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

• Inicio• Leer base y altura (b, a)• ar ← b*a• pe ← 2*(b + a) • Escribir “Área del rectángulo: ”, ar• Escribir “Perímetro del rectángulo: ”, pe• 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:

• Inicio

• Inicializar en cero el total de personas del sexo masculino: CM ← 0

• Inicializar en cero el total de personas del sexo femenino: CF ← 0

• Inicializar en cero el total de personas procesadas: TP ← 0

• Leer total de deportistas (N)

• 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):

• Calcular porcentaje de hombres en el grupo: PM ← CM/N*100

• Calcular porcentaje de mujeres en el grupo: PF ← CF/N*100

• Escribir “Porcentaje de hombres en el grupo: ”, PM

• Escribir “Porcentaje de mujeres en el grupo: ”, PF

• 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)

• Inicio

• Leer cantidad de estudiantes (N)

• NE ← 0, SE ← 0, SP ← 0

• 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)

• Calcular la media de la edad: ME ← SE/N

• Calcular la media del peso: MP ← SP/N

• Escribir “La edad promedio es: ”, ME

• Escribir “El peso promedio es: ”, MP

• 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-MIENTRAS1. Calcular la media de la edad: ME <- SE/N

2. Calcular la media del peso: MP <- SP/N

3. Escribir “La edad promedio es: ”, ME

4. Escribir “El peso promedio es: ”, MP

5. 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-MIENTRAS1. Calcular la media de la edad: ME <- SE/N

2. Calcular la media del peso: MP <- SP/N

3. Escribir “La edad promedio es: ”, ME

4. Escribir “El peso promedio es: ”, MP

5. 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

• Inicio• Leer base y altura (b, a)• ar ← b*a• pe ← 2*(b + a) • Escribir “Área: ”, ar• Escribir “Perímetro: ”, pe• 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