El lenguaje de programación C

EL lenguaje C es el resultado de un proceso de desarrollo que inició con un lenguaje denominado BCPL escrito por Martin Richards. Este influenció a otro llamado B (inventado por Ken Thompson). En los años 70’s para el primer sistema UNIX en un DEC PDP-7; éste lenguaje llevó a la aparición de C. El primer compilador de C fue escrito por Kernighan y Dennis Ritchie en 1972 en la ATT para un DEC PDP-11 y escribió el propio sistema operativo en C.

Con la popularidad de las microcomputadoras muchas compañías comenzaron a implementar su propio C por lo cual surgieron discrepancias entre sí. Por esta razón el ANSI (American National Standars Institute), estableció un comité en 1983 para crear una definición no ambigua del lenguaje C e independiente de la máquina que pudiera utilizarse en todos los tipos de C. Algunos de las C existentes son:

• Ansi C
• Zortech C++
• Quick C
• C++
• Turbo C
• Turbo C++
• Borland C
• Microsoft C
• Visual C
• C Builder

C es un lenguaje de programación de nivel medio ya que combina los elementos del lenguaje de alto nivel con la funcionalidad del ensamblador. Su característica principal es ser portable, es decir, es posible adaptar los programas escritos para un tipo de computadora en otra. Otra de sus características principales es el ser estructurado. El lenguaje C inicialmente fue creado para la programación de:

• Sistemas operativos
• Intérpretes
• Editores
• Ensambladores
• Compiladores
• Administradores de bases de datos

Actualmente, debido a sus características, puede ser utilizado para todo tipo de programas.

Traductores de programas

Los traductores son programas que traducen los programas en código fuente, escritos en lenguajes de alto nivel, a programas escritos en lenguaje máquina. Los traductores pueden ser de dos tipos: compiladores e interpretes

Compiladores

Un compilador es un programa que traduce un programa escrito en un lenguaje de programación, llamado lenguaje fuente, a otro lenguaje de programación, llamado lenguaje objeto, generando un programa equivalente que la máquina será capaz de interpretar. Usualmente el segundo lenguaje es lenguaje de máquina, pero también puede ser simplemente texto.

Además el compilador realiza una comprobación de errores en el programa, es decir, revisa que todo este en orden por ejemplo variables e instrucciones bien definidas, revisa todo lo referente a cuestiones sintácticas. Está fuera del alcance del compilador verificar que el algoritmo utilizado en el programa funcione bien. A este proceso de traducción se le conoce como compilación. La siguiente figura ilustra el proceso de compilación descrito.

De esta manera un programador puede diseñar un programa en un lenguaje mucho más cercano a como piensa un ser humano, para luego compilarlo a un programa manejable por una computadora.

Entrando en más detalle un programa se captura en un editor, el cual produce un programa fuente, que a su vez es compilado obteniendo un archivo parcial (un programa objeto) que tiene extensión .obj luego el compilador invoca al montador linker que convierte el programa objeto en un programa ejecutable con extensión .exe que como ya sabemos es un archivo que esta en formato binario (ceros y unos) y que puede funcionar por sí solo. La siguiente figura muestra los pasos que se suceden para obtener un programa ejecutable desde el código fuente:

Intérpretes

Un intérprete es un programa capaz de analizar y ejecutar programas escritos en un lenguaje de alto nivel. Los intérpretes se diferencian de los compiladores en que mientras los compiladores traducen un programa desde un lenguaje de programación a código máquina, los primeros (los interpretes) sólo realizan la traducción a medida que sea necesario, típicamente, instrucción por instrucción, y normalmente no guardan el resultado de dicha traducción. La siguiente figura describe el proceso realizado por un intérprete.

Los programas interpretados suelen ser más lentos que los compilados debido a la necesidad de traducir el programa mientras se ejecuta, pero a cambio son más flexibles como entornos de programación y depuración (lo que se traduce, por ejemplo, en una mayor facilidad para reemplazar o agregar partes enteras a un programa), y permiten ofrecer al programa interpretado un entorno independiente de la máquina donde se ejecuta el intérprete (lo que se conoce comúnmente como máquina virtual).

