

C y C++ distinguen entre mayúsculas y minúsculas, así que "int numero;" es distinto de "int NUMERO;", y también de "INT numero;".

• Cuarta línea: ""

Una línea vacía, no sirve para nada, al menos desde el punto de vista del compilador, pero sirve para separar visualmente la parte de declaración de variables de la parte de código que va a continuación. Se trata de una división arbitraria. Desde el punto de vista del compilador, tanto las declaraciones de variables como el código son sentencias válidas. La separación nos ayudará a distinguir visualmente dónde termina la declaración de variables. Una labor análoga la desempeña el tabulado de las líneas: ayuda a hacer los programas más fáciles de leer.

• Quinta línea: "numero = 2 + 2;"

Se trata de otra sentencia, ya que acaba con punto y coma. Esta es una sentencia de asignación. Le asigna a la variable "numero" el valor resultante de la operación "2 + 2".

• Sexta línea: "return 0;"

De nuevo una sentencia, "return" es una palabra reservada, propia de C y C++. Indica al programa que debe abandonar la ejecución de la función y continuar a partir del punto en que se la llamó. El 0 es el valor de retorno de nuestra función. Cuando "main" retorna con 0 indica que todo ha ido bien. Un valor distinto suele indicar un error. Imagina que nuestro programa es llamado desde un fichero de comandos, un fichero "bat" o un "script". El valor de retorno de nuestro programa se puede usar para tomar decisiones dentro de ese fichero. Pero somos nosotros, los programadores, los que decidiremos el significado de los valores de retorno.

• Séptima línea: "}"

Esta es la llave que cierra el cuerpo o definición de la función.

Lo malo de este programa, a pesar de sumar correctamente "2+2", es que aparentemente no hace nada. No acepta datos externos y no proporciona ninguna salida de ningún tipo. En realidad es absolutamente inútil, salvo para fines didácticos, que es para lo que fue creado. Paciencia, iremos poco a poco. En los siguientes capítulos veremos tres conceptos básicos: variables, funciones y operadores. Después estaremos en disposición de empezar a trabajar con ejemplos más interactivos.

CAPITULO 2 Tipos de variables I

Una variable es un espacio reservado en el ordenador para contener valores que pueden cambiar durante la ejecución de un programa. Los tipos determinan cómo se manipulará la información contenida en esas variables. No olvides, si es que ya lo sabías, que la información en el interior de la memoria del ordenador es siempre binaria, al menos a un cierto nivel. El modo en que se interpreta la información almacenda en la memoria de un ordenador es siempre arbitraria, es decir, el mismo valor puede usarse para codificar una letra, un número, una instrucción de programa, etc. El tipo nos dice a nosotros y al compilador cómo debe interpretarse y manipularse la información binaria almacenada en la memoria de un ordenador.

De momento sólo veremos los tipos fundamentales, que son: void, char, int, float y double, en C++ se incluye también el tipo bool. También existen ciertos modificadores, que permiten ajustar ligeramente ciertas propiedades de cada tipo; los modificadores puede ser: short, long, signed y unsigned o combinaciones de ellos. También veremos en este capítulo los tipos enumerados, enum.

Tipos fundamentales

En C sólo existen cinco tipos fundamentales y los tipos enumerados, C++ añade un septimo tipo, el bool, y el resto de los tipos son derivados de ellos. Los veremos uno por uno, y veremos cómo les afectan cada uno de los modificadores.

La definiciones de sintaxis de C++ se escribirán usando el color verde. Los valores entre [] son opcionales, los valores separados con | indican que sólo debe escogerse uno de los valores. Los valores entre <> indican que debe escribirse obligatoriamente un texto que se usará como el concepto que se escribe en su interior.

