Programación en C, C++, Java y UML

801 Pages·2014·6.488 MB·Spanish

by  Luis Joyanes Aguilar, Ignacio Zahonero

Programación en C,
C++, Java y UML
Programación en C,
C++, Java y UML
Segunda edición
Luis Joyanes Aguilar
Catedrático de Lenguajes y Sistemas Informáticos
Universidad Pontificia de Salamanca
Ignacio Zahonero Martínez
Profesor Asociado de Programación y Estructura de Datos
Universidad Pontificia de Salamanca
(cid:46)(cid:173)(cid:57)(cid:42)(cid:36)(cid:48)(cid:1)(cid:114)(cid:1)(cid:35)(cid:48)(cid:40)(cid:48)(cid:53)Á(cid:1)(cid:114)(cid:1)(cid:35)(cid:54)(cid:38)(cid:47)(cid:48)(cid:52)(cid:1)(cid:34)(cid:42)(cid:51)(cid:38)(cid:52)(cid:1)(cid:114)(cid:1)(cid:36)(cid:34)(cid:51)(cid:34)(cid:36)(cid:34)(cid:52)(cid:1)(cid:114)(cid:1)(cid:40)(cid:54)(cid:34)(cid:53)(cid:38)(cid:46)(cid:34)(cid:45)(cid:34)(cid:1)(cid:114)(cid:1)(cid:46)(cid:34)(cid:37)(cid:51)(cid:42)(cid:37)(cid:1)(cid:114)(cid:1)(cid:47)(cid:54)(cid:38)(cid:55)(cid:34)(cid:1)(cid:58)(cid:48)(cid:51)(cid:44)
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PROGRAMACIÓN EN C, C++, JAVA Y UML
Segunda edición
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ISBN: 978-607-15-1212-3
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ARR 05/14
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Impreso en México Printed in Mexico
Contenido
PRÓLOGO xv 1.16 Paradigmas de programación 32
Lenguajes imperativos (procedimentales) 32
Lenguajes declarativos 32
PARTE I
Lenguajes orientados a objetos 33
Resolución de problemas con software 1
Resumen 33
CAPÍTULO 1
CAPÍTULO 2
Fundamentos de computadoras
Algoritmos, programas
y de lenguajes de programación 2
y metodología de la programación 34
Introducción 2
Introducción 34
1.1 Las computadoras en perspectiva 3
2.1 Resolución de problemas con computadoras:
Generaciones de computadoras 3
fases 34
1.2 Las computadoras modernas:
Análisis del problema 35
una breve taxonomía 5
Diseño del problema 36
1.3 Estructura de una computadora 6
Herramientas gráficas y alfanuméricas 37
1.4 Hardware 7
Codificación de un programa 39
Unidad central de proceso (CPU) 8
Compilación y ejecución de un programa 40
Memoria de la computadora 9
Verificación y depuración de un programa 40
Dispositivos de entrada y salida 12
Mantenimiento y documentación 42
Dispositivos de almacenamiento secundario 12
2.2 Algoritmo: concepto y propiedades 42
Dispositivos de comunicación 13
Características de los algoritmos 43
1.5 Software: conceptos básicos y clasificación 13
2.3 Diseño de algoritmos 44
Software de sistema 14
2.4 Escritura de algoritmos 45
Software de aplicaciones 14
2.5 Representación gráfica de los algoritmos 47
1.6 Sistema operativo 15
Pseudocódigo 47
1.7 El lenguaje de la computadora 17
Diagramas de flujo 48
Representación de la información en
Diagramas de Nassi-Schneiderman (N-S) 57
las computadoras (códigos de caracteres) 18
2.6 Metodología de la programación 58
Los lenguajes de programación
Programación modular 58
ensambladores y de alto nivel 18
Programación estructurada 58
El proceso de programación 20
Programación orientada a objetos 60
1.8 Internet y la Web 21
2.7 Herramientas de programación 61
La revolución Web 2.0 22
Editores de texto 61
Social Media 22
Programa ejecutable 62
Desarrollo de programas web 23
Proceso de compilación/ejecución
La Web Semántica y la Web 3.0 23
de un programa 62