Comparando su actuación con la de un ser humano, un compilador equivale a un traductor profesional que, a partir de un texto, prepara otro independiente traducido a otra lengua, mientras que un intérprete corresponde al intérprete humano, que traduce de viva voz las palabras que oye, sin dejar constancia por escrito.

Puesta a punto de un programa

La puesta a punto del programa hace referencia a la localización, verificación y corrección de errores de programación para obtener un programa que funcione correctamente. La puesta a punto consta de las siguientes etapas:

1. Detección de errores. Esta etapa ocurre al compilar o ejecutar un programa. Sirve para verificar que el programa está bien escrito (al compilar) y que devuelve resultados correctos (al ejecutar).
2. Depuración de errores. Esta fase consta de dos partes:
   • Localización. Consiste en ubicar la(s) línea(s) de código que está(n) mal escrita(s) o que está(n) produciendo resultados incorrectos.
   • Eliminación. Una vez ubicado el error se prosigue a corregirlo.
3. Prueba del programa. Después de ubicar y corregir los errores se debe comprobar que los cambios fueron pertinentes. En caso de encontrar o producir nuevos errores se debe volver al paso 1.

Los errores típicos que se presentan en un programa son:

• Errores de sintaxis
• Errores de lógica

Errores de sintaxis

Los errores de sintaxis se originan en el momento de compilación/interpretación del programa y se deben a causas propias de la sintaxis del lenguaje como escrituras incorrectas de instrucciones, omisión de signos, etc. Estos errores se descubren con facilidad.

Errores de lógica

Los errores en la lógica del programa pueden ser producidos en la fase de compilación o ejecución. Los que suceden durante la ejecución de un programa, normalmente, son más difíciles de detectar. Se pueden observar dos categorías: los que detienen la ejecución del programa y los que no la detienen, pero que producen resultados erróneos.

• Por ejemplo: si se tiene la asignación r = s / c y c es cero, se produce un error de división por cero. Muchos de los errores lógicos solo se manifiestan en el momento de la ejecución; por ello se denominan también errores de ejecución.
• Un ejemplo más puede ocurrir con la asignación l = 2 * p * r. Si se omite el segundo símbolo del producto, la instrucción se convierte en l = 2 * pr, la omisión de este símbolo no se reconoce como error de sintaxis en la fase de compilación o interpretación, pero daría resultados erróneos al ejecutarse.

Elementos básicos de un programa

En el ámbito general, un programa codificado o escrito bajo cualquier lenguaje de programación estructurado consta básicamente de dos secciones:

• Sección de encabezado
• Sección de cuerpo de programa

La sección de encabezado

La sección de encabezado es usada para declarar las variables y/o constantes (con sus respectivos tipos) que se vayan a utilizar en el programa, así como también el nombre de las funciones y/o procedimientos[^3] que ejecutarán las instrucciones de los algoritmos que incluye dicho programa. Además en esta sección se declaran los archivos de inclusión (archivos generalmente con extensión .h hablando de lenguaje C) que permiten el uso de algunas funciones que son necesarias para el desarrollo del programa. Igualmente se especifican las estructuras de datos complejas que se vayan a manejar.

La sección de cuerpo de programa

En la sección cuerpo de programa realmente se describen todos los procedimientos y/o funciones que se van a ejecutar dentro del programa así como también el código del programa principal. En un cuerpo de programa es obligatorio que haya una parte principal delimitada por Begin ... End para Pascal ó void main() { ... } para lenguaje C, mientras que los procedimientos y/o funciones son opcionales.

Elementos de un programa en C

El siguiente ejemplo ilustra algunos de los componentes que con mayor frecuencia se usan cuando se trata de codificar programas utilizando el lenguaje de programación C.

