Post on 11-Apr-2015
Curso de Programación Estructurada
Parte I
Dr. Ana Lilia Laureano-Crucese-mail: clc@correo.azc.uam.mx
Departamento de Sistemas
UAM, Unidad Azcapotzalco
Objetivos (I)
• Ubicar la importancia de la programación en la ingeniería del software
• Explicar el proceso de construcción de un programa • Diseñar algoritmos para resolver problemas simples• Diseñar y construir programas modulares bajo el enfoque
de la programación estructurada utilizando eficazmente y eficientemente un entorno de desarrollo convencional
Que al final del curso el estudiante sea capaz de:
Objetivos (II)
• Explicar y aplicar algoritmos iterativos de búsqueda y ordenamiento
• Conocer el papel de las etapas de análisis, diseño y programación en el desarrollo estructurado del software
Contenido Sintético
Resolución de problemas y los
algoritmos
De los algoritmos a los programas
Constructores fundamentales de la programación
estructurada
Fundamentos del diseño modular
Algoritmos iterativos de búsqueda y
ordenamiento
Archivos
Introducción a los tipos de datos
abstractos
Introducción al análisis y diseño estructurado del
software
Resolución de problemas y los algoritmos
• Concepto de algoritmo• Propiedades de un algoritmo• El rol del algoritmo en la resolución de
problemas
Concepto de algoritmo (I)
Un algoritmo es un procedimiento para resolver un problema. Éste describe un conjunto finito y ordenado de pasos, reglas o instrucciones para producir la solución a un problema dado.
Un algoritmo puede ser definido como una secuencia de instrucciones bien definidas y efectivas, y finaliza con la producción del resultado esperado a partir de las entradas dadas.
Concepto de algoritmo (II)
Algoritmo
Especificación de las entradas
Acción o procedimiento
Acción o procedimiento
Acción o procedimiento
Acción o procedimiento
Descripción del resultado o
efecto
. . .
Un primer ejemplo de algoritmo
El siguiente algoritmo calcula el área y el perímetro de un rectángulo
1. Inicio
2. Leer base y altura (b, a)
3. ar ← b*a
4. pe ← 2*(b + a)
5. Escribir “Área del rectángulo: ”, ar
6. Escribir “Perímetro del rectángulo: ”, pe
7. Fin
Datos de entrada: b y a (base y altura)Datos de salida: ar y pe (área y perímetro)Procesos: ar = b*a, pe = 2*(b + a)
Análisis resumido del problema
Características de los algoritmos (I)
• Son precisos. Deben indicar el orden de realización de cada paso, así como especificar con precisión las entradas y cada paso o etapa
• Están bien definidos. Etapas bien definidas y concretas• Exactitud y corrección. Se debe demostrar que el
algoritmo resuelve el problema para el cual fue escrito• Son finitos. Deben tener un número finito de pasos y
deben terminar• Deben describir el resultado o efecto final. La salida
esperada del algoritmo debe estar completamente especificada
Características de los algoritmos (II)
• Entrada• Proceso• Salida
Partes que debe describir la definición de un algoritmo:
Entrada SalidaProceso
Características de los algoritmos (III)
• Son independientes tanto del lenguaje de programación en el que se expresan como del hardware en que se ejecutan los programas
Algoritmo
Código en C
Código en Pascal
Código en Fortran
Computadora con los compiladores
de C y Pascal
Computadora con el compilador de
Fortran
Expresado en
Ejecutado en
El rol del algoritmo en la resolución de problemas (I)
Descripción y análisis del problema
Diseño del algoritmo
Programa en un lenguaje de
programación
La resolución de un problema en computadora requiere como paso previo el diseño de un algoritmo que especifique el procedimiento para resolver el problema. Es decir, antes de codificar un programa se requiere diseñar el algoritmo.
Ejemplos de algoritmos (I.a.)
Definición del problema
Calcular los porcentajes de hombres y mujeres en un grupo de N deportistas
Análisis del problema
Datos a considerar:
• Sexo de la persona (S)• Número de personas del sexo masculino (CM)• Número de personas del sexo femenino (CF)• Total de deportistas (N)• Porcentaje de hombres (PM)• Porcentaje de mujeres (PF)
Ejemplos de algoritmos (I.b.)