1.9 Cloud computing (computación en la nube) 23
Resumen 64
Software como servicio (SaaS) 24
Ejercicios 64
1.10 Movilidad: tecnologías, redes e internet móvil 24
Actividades de aprendizaje 65
Redes inalámbricas 24
Actividades complementarias 66
Redes móviles 25
Sistemas operativos móviles 25
Aplicaciones móviles 25 PARTE II
1.11 Geolocalización y realidad aumentada 26 Programación en C 67
¿Qué es la realidad aumentada? 26
1.12 Internet de las cosas 26
CAPÍTULO 3
1.13 Big data. Los grandes volúmenes de datos 27
1.14 Lenguajes de programación 27 El lenguaje C: elementos básicos 68
Traductores de lenguaje: el proceso Introducción 68
de traducción de un programa 29 3.1 Estructura general de un programa en C 68
La compilación y sus fases 29 Directivas del preprocesador 70
1.15 Evolución de los lenguajes de programación 31 Declaraciones globales 71
vi Contenido
Función main() 72 4.8 Operador coma 116
Funciones definidas por el usuario 72 4.9 Operadores especiales: ( ), [ ] 116
Comentarios 74 El operador ( ) 116
3.2 Creación de un programa 75 El operador [ ] 116
3.3 El proceso de ejecución de un programa en C 76 4.10 Operador sizeof 117
3.4 Depuración de un programa en C 79 4.11 Conversiones de tipos 118
Errores de sintaxis 79 Conversión implícita 118
Errores lógicos 79 Reglas 118
Errores de regresión 80 Conversión explícita 118
Mensajes de error 80 4.12 Prioridad y asociatividad 119
Errores en tiempo de ejecución 80 Resumen 120
3.5 Pruebas 81 Ejercicios 120
3.6 Los elementos de un programa en C 81 Problemas 121
Tokens (elementos léxicos de los programas) 82
Identificadores 82 CAPÍTULO 5
Palabras reservadas 82
Estructuras de selección:
Comentarios 83
sentencias if y switch 123
Signos de puntuación y separadores 83
Archivos de cabecera 83 Introducción 123
3.7 Tipos de datos en C 83 5.1 Estructuras de control 123
Enteros (int) 84 5.2 La sentencia if 124
Tipos de coma flotante (float/double) 85 5.3 Sentencia if de dos opciones: if-else 126
Caracteres (char) 86 5.4 Sentencias if-else anidadas 129
3.8 El tipo de dato logico 87 Sangría en las sentencias if anidadas 130
Escritura de valores lógicos 88 Comparación de sentencias if anidadas
3.9 Constantes 88 y secuencias de sentencias if 131
Constantes literales 88 5.5 Sentencia de control switch 132
Constantes definidas (simbólicas) 91 Caso particular de case 136
Constantes enumeradas 91 Uso de sentencias switch en menús 137
Constantes declaradas const y volatile 91 5.6 Expresiones condicionales: el operador ?: 137
3.10 Variables 92 5.7 Evaluación en cortocircuito de
Declaración 93 expresiones lógicas 138
Inicialización de variables 94 5.8 Puesta a punto de programas 139
Declaración o definición 95 Estilo y diseño 139
3.11 Duración de una variable 95 5.9 Errores frecuentes de programación 140
Variables locales 95 Resumen 142
Variables globales 96 Ejercicios 142
3.12 Entradas y salidas 97 Problemas 144
Salida 97
Entrada 99 CAPÍTULO 6
Salida de cadenas de caracteres 100 Estructuras de control: bucles 145
Entrada de cadenas de caracteres 100
Introducción 145
Resumen 101
6.1 Sentencia while 145
Ejercicios 102
Operadores de incremento y decremento
(++,−−) 148
CAPÍTULO 4
Terminaciones anormales de un bucle
Operadores y expresiones 103 (ciclo o llave) 149
Introducción 103 Diseño eficiente de bucles 149
4.1 Operadores y expresiones 103 Bucles while con cero iteraciones 150
4.2 Operador de asignación 104 Bucles controlados por centinelas 150