 #include<stdio.h>

 /**
  * Programa que lee un numero ingresado por teclado
  * y lo muestra en pantalla
  */
 void main() {
    int numero;
    printf("Digite un numero entre 1 y 100");
    scanf("%d",&numero);
    printf("\n El numero que ingresó es: %d",numero);
 }

En las secciones siguientes se explican cada una de las partes de este ejemplo.

La directiva #include

La directiva #include da instrucciones al compilador C para que añada el contenido de un archivo de inclusión al programa durante la compilación. Un archivo de inclusión es un archivo contiene información necesaria para el compilador. Varios de estos archivos (algunas veces llamados archivos de encabezado) se proporcionan con el compilador. Nunca se necesita modificar la información de estos archivos y esta es la razón por la cual se mantienen separados del código fuente. Todos los archivos de inclusión deben tener la extensión .h por ejemplo #include <stdio.h>. En el caso del archivo de inclusión stdio.h le indica al compilador que se han incluido funciones estándares std de entrada i = input y salida o = output que podrá utilizar en el desarrollo del programa por ejemplo funciones como printf() y scanf().

La directiva #include, en este programa de ejemplo, significa "añada el contenido del archivo stdio.h".

La función main

La palabra main es muy importante y debe aparecer solo una vez en todo programa C. En C, todo el código está basado en funciones. El programa principal no es la excepción. main() indica el comienzo de la función principal del programa la cual se delimita con llaves. Este componente es obligatorio en cualquier programa que se compile con lenguaje C. En su forma simple la función main consiste en la palabra void, la cual indica que la función main no devuelve ningún valor como resultado, seguida de la palabra main, la cual representa el nombre de la función, seguida de paréntesis () y las instrucciones que ejecutan se encuentran demarcadas por las dos llaves { para indicar Inicio y } para indicar Fin.

Definición de identificadores

Un identificador es un nombre asignado a una posición de almacenamiento de datos (variable o constante). El programa utiliza variables para guardar varios tipos de datos durante la ejecución del programa. En C, una variable debe definirse antes de que pueda ser usada. Una definición de variable le informa al compilador el nombre de la variable y el tipo de datos que va a guardar. En el programa de ejemplo la definición de la línea int numero; define una variable, llamada numero que guardará un valor de tipo entero.

Las variables se pueden declarar en la zona de encabezado de un programa o al inicio de una función o un procedimiento. Dos reglas se deben tener en mente cuando se definen los identificadores son:

1. El "tamaño" de los caracteres alfabéticos es importante. Usar PRINCIPAL para el nombre de una variable en C, no es lo mismo que usar principal, como tampoco es lo mismo que usar PrInCiPaL. Las tres palabras se refieren a variables o identificadores diferentes.
2. De acuerdo al estándar ANSI-C, al darle nombre a un identificador solo serán significativos los primeros 31 caracteres, todo caracter mas allá de este límite será ignorado por cualquier compilador que cumpla la norma ANSI-C

Un elemento importante es el símbolo de subrayado _ que puede utilizarse como parte del nombre de una variable. Debido a que una gran parte de los escritores de compiladores utilizan el subrayado como primer carácter para los nombres de variables internas de sistema, es aconsejable evitar el uso del subrayado para iniciar un identificador y así evitar la posibilidad de una confusión de nombres en la etapa de compilación. Los identificadores con doble subrayado __ están reservados para uso del compilador así como los identificadores que empiezan con un subrayado seguido de una letra mayúscula, por ejemplo _A. Esto es importante, respetar ésta sencilla regla evitará depurar errores innecesarios.