Datos de entrada:
• Total de deportistas (N)• Sexo de la persona (S)
Datos de salida:
• Porcentaje de hombres (PM)• Porcentaje de mujeres (PF)
Procesos:
• Contar la cantidad de personas del sexo masculino (CM = CM + 1)• Contar la cantidad de personas del sexo femenino (CF = CF + 1)• Calcular el porcentaje de hombres en el grupo (PM = CM/N*100)• Calcular el porcentaje de mujeres en el grupo (PF = CF/N*100)
Continuamos con el análisis del problema
Ejemplos de algoritmos (I.c.)
Algoritmo:
1. Inicio
2. Inicializar en cero el total de personas del sexo masculino: CM ← 0
3. Inicializar en cero el total de personas del sexo femenino: CF ← 0
4. Inicializar en cero el total de personas procesadas: TP ← 0
5. Leer total de deportistas (N)
6. MIENTRAS TP < N
FIN-MIENTRAS
6.1 Leer sexo de la persona (S)6.2 SI S =‘M’, entonces CM ← CM + 1 6.3 SI S = ‘F’, entonces CF ← CF + 16.4 Incrementar en 1 el contador: TP ← TP + 1
Ejemplos de algoritmos (I.d.)
Algoritmo (continuación):
7. Calcular porcentaje de hombres en el grupo: PM ← CM/N*100
8. Calcular porcentaje de mujeres en el grupo: PF ← CF/N*100
9. Escribir “Porcentaje de hombres en el grupo: ”, PM
10. Escribir “Porcentaje de mujeres en el grupo: ”, PF
11. Fin
En este algoritmo se puede apreciar el uso de las tres estructuras de control de la programación estructurada:
• Estructura secuencial
• Estructura selectiva
• Estructura iterativa
Ejemplos de algoritmos (II)
1. Cálculo de la media de N observaciones numéricas
2. Determinar si un número es primo dada una lista de N números enteros
3. Cálculo del factorial de un número N
4. Retiro de efectivo en un cajero automático
5. Receta para preparar “spaghetti alla napoletana”
Definir en cada caso: entrada, procesos/operaciones y salida. Escribir el algoritmo completo para todos los casos.
Diseño de algoritmos (I)
Diseño del algoritmo
Diseño descendente Refinamiento
Representación gráfica
Diseño de algoritmos (II)
Diseño descendente (I)
El diseño descendente (top down) es un procedimiento de refinamiento iterativo de un problema, en el cual se parte del mayor nivel de abstracción del problema (sistema o tarea) y se prosigue hacia los niveles inferiores a través de un proceso de descomposición del problema en subproblemas.
En el diseño descendente se parte de una visión estructural del problema sin especificar detalles para ninguna de sus partes componentes. Cada componente del sistema es entonces refinado, mostrando más detalles en cada nivel de refinamiento.
Diseño de algoritmos (III)
Diseño descendente (II)
. . .
Problema
Subproblema Subproblema Subproblema Subproblema
Subproblema Subproblema Subproblema Subproblema SubproblemaSubproblema
Subproblema Subproblema
Diseño de algoritmos (IV)
Diseño descendente (III)
El diseño descendente efectúa una relación entre las sucesivas etapas de refinamiento, de forma tal que éstas se relacionen unas con otras a través de los flujos de entrada y de salida de información.
X YP
P1
P2
P3
P4X Y
U
V
P
Q
P31 P32 P33V QR S
Diseño de algoritmos (V)
Diseño descendente (IV)
Ejemplo: el problema del cajero automático
Cajero automático
Lectura y validación
del NIP
Selección de tipo de cuenta
Selección de tipo de
operación
Finalizar
Consulta de saldo
Traspaso entre cuentas
propias
Retiro de efectivo
Pago de servicios
. . .
. . .
Diseño de algoritmos (VI)
Refinamiento del algoritmo (I)
Comúnmente, la primera versión de un algoritmo no constituye una versión completa ni específica del mismo. El refinamiento del algoritmo se refiere a la conversión del primer esbozo/versión del algoritmo en una versión más detallada y completa, haciendo los pasos del algoritmo más específicos. Este proceso conduce a la obtención de un algoritmo claro, preciso y completo.