[signed|unsigned] char significa que se puede usar signed o unsigned, o ninguna de las dos, ya que ambas están entre []. Además debe escribirse un texto, que debe ser una única palabra que actuará como identificador o nombre de la variable. Este identificador lo usaremos para referirnos a la variable durante el programa. Serán válidos estos ejemplos:

signed char Cuenta unsigned char letras char caracter

Tipo "char" o carácter:

[signed|unsigned] char

Es el tipo básico alfanumérico, es decir que puede contener una carácter, un dígito numérico o un signo de puntuación. Desde el punto de vista del ordenador, todos esos valores son caracteres. En C y C++ éste tipo siempre contiene un único carácter del código ASCII. El tamaño de memoria es de 1 byte u octeto. Hay que notar que en C un carácter es tratado en todo como un número , de hecho puede ser declarado con y sin signo. Y si no se especifica el modificador de signo, se asume que es con signo.

bool

Las variables de este tipo sólo pueden tomar dos valores "true" o "false". Sirven para evaluar expresiones lógicas. Este tipo de variables se puede usar para almacenar respuestas, por ejemplo: ¿Posees carné de conducir?. O para almacenar informaciones que sólo pueden tomar dos valores, por ejemplo: qué mano usas para escribir. En estos casos debemos acuñar una regla, en este ejemplo, podría ser diestro->"true", zurdo->"false".

Tipo "double" o coma flotante de doble precisión:

[long] double

Las variables de este tipo almacenan números en formato de coma flotante, mantisa y exponente, al igual que float, pero usan mayor precisión. Son aptos para variables de tipo real. Usaremos estas variables cuando trabajemos con números grandes, pero también necesitemos gran precisión. Lo siento, pero no se me ocurre ahora ningún ejemplo.

Bueno, también me han preguntado por qué no usar siempre double o long double y olvidarnos de float. La respuesta es que C siempre ha estado orientado a la economía de recursos, tanto en cuanto al uso de memoria como al uso de procesador. Si tu problema no requiere la precisión de un double o long double, ¿por que derrochar recursos?. Por ejemplo, en el compilador Dev-C++ float requiere 4 bytes, double 8 y long double 12, por lo tanto, para manejar un número en formato de long double se requiere el triple de memoria y el triple o más tiempo de procesador que para manejar un float.

Como programadores estamos en la obligación de no desperdiciar nuestros recursos, y mucho más los recursos de nuestros clientes, para los que haremos nuestros programas. C y C++ nos dan un gran control sobre estas características, es nuestra responsabilidad aprender a usarlos como es debido.

Tipo "void" o sin tipo:

void

Es un tipo especial que indica la ausencia de tipo. Se usa en funciones que no devuelven ningún valor, también en funciones que no requieren parámetros, aunque este uso sólo es obligatorio en C, y opcional en C++, también se usará en la declaración de punteros genéricos, lo veremos más adelante.

Las funciones que no devuelven valores parecen una contradicción. En lenguajes como Pascal, estas funciones se llaman procedimientos. Simplemente hacen su trabajo, y no revuelven valores. Por ejemplo, funciones como borrar la pantalla, no tienen nada que devolver, hacen su trabajo y regresan. Lo mismo se aplica a funciones sin parámetros de entrada, el mismo ejemplo de la función para borrar la pantalla, no requiere ninguna entrada para poder hacer su cometido.

Tipo "enum" o enumerado:

enum [] { [= ], ...} [lista de variables];

Se trata de una sintaxis muy elaborada, pero no te asustes, cuando te acostumbres a ver éste tipo de cosas las comprenderás mejor.

Este tipo nos permite definir conjuntos de constantes, normalmente de tipo int, llamados datos de tipo enumerado. Las variables declaradas de este tipo sólo podrán tomar valores entre los definidos.

El identificador de tipo es opcional, y nos permitirá declarar más variables del tipo enumerado en otras partes del programa:

[enum] [,[...]];

La lista de variables también es opcional. Sin embargo, al menos uno de los dos componentes opcionales debe aparecer en la definición del tipo enumerado.

Varios identificadores pueden tomar el mismo valor, pero cada identificador sólo puede usarse en un tipo enumerado. Por ejemplo:

enum tipohoras { una=1, dos, tres, cuatro, cinco, seis, siete, ocho, nueve, diez, once, doce, trece=1, catorce, quince, dieciseis, diecisiete, dieciocho, diecinueve, veinte, ventiuna, ventidos, ventitres, venticuatro = 0};

En este caso, una y trece valen 1, dos y catorce valen 2, etc. Y veinticuatro vale 0. Como se ve en el ejemplo, una vez se asigna un valor a un elemento de la lista, los siguientes toman valores correlativos. Si no se asigna ningún valor, el primer elemento tomará el valor 0.

