Presentación
Previas
Curso de Principios de Programación
Curso de Matemática Discreta y Lógica 1.
Avanzar en el aprendizaje de la programación :
Recursión
Estructuras Dinámicas (punteros)
Tipos Abstractos de Datos
Módulos
Técnicas de ensayo de programas
Temario
Tipos abstractos de datos.
Diseño de programas, módulos de programa.
Implementación de módulos en lenguaje C/C++.
Algoritmos de búsqueda y ordenación.
Introducción al análisis de algoritmos:
eficiencia en tiempo de ejecución y espacio de almacenamiento.
Concepto de recurrencia.
Implementación de tipos de datos recurrentes: concepto y manipulación de punteros. (ej: Implementación de listas).
Temario
Implementación de funciones recurrentes.
Diseño de programas mediante abstracción de datos. Refinamiento de funciones y datos.
Abstracciones de datos básicas:
Estructuras lineales (listas, pilas, colas, dobles-colas).
Árboles (árboles binarios de búsqueda, árboles generales, estructuras arborescentes).
Bibliografía
Estructuras de datos y algoritmos
Wirth, N. Algoritmos y Estructuras de Datos. Prentice-Hall. 1987.
Weiss, M. A. Estructuras de Datos y Algoritmos. Addison-Wesley Iberoamericana. 1995.
Aho, A. V., J. E. Hopcroft y J. D. Ullman. Estructuras de Datos y Algoritmos. Addison-Wesley Iberoamericana. 1988.
Lenguaje de programación C/C++
Kernighan, B. W. y D. M. Ritchie. El lenguaje de programación C. Prentice-Hall. 1991.
Deitel, H. M. y P. J. Deitel. Cómo programar en C/C++. Prentice-Hall. 1998.
Metodología
16 Créditos
4 hs. Clase Teórica
5 hs. Clase Práctica
7 hs. Dedicación domiciliaria
Prácticos
Laboratorio
Pruebas
Parciales
Trabajo de Laboratorio
Clarificar el concepto "programa de computadora"
Lenguaje de programación (C/C++)
Tipos de Datos (int,float,char)
Registros
Uniones
Estructuras Dinámicas(Punteros)
Módulos
Compilación separada
Estrategia
Estudiar cómo construir programas que resuelvan problemas dados.
Metodología de Programación
Recurrencia
Listas y Árboles
Tipos Abstractos de Datos
Ensayo de Programas
Autómatas Maquinas de estado
Los lógicos (matemáticos) en la década del '30 buscaron "modelos universales" de programas.
En cada momento, la máquina está en un cierto estado El conjunto de estados se especifica precisamente
Hay un conjunto de acciones (transiciones) que son las formas de operar la máquina. Las transiciones cambian el estado de la máquina Ejemplos:
Cisterna Componentes:
tanque (conteniendo cierta cantidad de agua)
llave de paso (abierta/cerrada) (ver analogía con variables Pascal)
Estados:
combinaciones de los estados del par de componentes (tanque, llave de paso)
Acciones:
tirar la cisterna
…
Autómatas Maquinas de estado
Otro ejemplo:
Calcular el máximo de dos números Componentes: int x, y, max;
Transición: if (x >= y) max = x; else max = y ;
Efecto
dado un estado inicial, la transición cambia ese estado de tal modo que en el estado final la variable max contiene el máximo de x e y
Efecto del programa
consiste en el cambio de estado
Maquinas de estado programables
Los ejemplos vistos son programas individuales ¿ Cómo sería una máquina programable capaz de ejecutar CUALQUIER PROGRAMA ?
Noción universal de Programa (Programa para la máquina universal)
Idea:
Programa + indicador de hasta dónde se ha ejecutado
Esto forma parte del estado (están almacenados en la máquina)
Maquinas de estado programables
Esquema:
Componentes:
Memoria
Lista de casillas identificadas
Cada casilla puede contener un símbolo, de una lista dada.
Las casillas se usan para almacenar:
instrucciones
datos
Punto de control – “program counter" Señala al lugar de memoria donde se encuentra la siguiente instrucción a ejecutar
Maquinas de estado programables
Instrucciones:
hay un conjunto de instrucciones precisamente especificado
En general, cada instrucción modifica el estado de la máquina
Máquina de Turing
1936 – Modelo de "procedimiento computable" ¿ Es decidible mecánicamente si un enunciado matemático es verdadero o
falso ?
Maquinas de estado programables
Computadora Electrónica
Realización del modelo de Turing (~1945)
Las celdas pueden contener sólo 0 ó 1 (Bits)
Instrucciones y datos codificados en secuencias de bits (código binario)
¡ La noción abstracta de PROGRAMA antecedió a las computadoras electrónicas! (Más aún: constituyó la base de su diseño)
Resultados inesperados de investigaciones altamente teóricas
Maquinas de estado programables
Lenguajes de Programación de Computadoras
Lenguaje de Máquina
Las instrucciones son secuencias de bits:
1100111011…1 que se interpretan.
El conjunto de instrucciones y el formato esta dado por la arquitectura de la maquina (add, mov,…).
Ejemplo:
-1100 (significa sumar)
-111011…1 (operandos)
Programa de Computadora
Programas
Difícil de definir, podríamos decir que:
instrucciones que la CPU de una computadora puede entender y ejecutar.
Conjunto de pasos para resolver un problema dado.