Diseño de algoritmos (VII)
Refinamiento del algoritmo (II)
1. Inicio
2. Leer cantidad de estudiantes
3. Leer edad y peso de los estudiantes
4. Calcular las medias de la edad y del peso
5. Escribir resultados
Algoritmo para el cálculo de la media de la edad y peso de un grupo de estudiantes (primer esbozo)
Diseño de algoritmos (VIII)
Refinamiento del algoritmo (III)
1. Inicio
2. Leer cantidad de estudiantes (N)
3. NE ← 0, SE ← 0, SP ← 0
4. MIENTRAS NE < N
4.1 Leer edad y peso del estudiante (E, P)
4.2 SE ← SE + E
4.3 SP ← SP + P
4.4 Incrementar el contador: NE ← NE + 1
FIN-MIENTRAS
Algoritmo para el cálculo de la media de la edad y peso de un grupo de estudiantes (versión refinada)
Diseño de algoritmos (IX)
Refinamiento del algoritmo (IV)
5. Calcular la media de la edad: ME ← SE/N
6. Calcular la media del peso: MP ← SP/N
7. Escribir “La edad promedio es: ”, ME
8. Escribir “El peso promedio es: ”, MP
9. Fin
Algoritmo para el cálculo de la media y desviación estándar de la edad y peso de un grupo de estudiantes (versión refinada)
Diseño de algoritmos (X)
Especificación y representación gráfica del algoritmo
• Pseudocódigo• Diagramas de flujo• Diagramas de Nassi-Schneiderman (N-S)
Diseño de algoritmos (XI)
Especificación del algoritmo: pseudocódigo (I)
El pseudocódigo es un lenguaje de especificación de algoritmos, comúnmente con una sintaxis para las estructuras de control similar a la expresada en el lenguaje de programación al que será traducido el algoritmo. Cuando un algoritmo es expresado en pseudocódigo, entonces la traducción de éste al lenguaje de programación seleccionado resultará relativamente fácil.
AlgoritmoEspecificación
en pseudocódigo
Programa
Diseño de algoritmos (XII)
Especificación del algoritmo: pseudocódigo (II)
Las acciones y las estructuras de control se representan en el pseudocódigo con palabras reservadas del inglés, similares a las utilizadas en los lenguajes de programación estructurada. Entre estas palabras reservadas, las más usadas son:
start
read
write
If-then-else
while-end
repeat-until
end
Comúnmente, la escritura del pseudocódigo requiere el uso de la indentación de las diferentes líneas
Diseño de algoritmos (XIII)
Especificación del algoritmo: pseudocódigo (III)
Begin
read N
NE ← 0
SE ← 0
SP ← 0
while NE < N
read E, P
SE ← SE + E
SP ← SP + P
NE ← NE + 1
end while
Algoritmo para el cálculo de la media y desviación estándar de la edad y peso de un grupo de estudiantes (versión en pseudocódigo)
Diseño de algoritmos (XIV)
Especificación del algoritmo: pseudocódigo (IV)
ME ← SE/N
MP ← SP/N
write “La edad promedio es: ”, ME
write “El peso promedio es: ”, MP
end
Cuando se usa el pseudocódigo como lenguaje de especificación de un algoritmo, el programador puede concentrarse en la lógica y en las estructuras de control sin preocuparse por la sintaxis y reglas del lenguaje de programación.
Diseño de algoritmos (XV)
Representación gráfica del algoritmo: diagramas de flujo (I)
Un diagrama de flujo (flowchart, del inglés) es una técnica de representación gráfica de la lógica o pasos de un algoritmo. El diagrama de flujo consiste de un conjunto de símbolos (tales como rectángulos, paralelogramos, rombos, etc.) y flechas que conectan estos símbolos. Los símbolos representan las diferentes acciones que se pueden ejecutar en un algoritmo (lectura, asignación, decisión, escritura, etc.), mientras que las flechas muestran la progresión paso a paso a través del algoritmo.
Con la aparición de los lenguajes de programación estructurada el uso de los diagramas de flujo ha disminuído considerablemente, dando paso a otras técnicas de representación (como por ejemplo, diagramas N-S, tablas procesos-entidades, diagramas estructurales, diagramas de burbujas, etc. ) que capturan en un modo más adecuado la esencia y principios de la programación estructurada.