Tipos de datos en C

Para definir un identificador en C es necsario especificar su tipo de dato. Los identificadores de tipos de datos, son un subconjunto de identificadores que en cualquier lenguaje de programación se conocen como palabras reservadas. Dichas palabras reservdas son de uso exclusivo del compilador y no pueden usarse como identificadores de variables y constantes. Los tipos de datos definidos en C son:

• int Indica un tipo de dato entero con signo de 16, 32 ó 64 bits, dependiendo del compilador. En sistemas de 16 bits su rango de valores es de -32768 a 32767. Para sistemas de 32 bits el rango es de -2147483648 a 2147483647. En sistemas de 64 bits el rango será de 1.7+-308. Actualmente son muy pocos los compiladores con capacidad de manejar datos de tipo int de 64 bits, lo usual son sistemas de 16 ó 32 bits.
• float Permite almacenar un número real de 32 bits cuyo rango va de 3.4+-38. Generalmente su precisión es de 7 dígitos.
• char Un tipo de dato específico para manejo de caracteres de 8 bits de rango igual a -128 a 127.

Existen más tipos definidos en C pero por el momento solo será necesario usar los tipos aquí descritos.

La función printf()

La función printf() es una función de la biblioteca stdio.h que despliega información en la pantalla. Acepta un string de formato y cualquier número de argumentos. Estos argumentos se aplican a cada uno de los especificadores de formato contenidos en format. Un especificador de formato toma la forma: %F, donde F indica el tipo de datos al que se debe dar formato.

El tipo puede ser:

%d, para números enteros %f para números reales y %c para caracteres.

Por ejemplo,

printf("Este es un mensaje simple");
printf("Se muestra un numero entero %d", numeroEntero);
printf("Se muestra un numero real %f", numeroReal);
printf("Se muestra un numero entero %c", caracter);

La función scanf()

La función scanf() es otra función de la librería o biblioteca stdio.h. Ella lee datos desde el teclado y asigna los datos a una o más variables del programa.

Por ejemplo: scanf("%d", &a); lee un valor entero y este es asignado a la dirección en memoria de la variable a.

Estilo de Programación

No basta con escribir un programa que funcione, el código tiene que estar bien escrito. Muchas veces se escribe el código pensando que la única persona que lo modificará es el mismo programador. Y cuando llega alguien más, y comienza a revisar el código, comienzan los problemas.

Que un programa funcione o no, es en buena medida independiente de que esté bien o mal escrito. No obstante:

1. Un programa mal escrito tiene una probabilidad mayor de no funcionar correctamente. Un buen estilo facilita la corrección.
2. Es muy difícil depurar un programa mal escrito.
3. Es muy costoso mantener un programa mal escrito.

Estos problemas se solucionan adoptando un estilo de programación. El estilo de programación (también llamado estándar de código o convención de código) es un término que describe, en ciertos lenguajes de programación, un acuerdo para escribir el código fuente de un programa con un mismo formato.

Al igual que cuando aprendemos redacción literaria, una forma excelente de adquirir un buen estilo es leer textos ajenos. Es por ello que se recomienda la lectura, y el estudio, de programas existentes. Un programa puede escribirse con mejor o peor estilo.

El buen estilo, al tratarse de algo subjetivo, es difícil de categorizar concretamente; con todo, existen un número de características generales. Con el advenimiento del software que da formato al código fuente de forma automática, el foco en cómo éste debe de ser escrito debe evolucionar de forma más amplia a la elección de nombres, lógica y otras técnicas.

Podemos clasificar los elementos a los que da formato el estilo de programación de la siguiente forma:

Identificadores apropiados

Una pieza clave para un buen estilo es la elección apropiada de identificadores. Los identificadores pobremente nombrados dificultan la lectura del código fuente y su comprensión. Se recomienda que un identificador contenga al menos una palabra completa y que cuando más incluya tres.

Estilo de indentación

Indentación es un anglicismo de uso común en programación. Por indentación se entiende mover un bloque lógico de código hacia la derecha insertando espacios o tabuladores para separarlo de los delimitadores de bloques, (por ejemplo las llaves en C). La indentación es también un punto clave del buen estilo. Usando un estilo lógico y consistente hace que el código sea más legible.

