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FUNDAMENTOS DE PROGRAMACIÓN (U3. Introducción al lenguaje C (Componentes…

- - - - Hardware: Todo aquello elementos que se pueden palpar como el monitor, el teclado, el disco duro, la memoria, entre otros.
      - Software: Elementos intangibles como programas y datos, sistemas operativos, editores de texto, compiladores, bases de datos, videojuegos, etc.
  - - - Unidad Central de Procesamiento: Controla y coordina la ejecución de instrucciones. Se utiliza la Unidad Aritmético-Lógica encargada del procesamiento de los datos y la Unidad de Control para el procesamiento de las instrucciones.
      - Memoria Principal: es la parte de la computadora donde se almacenan los datos y las instrucciones durante la ejecución de un programa. ROM que solo es de léctura y RAM donde se puede escribir y leer datos.
      - Dispositivos de entrada y salida. (Input/Output) son responsables de la comunicación con el usuario. Como el teclado, ratón, escáner, lector óptico, micrófono, tabla digital, monitor, etc.
    - - Un programa se compone de: Datos-Variables o constantes, Operadores-lógicos, aritméticos, relacionales y jerárquicos. Estructuras de control- secuenciales, selectivas y repetitivas.
      - Pasos que se realizan una vez que el programa y los datos fueron almacenados en la memoria principal
        
        a) Primero, la unidad de control consulta en la memoria la instrucción indicada en el contador del programa y la almacena en el registro de instrucciones, actualizando el contador del programa con la dirección de memoria de la siguiente instrucción.
        
        b) Después de que se almacenó la instrucción en el registro del programa, la unidad de control se encarga de decodificarla, detectando qué dispositivos están implicados en su ejecución, estos pueden ser: la ALU, cuando se tiene que hacer una operación; los dispositivos de entrada y/o salida, cuando se tiene que enviar o recibir un dato; o la memoria, si se quiere guardar o consultar un dato; posteriormente envía las señales de control a los mismos indicándoles la acción y, si es el caso, los datos y/o la dirección de memoria correspondiente.
        
        c) Cuando los dispositivos realicen su tarea enviarán una señal a la unidad de control, para que esta repita el mismo procedimiento con la siguiente instrucción, así hasta ejecutar todo el programa.
    - - La computadora sólo entiende señales binarias: ceros y unos, encendido y apagado, ya que todos los dispositivos de una computadora trabajan con dos únicos estados: hay corriente eléctrica y no hay corriente, respectivamente.
    - - Los lenguajes de programación sirven para escribir programas de computadora orientados a resolver algún problema o necesidad. Cada lenguaje de programación se define a partir de un conjunto de símbolos básicos, llamado alfabeto; un conjunto de reglas, llamado sintaxis, que definen la forma de manipularlos o combinarlos para representar instrucciones; y las reglas que especifican los efectos de dichas instrucciones cuando son ejecutadas por la computadora, conocidas como semántica. 𝐿𝑒𝑛𝑔𝑢𝑎𝑗𝑒𝑑𝑒𝑝𝑟𝑜𝑔𝑟𝑎𝑚𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 𝑎𝑙𝑓𝑎𝑏𝑒𝑡𝑜 + 𝑠𝑖𝑛𝑡𝑎𝑥𝑖𝑠 + 𝑠𝑒𝑚á𝑛𝑡𝑖𝑐𝑎
        
        Lenguajes de bajo nivel. Se caracterizan porque sus instrucciones se parecen más a las acciones elementales que ejecuta una computadora, como son: sumar, restar, guardar en memoria, etc.
        
        Lenguajes de alto nivel. las instrucciones de los lenguajes de alto nivel son más parecidas a un lenguaje humano, por lo regular inglés. Por otro lado, los programas escritos en bajo nivel describen a detalle lo que sucede a nivel de hardware, mientras que los programas escritos en un lenguaje de alto nivel lo ocultan, teniendo como ventaja que son más fáciles de entender para las personas.
      - Evolución de los lenguajes de programación
        
        Con las primeras computadoras surgió el primer lenguaje de programación que –como es de imaginarse– fue el lenguaje de máquina, el cual es considerado el lenguaje de primera generación. Las instrucciones en lenguaje de máquina dependían de las características de cada equipo, por lo que dada la dificultad de desarrollar programas en unos y ceros, los investigadores de la época desarrollaron el lenguaje ensamblador, cuyo conjunto de instrucciones consta de palabras nemotécnicas que corresponden a las operaciones básicas que una computadora puede ejecutar.
        