Diseño de algoritmos (XVI)
Representación gráfica del algoritmo: diagramas de flujo (II)
Símbolo Representación Significado
Flechas o líneas de flujo Indica el sentido de ejecución de las acciones
Rectángulo Proceso o acción a realizar (por ejemplo, asignación)
Paralelogramo Representa una entrada o salida
Rombo Representa el constructor de selección (decisión lógica)
Rectángulo redondeado Representa el inicio y fin del diagrama
Círculo Se usa como conector entre dos partes del diagrama
Diseño de algoritmos (XVII)
Representación gráfica del algoritmo: diagramas de flujo (III)
1. Inicio
2. Leer cantidad de estudiantes (N)
3. NE <- 0, SE <- 0, SP <- 0
4. MIENTRAS NE < N
4.1 Leer edad y peso del estudiante (E, P)
4.2 SE <- SE + E
4.3 SP <- SP + P
4.4 Incrementar el contador: NE <- NE + 1
FIN-MIENTRAS5. Calcular la media de la edad: ME <- SE/N
6. Calcular la media del peso: MP <- SP/N
7. Escribir “La edad promedio es: ”, ME
8. Escribir “El peso promedio es: ”, MP
9. Fin
Inicio
Leer N
NE <- 0
SE <- 0
SP <- 0
1
Diseño de algoritmos (XVIII)
Continuación (IV)
1. Inicio
2. Leer cantidad de estudiantes (N)
3. NE <- 0, SE <- 0, SP <- 0
4. MIENTRAS NE < N
4.1 Leer edad y peso del estudiante (E, P)
4.2 SE <- SE + E
4.3 SP <- SP + P
4.4 Incrementar el contador: NE <- NE + 1
FIN-MIENTRAS5. Calcular la media de la edad: ME <- SE/N
6. Calcular la media del peso: MP <- SP/N
7. Escribir “La edad promedio es: ”, ME
8. Escribir “El peso promedio es: ”, MP
9. Fin Fin
Leer E, P
SE <- SE+E
SP <- SP+P
NE <- NE+1
1
NE <NSi
No
ME <- SE/N
MP <- SP/N
Escribir ME, MP
Diseño de algoritmos (XIX)
Representación gráfica del algoritmo: diagramas de Nassi-Schneiderman (N-S) (I)
El diagrama de Nassi-Schneiderman (N-S) (también conocido como diagrama de Chapin) es una técnica de representación gráfica de algoritmos que combina la especificación en pseudocódigo con la representación gráfica del diagrama de flujo.
Cuando se usa el diagrama N-S un algoritmo es representado con un rectángulo dividido en franjas o bandas horizontales, donde cada banda representa una acción a realizar.
La especificación de los pasos del algoritmo se hace utilizando las palabras reservadas ya vistas en el pseudocódigo, mientras que los símbolos utilizados en el diagrama corresponden a cada tipo de estructura de control: secuencia, selección, iteración.
Diseño de algoritmos (XX)
Representación gráfica del algoritmo: diagramas de Nassi-Schneiderman (N-S) (II)
Begin
End
<acción 1>
<acción 2>
<acción 3>
. . .
Begin
read
write
If-then-else
while-end
repeat-until
end
Representación gráfica N-S de un algoritmo Palabras reservadas comúnmente usadas en la
especificación de las acciones (pueden ser también usadas
en español)
Diseño de algoritmos (XXI)
Representación gráfica del algoritmo: diagramas de Nassi-Schneiderman (N-S) (III)
Representación de la estructura de control secuencial
Declaración de variables
tipo : nombre_variable
Ejemplos:
entero: edad
real: edadPromedio,
pesoPromedio
caracter: sexo
cadena: deporte
Asignación
Variable = expresion
Ejemplos:
edadPromedio = sumaEdad/N
pesoPromedio = sumaPeso/N
sexo = ‘M’
Deporte = “atletismo”
Diseño de algoritmos (XXII)
Representación gráfica del algoritmo: diagramas de Nassi-Schneiderman (N-S) (IV)
Representación de la estructura de control secuencial
Instrucción leer
leer <lista de identificadores de variables>
Ejemplos:
leer edad, peso
leer deporte
Instrucción escribir
escribir <lista de variables y constantes>
Ejemplos:
escribir edadPromedio, pesoPromedio
escribir deporte
Diseño de algoritmos (XXIII)
Representación gráfica del algoritmo: diagramas de Nassi-Schneiderman (N-S) (V)
Inicio
Escribir “área: ”, ar
real: b, a, ar, pe
Leer b, a
ar = b*a
pe = 2(b + a)
Escribir “perímetro: ”, pe
Fin
1. Inicio2. Leer base y altura (b, a)3. ar ← b*a4. pe ← 2*(b + a) 5. Escribir “Área: ”, ar6. Escribir “Perímetro: ”, pe7. Fin
Diagrama N-SAlgoritmo para calcular el área y perímetro de un rectángulo
Diseño de algoritmos (XXIV)