En las siguientes secciones se detallará parte del estilo de programación de Java, se ha elegido utilzarlo porque Java está basado en C y por ser un lenguaje muy difundido que se sigue utilizando.

Indentación

Se deben usar cuatro espacios como la unidad de indentación.

Tamaño de la línea

Se deben evitar las líneas mayores a 80 caracteres. El tamaño de las líneas de documentación deben ser ligeramente menor al de las líneas de código, no deben ser mayores a los 70 caracteres.

División de líneas

Cuando una expresión no quepa en una sola línea se debe dividir de acuerdo a las siguientes reglas:

• Divida después de una coma.
• Divida antes de un operador.
• Indente la línea nueva al inicio de la expresión al mismo nivel que la línea anterior.
• Si las reglas anteriores producen código confuso que se encuentre muy a la derecha, indente sólo con 8 espacios.

Oberve los siguientes ejemplos:

nombreLargo1 = nombreLargo2 * nombreLargo3 + nombreLargo4
               + 4 * nombreLargo5

printf("Ejemplo de linea larga dividida en %d partes",
        variasPartes);

Comentarios

Los comentarios forman parte de la documentación interna de un programa. Se distinguen dos tipos de comentarios: comentarios de implementación y comentarios de documentación. Los comentarios de implementación son aquellos que están delimitados por /* ... */ y //. Los comentarios de documentación están delimitados por /** ... */ y son nativos de Java.

Comentarios de implementación

Los comentarios de implementación son un medio para comentar código y explicar los detalles de la implementación.

Comentarios de documentación

Los comentarios de documentación están diseñados para describir la especificación del código sin tomar en cuenta la implementación. Están dirigidos a desarrolladores que podrían no contar con el código fuente.

Los comentarios se deben usar para dar describir brevemente código y proporcionar información adicional que no se encuentra disponible de manera obvia en el código. Los comentarios sólo deben tener información relevante para la comprensión del programa.

Nota: La frecuencia de los comentarios refleja con frecuencia código de mala calidad. Cuando se sienta la necesidad de agregar un comentario, se debe considerar la posibilidad de reescribir el código a fin de hacerlo más claro.

Comentarios de implementación

Los programas pueden tener cuatro tipos de comentarios de implementación: de bloque, de una sola línea, de seguimiento y de fin de línea.

Comentarios de bloque

Los comentarios de bloque se usan para proporcionar descripciones de programas, funciones, estructuras de datos y algoritmos. Estos comentarios deben aparecer al inicio de un archivo fuente y antes de cada función.

También pueden usarse en otros lugares, por ejemplo adentro de las funciones. Los comentarios de bloque dentro de una función deben indentarse al mismo nivel del código que describen. Este tipo de comentarios deben iniciarse con una línea en blanco para separarlos del resto del código. Estos comentarios inician cada línea con un asterisco

/*
 * Este es un comentario de bloque
 * que ocupa mas de una linea
 */

Comentarios de una línea

Se pueden escribir comentarios cortos en una sóla línea indentada al mismo nivel que el código que se comenta. Si un comentario no se puede escribir en una sola línea, se debe seguir el formato de bloque. Un comentario de una línea debe estar precedido por una línea en blanco.

/* Este es un comentario de una sola linea */

Comentarios de seguimiento

Algunos comentarios muy pequeños pueden aparecer en la misma línea que el código que describen, pero deben separarse lo suficiente para distinguirlos del código. Si hay más de un comentario corto dentro del mismo bloque, todos deben indentarse a la misma altura. Se debe evitar comentar cada línea de código.

area = lado * lado;    /* Se calcula el area del cuadrado */

Comentarios de fin de línea

El delimitador de comentario // inicia un comentario de una línea completa o un comentario de fin de línea. Puede comentar una línea completa de código o sólo parte de la línea. No debe usarse en varias líneas consecutivas.

suma = a + b;   // Se realiza la suma
// Se muestra el resultado en pantalla
printf("Es resultado de la suma es: %d", suma);

Comentarios de documentación

Los comentarios de documentación describen funciones. Cada comentario se coloca dentro de los delimitadores /** ... */. Este comentario debe aparecer antes de la declaración de una función. En el siguiente ejemplo aparece antes de la función main().