Los nombres de las constantes pueden utilizarse en el programa, pero no pueden ser leídos ni escritos. Por ejemplo, si el programa en un momento determinado nos pregunta la hora, no podremos responder doce y esperar que se almacene su valor correspondiente. Del mismo modo, si tenemos una variable enumerada con el valor doce y la mostramos por pantalla, se mostrará 12, no doce. Deben considerarse como "etiquetas" que sustituyen a enteros, y que hacen más comprensibles los programas. Insisto en que internamente, para el compilador, sólo son enteros, en el rango de valores válidos definidos en cada enum.

Palabras reservadas usadas en este capítulo

Las palabras reservadas son palabras propias del lenguaje de programación. Están reservadas en el sentido de que no podemos usarlas como identificadores de variables o de funciones.

char, int, float, double, bool, void, enum, unsigned, signed, long, short, true y false.

Una función muy especial es la función "main". Se trata de la función de entrada, y debe existir siempre, será la que tome el control cuando se ejecute un programa en C. Los programas Windows usan la función WinMain() como función de entrada, pero esto se explica en otro lugar.

Existen reglas para el uso de los valores de retorno y de los parámetros de la función "main", pero de momento la usaremos como "int main()" o "int main(void)", con un entero como valor de retorno y sin parámetros de entrada. El valor de retorno indicará si el programa ha terminado sin novedad ni errores retornando cero, cualquier otro valor de retorno indicará un código de error.

En C++ es obligatorio usar prototipos. Un prototipo es una declaración de una función. Consiste en una definición de la función sin cuerpo y terminado con un ";". La estructura de un prototipo es:

func(<lista de declaración de parámetros>);

Por ejemplo:

int Mayor(int a, int b);

Sirve para indicar al compilador los tipos de retorno y los de los parámetros de una función, de modo que compruebe si son del tipo correcto cada vez que se use esta función dentro del programa, o para hacer las conversiones de tipo cuando sea necesario. Los nombres de los parámetros son opcionales, y se incluyen como documentación y ayuda en la interpretación y comprensión del programa. El ejemplo de prototipo anterior sería igualmente válido y se podría poner como:

int Mayor(int,int);

Esto sólo indica que en algún lugar del programa se definirá una función "Mayor" que admite dos parámetros de tipo "int" y que devolverá un valor de tipo "int". No es necesario escribir nombres para los parámetros, ya que el prototipo no los usa. En otro lugar del programa habrá una definición completa de la función.

Normalmente, las funciones se declaran como prototipos dentro del programa, o se incluyen estos prototipos desde un fichero externo, (usando la directiva "#include", ver en el siguiente capítulo el operador de preprocesador.)

Ya lo hemos dicho más arriba, pero las funciones son "extern" por defecto. Esto quiere decir que son accesibles desde cualquier punto del programa, aunque se encuentren en otros ficheros fuente del mismo programa. En contraposición las funciones declaradas "static" sólo son accesibles dentro del fichero fuente donde se definen.

La definición de la función se hace más adelante o más abajo, según se mire. Lo habitual es hacerlo después de la función "main".

La estructura de un programa en C o C++ quedaría así:

[directivas del pre-procesador: includes y defines]

[declaración de variables globales] [prototipos de funciones] función main [definiciones de funciones]

Una definición de la función "Mayor" podría ser la siguiente:

int Mayor(int a, int b) { if(a > b) return a; else return b; }

Los programas complejos se escriben normalmente usando varios ficheros fuente. Estos ficheros se compilan separadamente y se enlazan juntos. Esto es una gran ventaja durante el desarrollo y depuración de grandes programas, ya que las modificaciones en un fichero fuente sólo nos obligarán a compilar ese fichero fuente, y no el resto, con el consiguiente ahorro de tiempo.

La definición de las funciones puede hacerse dentro de los ficheros fuente o enlazarse desde librerías precompiladas. La diferencia entre una declaración y una definición es que la definición posee un cuerpo de función.

En C++ es obligatorio el uso funciones prototipo, y aunque en C no lo es, resulta altamente recomendable.

Palabras reservadas usadas en este capítulo

extern y static.