Representación gráfica del algoritmo: diagramas de Nassi-Schneiderman (N-S) (VI)Representación de la estructura de control condicional
condición
Sí No
<acciones> <acciones>
Algoritmo Diagrama N-S
si <condición> entonces
<acción 1>
si_no
<acción 2>
selector
otro 1 2 3 . . . n Estructura de control
condicional CASE
Diseño de algoritmos (XXV)
Representación gráfica del algoritmo: diagramas de Nassi-Schneiderman (N-S) (VII)
Representación de la estructura de control condicional
S = ‘M’
Sí No
CM = CM + 1 CF = CF + 1
Leer sexo de la persona (S)SI S =‘M’, entonces CM ← CM + 1 SI S = ‘F’, entonces CF ← CF + 1Incrementar el contador: TP ← TP + 1
AlgoritmoDiagrama N-S
Diseño de algoritmos (XXVI)
Representación gráfica del algoritmo: diagramas de Nassi-Schneiderman (N-S) (VIII)
Representación de la estructura de control de iteración
Representación en el diagrama N-S de la estructura MIENTRAS
Representación en el diagrama N-S de la estructura REPITE-HASTA
Mientras (condición)
<acciones que se repiten>
HASTA (condición)
<acciones que se repiten>
Diseño de algoritmos (XXVII)
Representación gráfica del algoritmo: diagramas de Nassi-Schneiderman (N-S) (IX)
Representación de la estructura de control de iteración
Representación en el diagrama N-S de la estructura PARA
Para Contador ← valor_inicial hasta valor_final hacer
<acciones que se repiten>
Diseño de algoritmos (XXVIII)
Representación gráfica del algoritmo: diagramas de Nassi-Schneiderman (N-S) (X)
start
read N
NE ← 0
SE ← 0
SP ← 0
while NE < N
read E, P
SE ← SE + E
SP ← SP + P
NE ← NE + 1
end while
Inicio
real: SE, SP
entero: NE
Mientras NE <N
leer E, P
SE = SE + E
SP = SP + P
NE = NE + 1
NE = 0
SE = 0
SP = 0
Diseño de algoritmos (XXIX)
Representación gráfica del algoritmo: diagramas de Nassi-Schneiderman (N-S) (XI)
ME = SE/N
MP = SP/N
Escribir “Edad promedio”, ME
Escribir “Peso promedio”, MP
ME <- SE/N
MP <- SP/N
write “Edad promedio: ”, ME
write “Peso promedio: ”, MP
endFin
Lo que hemos hecho en estas últimas dos transparencias ha sido la especificación en un diagrama N-S del algoritmo para el cálculo de la edad promedio y peso promedio de un grupo de N personas
De los algoritmos a los programas
• Elementos, estructura y funcionamiento de un sistema de cómputo
• Lenguajes de programación: niveles, sintaxis y semántica
• Estrategias de contrucción de programas
Elementos, estructura y funcionamiento de un sistema de cómputo (I)
CPU Unidad Central de Proceso
CU Unidad de control
ALU Unidad
lógico-aritmética
RAM Memoria
Dispositivos de entrada
Dispositivos de salida
Memoria externa (almacenamiento
permanente)
Organización física de una computadora
Elementos, estructura y funcionamiento de un sistema de cómputo (II)
Funcionamiento de una computadora (I)
La unidad central de proceso (del inglés, CPU) es el “cerebro” de la computadora. La CPU dirige y controla el proceso de información efectuado por la computadora, es la unidad donde se ejecutan las instrucciones de los programas y donde se controla el funcionamiento de los distintos componentes de la computadora. La CPU procesa información almacenada en la memoria, puede recuperar información desde la memoria (datos o programas) y almacenar nueva información o información procesada en la memoria. La CPU está compuesta por dos componentes: la unidad de control (CU) y la unidad lógico-aritmética (ALU)
La unidad central de proceso (del inglés, CPU)
Elementos, estructura y funcionamiento de un sistema de cómputo (III)
Funcionamiento de una computadora (II)
Como su nombre lo indica, la unidad lógico-aritmética es la encargada de realizar operaciones artiméticas y lógicas (suma, resta, multiplicación, división y comparaciones) sobre datos que provienen de la memoria principal (RAM).
La unidad lógico-aritmética (ALU)
La unidad de control (CU) dirige y coordina las actividades de la computadora, determina la secuencia de operaciones a realizar, interpreta instrucciones codificadas, controla las funciones de decodificación, ejecución y almacenamiento. Esta unidad controla y sincroniza todo el proceso que tiene lugar en la computadora.