/**
 * Este programa resuelve el siguiente problema: ...
 */
void main() {
    ...
}

Los comentarios de documentación no deben colocarse dentro de una función.

Declaraciones

A continuación se describen las reglas que se deben seguir al declarar variables. Se revisarán aspectos tales como: dónde declarar e inicializar variables.

Declaración por línea

Se recomienda una declaración por línea dado que fomenta la inclusión de comentarios. Por ejemplo:

int nivel;   // Almacena el nivel de indentacion
int tamano;  // Tamano de la tabla

No se deben colocar tipos distintos en la misma línea, por ejemplo:

int edad; float promedio;

Ubicación

Coloque las declaraciones solo al inicio de bloques de código. Un bloque de código es cualquier conjunto de instrucciones rodeadas de "llaves" { y }. No espere a declarar las variables hasta antes de usarlas esto puede confundir a otros programadores, observe el siguiente ejemplo:

void main() {
    int edad; // inicio del bloque de la funcion main

    ...       // el resto de las instrucciones
}

Inicialización

Trate de inicializar las variables locales donde se declaran. La única razón para no hacerlo es que el valor inicial de la variable dependa del resultado de alguna operación posterior a la declaración. Por ejemplo;

void main() {
    int edad = 0; // se declara e inicializa "edad"

    ...       // el resto de las instrucciones
}

Espacio en blanco

En esta sección se describen las reglas para colocar líneas y espacios en blanco dentro del código.

Líneas en blanco

Las líneas en blanco mejoran la legibilidad del código, separando las secciones de código que están relacionadas lógicamente.

Se debe dejar una línea en blanco bajo las siguientes circunstancias:

• Entre funciones.
• Entre la declaración de variables en una función y la primera línea de código.
• Antes de un comentario de bloque o de una sola línea

Espacios en blanco

Se debe colocar un espacio en blanco en las siguientes circunstancias:

• Se debe colocar un espacio en blanco despues de una coma.
• Todos los operadores binarios deben separarse de sus operadores.

Ejemplo de programa completo

Los programas escritos en C, hasta ahora, deben seguir el siguiente orden:

1. Directivas para agregar archivos de inclusion.
2. Comentario de documentación para la función main.
3. La función main, la cual se puede dividir en las siguientes secciones:
   • Declaración e inicializaci’on de variables, cada variable debe ir seguida de un comentario de seguimiento que explique la función y/o significado de la variable dentro del programa.
   • Grupo de instrucciones de lectura de variables de entrada, antecedidas de un comentario de una sola línea o de bloque, que indique que variables se van a leer.
   • Grupo de instrucciones de proceso, las cuales deben explicarse usando un comentario de una sola línea o de bloque.
   • Grupo de instrucciones de salida en pantalla, las cuales se comentan del mismo modo que los dos grupos de instrucciones descritos anteriormente.

Observe el siguiente ejemplo, note que incluye cada una de las partes mencionadas con anterioridad.

#include<stdio.h>
#include<conio.h>

/**
 * Este programa resuelve el siguiente problema:
 * Escriba un programa que calcule el área de un
 * rectángulo
 */
void main() {
  float base;   /* El valor de la base en metros */
  float altura; /* El valor de la altura en metros */
  float area;   /* El valor del area en metros */

  clrscr();

  /* Se leen los valores de la base y la altura */
  printf("Ingrese el valor de la base:");
  scanf("%f", &base);
  printf("Ingrese el valor de la altura:");
  scanf("%f", &altura);

  /* Se calcula el area */
  area = base * altura;

  /* Se muestra el valor del area */
  printf("El area es de %d metros", area);

  getch();
}