        Para traducir de lenguaje ensamblador a lenguaje de máquina, se desarrollaron programas llamados ensambladores (en inglés, assemblers). Este lenguaje fue considerado de segunda generación. Posteriormente, en la década de los 50´s aparecieron los primeros lenguajes de alto nivel, cuyas instrucciones son más parecidas al idioma inglés y, por lo tanto, más fácil de utilizar para los programadores, además de que son independientes de la arquitectura de las computadoras. Algunos ejemplos son: FORTRAN y COBOL (que son los primeros lenguajes que aparecieron y en sus inicios se utilizaron para aplicaciones científicas), C, Pascal, Ada, Lisp y Prolog (utilizados principalmente en inteligencia artificial), Java, C++, C#, entre otros.
        
        Lenguaje ensamblador
        
        Los compiladores traducen todo el programa escrito en un lenguaje de alto nivel, llamado programa fuente, generando un nuevo programa objeto que está escrito en lenguaje de máquina y a partir de este se genera un programa ejecutado
        
        Un intérprete revisa una a una cada línea de código, la analiza y enseguida la ejecuta, sin revisar todo el código y sin generar un programa objeto, así que cada vez que se quiere ejecutar el programa se vuelve a traducir el programa fuente línea por línea.
        
        Paradigmas de los lenguajes de programación
        
        Un paradigma de programación representa un enfoque particular o filosofía para diseñar soluciones. Los paradigmas difieren unos de otros en los conceptos y la forma de abstraer los elementos involucrados en un problema, así como en los pasos que integran su solución del problema, en otras palabras, el cómputo.
        
        Paradigma imperativo o procedural. Es el método de programación tradicional, donde los programas describen la forma de solucionar un problema a partir de una lista de instrucciones que se ejecuta de forma secuencial, a menos que se trate de estructuras de control condicionales o repetitivas,
        
        Paradigma declarativo. En contraste con el paradigma imperativo, el objetivo de este paradigma no es describir cómo solucionar un problema, sino describir un problema mediante predicados lógicos o funciones matemáticas
- - - - Por lo anterior, al diseñar un algoritmo se debe garantizar que dada cualquier entrada siempre termine y calcule la respuesta correcta. De tal manera que todo algoritmo debe tener las siguientes características:
      - Entrada.
      - Salida.
      - Definido.
      - Eficaz.
      - Terminación.
  - - - El pseudocódigo es un lenguaje de especificación formal de algoritmos. La solución de un problema se representa de manera narrativa utilizando palabras claves, generalmente verbos, escritos en un lenguaje natural, que en nuestro caso será español. Para ilustrarlo construyamos un algoritmo que resuelva el siguiente problema.
      - Los diagramas de flujo son una representación gráfica de un algoritmo que utiliza símbolos para representar las instrucciones y flechas para unirlas e indicar el orden en que deben ejecutarse llamadas líneas de flujo
  - - - Las estructuras secuenciales son un bloque de instrucciones que se ejecutan una tras otra, en el mismo orden en el que están escritas.
      - En esencia, las estructuras selectivas se utilizan cuando la solución de un problema conlleva tomar una decisión, ya que se ejecuta un conjunto determinado de instrucciones dependiendo de si se cumple o no una condición en un momento determinado. Por ejemplo, la ardilla solamente puede avanzar si se no hay pared, en este caso la condición es no hayPared() y la acción que se realiza es avanza().
      - Las estructuras repetitivas, también llamadas ciclos, permiten ejecutar varias veces un bloque de instrucciones en función de una condición.
- - - - Las instrucciones simples se distinguen porque terminan con punto y como “;”.
        La sintaxis es:<instrucción>;
      - En cambio las instrucciones compuestas son un conjunto de instrucciones que se escriben entre llaves “{…}”, para formar, lo que conocemos como, un bloque de instrucciones.
        La sintaxis es:
        {<instrucción>;<instrucción>;
        ...<instrucción>;
        }
    - - Si observas el programa hola.c, la primera instrucción en el programa es la directiva al preprocesador, seguida de la función main y las instrucciones que la integran, esta estructura corresponde a los programas más simples, pero es similar a la de cualquier programa en C. La forma general de cualquier programa en C es la siguiente:<instrucciones para el preprocesador><declaraciones globales><tipo_devuelto> main(<lista de parámetros>) { <lista de instrucciones> }
  - - - Simples
  - - - Identificadores. En lenguaje C hay una serie de restricciones en cuanto a los nombres o identificadores, ya sea de variables, constantes o funciones. :
        