La unidad de control (CU)
Elementos, estructura y funcionamiento de un sistema de cómputo (IV)
Funcionamiento de una computadora (III)
El papel de la memoria central (memoria RAM, Random Access Memory) es el almacenamiento de información: datos y programas. Para que un programa se pueda ejecutar, debe ser almacenado en la memoria central (carga o load del programa). También los datos que serán usados por el programa durante su ejecución deben ser situados en la memoria. Es decir, la memoria RAM se usa para mantener los programas mientras se están ejecutando y los datos mientras se están procesando.
La memoria central (RAM)
Memoria central
Memoria caché
Procesador
Elementos, estructura y funcionamiento de un sistema de cómputo (V)
Funcionamiento de una computadora (IV)
Los dispositivos de entrada/salida establecen la comunicación entre la computadora y el usuario. Los dispositivos de entrada (teclado, mouse, unidad CD-ROM, unidad DVD, escaner, cámara, etc.) permiten la introducción de datos y programas en la computadora para su procesamiento. Una vez que los datos son leídos de los dispositivos de entrada, éstos son almacenados en la memoria central para su procesamiento. Los dispositivos de salida (pantalla, impresora, etc.) permiten representar/visualizar el resultado de la ejecución de los programas.
Dispositivos de entrada/salida
Elementos, estructura y funcionamiento de un sistema de cómputo (VI)
Funcionamiento de una computadora (V)
La memoria externa es un medio de almacenamiento permanente tanto para programas como para datos. Entre los dispositivos de almacenamiento (o memorias auxiliares) más comúnmente utilizados se encuentran:
La memoria externa
• El disco duro• Disquetes magnéticos• Unidad CD-ROM• Unidad DVD• Memoria USB
Elementos, estructura y funcionamiento de un sistema de cómputo (VII)
El microprocesador
El microprocesador es un chip, un circuito integrado electrónico que es utilizado como unidad central de proceso en una computadora. Las funciones del microprocesador son el cálculo y control computacional.
Memoria centralUnidad de
control
Unidad lógico-aritmética
Microprocesador
Lenguajes de programación: niveles, sintaxis y semántica (I)
Niveles de lenguajes de programación (I)
Lenguajes de máquina
Lenguajes ensambladores
Lenguajes de alto nivel
Lenguajes declarativos
Lenguajes de programación: niveles, sintaxis y semántica (II)
Niveles de lenguajes de programación (II)
Fue el primer lenguaje utilizado en la programación de computadoras. Constituye la capa más interna en los niveles de lenguaje en la computación. Se podría decir que el lenguaje de máquina es el único que entiende directamente la computadora. Este lenguaje se expresa a través del alfabeto binario, el cual consta solo de los símbolos 0 y 1. El lenguaje de máquina es dependiente de la computadora.
Lenguajes de máquina
El lenguaje ensamblador es una representación simbólica del lenguaje de máquina asociado. Es decir, cada computadora tiene un lenguaje ensamblador propio. El lenguaje ensamblador usa palabras nemotécnicas para representar cada instrucción (cadenas de bits) del lenguaje de máquina asociado.
Lenguajes ensambladores
Lenguajes de programación: niveles, sintaxis y semántica (III)
Niveles de lenguajes de programación (III)
Constituyen los lenguajes de programación más utilizados. Son lenguajes independientes de la computadora. Un programa escrito en lenguaje de alto nivel puede ser ejecutado en cualquier computadora, siempre que ésta disponga del traductor o compilador del lenguaje en cuestión. Los programas pueden ser escritos y comprendidos de una forma más sencilla, dada la aproximación de estos lenguajes con el lenguaje natural. Se caracterizan por proporcionar librerías de uso frecuente (entrada/salida, funciones matemáticas, manejo de cadenas, etc.). Ejemplos de estos lenguajes son: Pascal, Fortran, C, C++, Java, Ada, Lisp y Prolog.
Lenguajes de alto nivel
Son aquellos lenguajes en los que se indica a la computadora qué es lo que debe hacer, qué es lo que se desea obtener o qué es lo que se está buscando. Son comúnmente lenguajes de órdenes, donde se expresa lo que hay que hacer en lugar de cómo hacerlo. Ejemplos de lenguajes declarativos son SQL y Prolog.