Buscamos
acordar una noción (más) objetiva de programa
Acordar reglas para escribir programas
notación, sintaxis
significado, semántica
Abstracción
Metodologías de Programación
Partición
Refinamiento
Sinónimo de problema: ESPECIFICACION. El problema especifica qué debe satisfacer el programa buscado, el conjunto de programas aceptables
Partición Descomponer la especificación inicial en subproblemas Verificar que la estructura obtenida resuelve el problema, asumiendo que los componentes están resueltos correctamente.
Refinamiento Proceder de la misma forma con los componentes Aún no implementados
Abstracción
Queremos los programas de computadora para resolver problemas
En el enunciado de los problemas se manejan conceptos "abstractos" Ej: número entero, matriz de reales, cliente
Construir programas para resolver problemas dados involucra representar conceptos abstractos en términos del lenguaje de programación
Complejidad de la Programación
inherente a los problemas
proceso de construcción de los programas
Abstracción
El proceso sigue refinando conceptos "abstractos" hasta alcanzar el nivel del lenguaje de máquina. Ciertas clases de estos refinamientos pueden realizarse Automáticamente. Entonces es posible definir lenguajes de programación más abstractos Lenguajes de alto nivel (de abstracción) donde son primitivos ciertos conceptos abstractos. Hay un programa (compilador) que produce representaciones de esos conceptos.
Paradigmas de Programación
Lenguajes de Programación
Existen docenas de lenguajes de programación, y se sigue creando nuevos.
Cada uno tiene sus propias preferencias en cuanto al estilo de programación
Paradigmas de Programación
Cualidades de un Lenguaje
Expresividad (que el numero máximo de problemas se puedan expresar con este lenguaje)
Facilidad del aprendizaje
Portabilidad (que pueda compilar en maquinas de bajo costo, en diferentes SO)
Cualidad de la implementación
Factores económicos
Tipo y cantidad de paradigmas que soporta.
Paradigmas de Programación
Programación Imperativa
Es el paradigma que surgió mas naturalmente al desarrollo de las computadoras : las maquinas están físicamente construidas para ejecutar series de instrucciones maquinas Se concibieron abstracciones de esas instrucciones o combinaciones de ellas para dar lugar a lenguajes de mas alto nivel. La idea central es el estado del programa que va cambiando por las operaciones que se ejecutan.
Paradigmas de Programación
Programación Procedural
Para cumplir una tarea dada, descomponemos todo en sub-tareas de calculo que se cumplen sucesivamente para alcanzar la meta (procedimientos, funciones).
Mas modularidad, permite mejor re-utilización del código.
Ejemplo: C, Basic…
Paradigmas de Programación
Programación Funcional
En la programación funcional, como lo indica su nombre, la entidad básica es la función. Se intenta evitar referencias a variables.
Ejemplos de Lenguajes : Lisp, Haskell, …
Utilizado en IA.
Paradigmas de Programación
Programación Lógica
En este paradigma, se consideran principalmente predicados y reglas lógicas que alimentan una base de conocimientos. Ejecutar un programa, en este caso, es evaluar o un predicado o dar valores para que un predicado es verdadero.
Paradigmas de Programación
Programación Orientada a Objetos
La Programación Orientada a Objetos (POO , OOP) es un paradigma de programación que usa objetos y sus interacciones para diseñar aplicaciones y programas de computadora. Está basado en varias técnicas, incluyendo herencia, modularidad, polimorfismo y encapsulamiento
Lenguajes de Programación
En lenguaje de programación se puede clasificar también según la forma de ejecución de los programas escritos en el.
Interpretado
Compilado
Lenguajes de Programación
En un lenguaje interpretado, el código es convertido en instrucciones ejecutables por el microprocesador al momento mismo de la ejecución. Necesita un programa interprete. La CPU ejecuta las instrucciones del interprete.
Ejemplos : Python, JavaScript, prolog, Java,…
En un lenguaje compilado, el código es traducido en
instrucciones ejecutables una vez por todas.
Ejemplos : C( pero existen también versiones interpretadas),Pascal, Modula-2,….
Compilación
Compilador
Programa informático que traduce un programa escrito en un lenguaje de programación a otro lenguaje de programación, generando un programa equivalente que la máquina será capaz de interpretar. Usualmente el segundo lenguaje es código máquina, pero también puede ser simplemente texto. Este proceso de traducción se conoce como compilación.
Compilación
Permite traducir el código fuente de un programa en lenguaje de alto nivel, a otro lenguaje de nivel inferior (típicamente lenguaje máquina).
El programador puede diseñar un programa en un lenguaje mucho más cercano a como piensa un ser humano, para luego compilarlo a un programa más manejable por una computadora.
Compilación
Principio de compilación separada:
A menudo, los programas usan componentes que son construidos en forma totalmente independiente Ej: funciones de biblioteca
Si cambiamos la implementación de una función de biblioteca, no queremos tener que recompilar todos los programas que usan esa función
El programa y (ciertos) componentes auxiliares son compilables separadamente
Compilación
Compilación en C/C++
-El preprocesador, trabaja con el código fuente y lo preprocesa.(Está fase esta presente en el lenguaje C/C++ y no en todos los lenguajes)
-El compilador transforma el código fuente y genera código ensamblador (Assembly).
-El ensamblador convierte el código assembler en lenguaje de maquina obteniendo un archivo objeto (.o)
-El linker combina varios archivos objeto para generar el ejecutable.
Referencias
http://www.fing.edu.uy/inco/cursos/prog2
http://es.wikipedia.org/wiki/Programaci%C3%B3n_orientada_a_objetos
http://es.wikipedia.org/wiki/Compilador
www.cimat.mx/~jbhayet
Wirth, N. Algoritmos y Estructuras de Datos. Prentice-Hall. 1987.