        Éstas son
        
        a) Los identificadores se integran por letras y dígitos pero es necesario que el nombre siempre comience con una letra, por ejemplo: enteroA, arco3, S184.
        
        b) No puede contener caracteres especiales, por ejemplo, acentos (á,í), la letra eñe (Ñ), gato (#), guión (-). El carácter de subrayado “_”es el único carácter especial que puede utilizarse, generalmente se usa para darle una mejor legibilidad al nombre de una variable. Por ejemplo: entero_A, area_Circulo, i_elemento.
        
        c) El lenguaje C distingue entre letras mayúsculas y minúsculas, esto significa que los siguientes identificadores son distintos: area, Area, AREA.
        
        d) No pueden contener espacios en blanco.
        
        e) No pueden ser palabras reservadas
      - Declaración e inicialización de variables
        
        La declaración de una variable es una instrucción que proporciona información de la variable al compilador, para que éste reserve en memoria el espacio adecuado y la referencia (identificador) para tener acceso a ella. Las declaraciones en general tienen la siguiente sintaxis:<tipo><identificador>;
      - Tipos de Constantes. Las constantes son expresiones con un significado invariable, en un programa puede haber dos tipos de constantes: literales y simbólicas.
        
        Literales. son valores de un determinado tipo escritos directamente en un programa y pueden ser de los siguientes tipos
        
        a) Constantes numéricas, que son números representados en sistema decimal, algunas veces se estila escribir una letra que indique el tamaño o tipo de la constante numérica:
        Enteros: Por ejemplo 123, 2006, -38…
        
        b) Constantes carácter, que se representada internamente por el lenguaje C como un número entero corto (short int). Una constante carácter siempre debe ir entre apóstrofes, por ejemplo: ‘x’, ‘A’.
        
        c) Constantes cadena, que son una secuencia de caracteres entre comillas, incluyendo secuencias de escape, por ejemplo: “hola”, “hola mundo \n”.
        
        Simbólicas. representan datos permanentes que nunca cambian.
        
        Las constantes de este tipo son representadas por un nombre (simbólico) en el código del programa. Del mismo modo en que ocurre con las constantes literales éstas no pueden cambiar su valor, sin embargo para utilizar el valor constante se utiliza el nombre simbólico que le ha sido otorgado.
      - Declaración de Constantes
        
        En C existen dos formas de declarar una constante simbólica. La primera es utilizando la directiva de preprocesador #define, la cual asocia un identificador a un valor constante, sin reservar espacio en memoria, por lo que no podemos decir que se declara, sólo se define.
        
        .#.define<identificador><valor_constante>
        
        const float PI = 3.1416 ;
  - - - Los operadores aritméticos definidos en C son: “+” (suma), “-” (resta), “*
      - En C también existen los operadores de incremento “++” y decremento “--“, éstos tienen el efecto de aumentar o decrementar en una unidad el valor de una variable, supongamos que estamos trabajando con la variable x:
        
        x++;/ equivale a hacer: x = x + 1;/
        
        x--;/ equivale a hacer: x = x – 1;/
      - Evaluación de expresiones. La evaluación de las expresiones depende de tres cosas, principalmente, el estado de las variables que aparecen en la expresión, el significado de los operadores y su precedencia.
  - - - Las bibliotecas estándar que usaremos en este curso son:
      -  stdio.h en esta biblioteca se encuentran definidas las funciones estándar de entrada y salida –que representan la tercera parte de la biblioteca–, por ejemplo, declara la función printf que sirve para imprimir datos en pantalla y scanf que se utiliza para leer de datos ingresados mediante el teclado.
      -  stdlib.h incluye funciones para conversión numérica, asignación de memoria y tareas similares, llamadas funciones de utilería. En esta biblioteca se declara la función system mediante la cual se envían mensajes al sistema operativo para que ejecute una tarea.
      -  math.h declara funciones matemáticas, como la función sqrt que calcula la raíz cuadrada de un número.
      -  ctype.h declara funciones para prueba de clasificación de caracteres, por ejemplo, si es un dígito o un carácter.
      - Funciones matemáticas
      - Funciones de entrada y de salida
        
        En los programas que hemos visto aparece la función de salida estándar printf, que se encarga de imprimir un mensaje en la pantalla. La sintaxis general es:
        printf(<cadena_de_control>, <lista_de_identificadores>);