Lenguajes declarativos
Lenguajes de programación: niveles, sintaxis y semántica (IV)
Lenguaje de programación = Léxico + Sintaxis + Semántica
Lenguajes de programación: niveles, sintaxis y semántica (V)
Aspectos a considerar en el diseño e implementación de los lenguajes de programación (I)
• Léxico• Sintaxis• Semántica• Gestión de memoria• Manejo de excepciones• Implementación • Pragmática
Lenguajes de programación: niveles, sintaxis y semántica (VI)
Aspectos a considerar en el diseño e implementación de los lenguajes de programación (II)
Léxico
Es el conjunto de categorías gramaticales que definen el vocabulario del lenguaje de programación. Comúnmente, el léxico de un lenguaje de programación posee las siguientes categorías gramaticales:
• Identifier (nombre de variables, nombre de constantes, nombre de funciones, etc.)
• Literal (números enteros y decimales)• Operator (+, -, *, /. etc.)• Separator (; . , etc.)• Keyword (while, read, write, if, for, case, int, real, etc.)
Lenguajes de programación: niveles, sintaxis y semántica (VII)
Aspectos a considerar en el diseño e implementación de los lenguajes de programación (III)
La sintaxis de un lenguaje de programación es la definición gramatical de lo que constituye un programa en dicho lenguaje. La sintaxis se especifica en términos de un conjunto de reglas que rigen la construcción de los programas. La definición de la sintaxis de un lenguaje de programación debe ser clara, concisa y formal. La sintaxis del lenguaje de programación se describe a partir de otros lenguajes, llamados metalenguajes. Uno de los metalenguajes más difundidos es el formalismo BNF (Backus-Naur Form), una gramática libre de contexto.
Sintaxis
Lenguajes de programación: niveles, sintaxis y semántica (VIII)
Aspectos a considerar en el diseño e implementación de los lenguajes de programación (IV)
Se refiere al significado de los programas. Es el conjunto de reglas que permiten determinar el significado de cualquier construcción del lenguaje. La semántica asocia un significado a cada posible construcción gramatical del lenguaje.
Semántica
La gestión de memoria se refiere al proceso de asignar valores a la memoria, considerando tanto las características estáticas como dinámicas de dichos valores. Los valores pueden ser asignados a una de tres categorías de memoria: memoria estática, la pila en tiempo de ejecución y el montículo.
Gestión de memoria
Lenguajes de programación: niveles, sintaxis y semántica (IX)
Aspectos a considerar en el diseño e implementación de los lenguajes de programación (V)
Una excepción es una condición detectada por una operación la cual no se puede resolver en el contexto de la operación. Dos procesos básicos se asocian al manejo de excepciones: (1) lanzamiento de la excepción y (2) captura de la excepción. El lanzamiento de una excepción es señalar que se ha producido una excepción, mientras que la captura de la excepción consiste en proporcionar una forma de manipular dicha excepción, transfiriéndose el control del programa al manipulador de la excepción.
Manejo de excepciones
Lenguajes de programación: niveles, sintaxis y semántica (X)
Aspectos a considerar en el diseño e implementación de los lenguajes de programación (VI)
Cómo se ejecutan los programas.
Implementación
Se refiere a los aspectos prácticos del uso de los programas.
Pragmática
Lenguajes de programación: niveles, sintaxis y semántica (XI)
Contexto en el que se ubican
los lenguajes de programación
Lenguaje natural
Aplicación
Lenguaje de programación
Compilador/Intérprete
Máquina virtual
Sistema operativo
Lenguaje de máquina
Lenguajes de programación: traductores de lenguajes (I)
Traductores de lenguaje
Intérpretes Compiladores
Un traductor de lenguaje es un programa que traduce a código de máquina un programa fuente escrito en un lenguaje de alto nivel.
Lenguajes de programación: traductores de lenguajes (II)
Intérpretes
Un intérprete es un traductor que recibe como entrada un programa fuente, lo traduce y lo ejecuta. Un intérprete traduce y ejecuta una instrucción en código fuente, a la vez. Los programas interpretados generalmente son más lentos en ejecución que los programas compilados.
Programa fuente Intérprete
Traducción y ejecución línea
a línea
Lenguajes de programación: traductores de lenguajes (III)
Compiladores
Un compilador traduce un programa fuente escrito en lenguaje de alto nivel al lenguaje de máquina de la computadora. El programa traducido a lenguaje de máquina es almacenado como código objeto.
Programa fuente Compilador Programa objeto
Lenguajes de programación: traductores de lenguajes (IV)
Fases de la compilación de un programa
Programa fuente Compilador
Programa objeto Linker
Programa ejecutable
en lenguaje de máquina
Analizador léxico
Analizador sintáctico
Analizador semántico
Generador de código intermedio
Optimizador de código
Generador de código
objeto
Paradigmas de programación (I)
• Programación imperativa• Programación funcional• Programación lógica• Programación orientada a objetos• Programación concurrente• Programación guiada por eventos
Paradigmas de programación (II)
El programa se define como una serie de acciones o pasos, cada uno de los cuales recibe una entrada, ejecuta un cálculo, o produce como resultado una salida. La programación imperativa se basa en la asignación de valores, en la utilización de variables para almacenar valores y en la realización de operaciones con estos valores almacenados. Ejemplos de lenguajes de programación imperativa son los lenguajes de alto nivel (Fortran, C, Pascal, etc.) y los lenguajes ensambladores.
Programación imperativa
Los programas están formados por una colección de definiciones de funciones. Las funciones interactúan entre sí utilizando condicionales, recursividad y composición funcional. Ejemplos de lenguajes de programación funcional son Lisp y Scheme.
Programación funcional
Paradigmas de programación (III)
Un lenguaje de programación lógica es un tipo de lenguaje declarativo, en el cual el programa está formado por un conjunto de declaraciones lógicas (predicados, hechos). La ejecución de un programa consiste en aplicar estas declaraciones para obtener todas las soluciones posibles a un problema. El ejemplo clásico de lenguaje de programación lógica es Prolog.
Programación lógica
El programa es una colección de objetos que interactúan entre sí a través del paso de mensajes, los cuales comúnmente transforman el estado de los objetos. Ejemplos de lenguajes orientados a objetos son Smalltalk, C++, Eiffel y Java.
Programación orientada a objetos
Paradigmas de programación (IV)
La programación se basa en la ejecución simultánea de procesos, ya sea en una misma computadora con uno o varios procesadores, que en un cluster de computadoras. El programa se define como una colección de procesos cooperativos y asíncronos. Ejemplos de lenguajes concurrentes son Linda y Fortran de alto rendimiento.
Programación concurrente
El programa responde a eventos externos generados en un orden no predecible. Los eventos comúnmente se generan a partir de acciones del usuario en la pantalla (por ejemplo, clics del mouse o pulsaciones de teclas), pudiendo existir también otras fuentes generadoras de eventos. Ejemplos de lenguajes de programación guida por eventos son Visual Basic y Java.
Programación guiada por eventos
Estrategias de construcción de programas (I)
Fases de construcción de un programa
Descripción y análisis del problema
Diseño del algoritmo
Codificación del programa
Ejecución del programa
Validación del programa
Estrategias de construcción de programas (II)
Programación modular (I)La filosofía subyacente de la programación modular es la descomposición del programa en módulos independientes, cada uno de los cuales ejecuta una única actividad o función. Cada módulo se analiza, se diseña, se codifica y se verifica por separado. El programa es una jerarquía de módulos, con un módulo principal (también llamado programa principal) con una función de controlador. El módulo principal transfiere el control a los módulos inmediatamente subordinados (o subprogramas), de modo que éstos puedan ejecutar sus funciones. Una véz que el módulo subordinado haya completado su tarea, devolverá nuevamente el control al módulo controlador.
La descomposición de un módulo en submódulos continúa hasta que se llegue a un punto en que el módulo resultante tenga sólo una tarea específica que ejecutar (lectura, salida de resultados, procesamiento de datos o control de otros módulos).
Estrategias de construcción de programas (III)
Programación modular (II)
. . .
Módulo principal
Módulo 1 Módulo 2 Módulo 3 Módulo N
Módulo 12 Módulo 31 Módulo 32 Módulo N1 Módulo N2Módulo 11
Módulo 311 Módulo 312
Estrategias de construcción de programas (IV)
Programación modular (III)
Ejemplo de descomposición de un programa en módulos: programa para el cálculo de estadísticas descriptivas
Cálculo de estadísticas
Lectura de datos
Cálculo de medidas de tendencia
central
Cálculo de medidas de dispersión
Generación de tablas
resumen
Generación de gráficos
Estrategias de construcción de programas (V)
Programación estructurada (programación sin goto)
La programación estructurada es un conjunto de técnicas que incorporan:
Diseño modular
Diseño descendente (top-down)
Estructuras de control básico: secuencia, selección e iteración