4.3 Operadores aritméticos 105 Bucles controlados por indicadores (banderas) 151
Asociatividad 107 La sentencia break en los bucles 152
Uso de paréntesis 107 Bucles while (true) 153
4.4 Operadores de incrementación 6.2 Repetición: el bucle for 154
y decrementación 108 Diferentes usos de bucles for 158
4.5 Operadores relacionales 111 6.3 Precauciones en el uso de for 159
4.6 Operadores lógicos 112 Bucles infinitos 160
Asignaciones booleanas (lógicas) 114 Los bucles for vacíos 161
4.7 Operador condicional ?: 115 Sentencias nulas en bucles for 161
Contenido vii
Sentencias break y continue 162 7.14 Funciones recursivas 210
6.4 Repetición: el bucle do-while 163 Recursividad indirecta: funciones
Diferencias entre while y do-while 164 mutuamente recursivas 211
6.5 Comparación de bucles Condición de terminación de la recursión 213
while, for y do-while 165 7.15 Recursión versus iteración 213
6.6 Diseño de bucles 165 Directrices en la toma de decisión
Final de un bucle 166 iteración/recursión 214
Bucles for vacíos 167 7.16 Recursión infinita 215
6.7 Bucles anidados 168 Resumen 216
6.8 Enumeraciones 170 Ejercicios 217
Resumen 172 Problemas 219
Ejercicios 172
Problemas 174 CAPÍTULO 8
Arreglos (arrays), listas y tablas. Cadenas 221
CAPÍTULO 7
Introducción 221
Funciones y recursividad 176 8.1 Arreglos (arrays) 222
Introducción 176 Declaración de un arreglo o array 222
7.1 Concepto de función 177 Subíndices de un arreglo 223
7.2 Estructura de una función 178 Almacenamiento en memoria de los arreglos
Nombre de una función 179 (arrays) 224
Tipo de dato de retorno 180 El tamaño de los arreglos 225
Resultados de una función 180 Verificación del rango del índice de un arreglo 225
Llamada a una función 181 8.2 Inicialización de un arreglo (array) 225
7.3 Prototipos de las funciones 184 8.3 Arreglos multidimensionales 228
Prototipos con un número no especificado Inicialización de arreglos multidimensionales 229
de parámetros 186 Acceso a los elementos de los arreglos
7.4 Parámetros de la función 187 bidimensionales 230
Paso de parámetros por valor 188 Lectura y escritura de elementos de arreglos
Paso de parámetros por referencia 189 bidimensionales 230
Diferencias entre paso de variables Acceso a elementos mediante bucles 231
por valor y por referencia 189 Arreglo de más de dos dimensiones 232
Parámetros const de una función 191 Proceso de un arreglo de tres dimensiones 233
7.5 Funciones en línea, macros con argumentos 191 8.4 Utilización de arreglos como parámetros 234
Creación de macros con argumentos 193 Precauciones 237
7.6 Ámbito (alcance) de una variable 194 Paso de cadenas como parámetros 238
Ámbito del programa 194 8.5 Concepto de cadena 238
Ámbito del archivo fuente 195 Declaración de variables de cadena 239
Ámbito de una función 195 Inicialización de variables de cadena 240
Ámbito de bloque 195 8.6 Lectura de cadenas 241
Variables locales 196 Función gets( ) 241
7.7 Clases de almacenamiento 196 Función getchar( ) 243
Variables automáticas 196 Función putchar( ) 243
Variables externas 196 Función puts( ) 244

Variables registro 197 8.7 La biblioteca string.h 245
Variables estáticas 197 Utilización del modificador const
7.8 Concepto y uso de funciones de biblioteca 198 con cadenas 245
7.9 Funciones de carácter 199 8.8 Arreglos y cadenas como parámetros
Comprobación alfabética y de dígitos 199 de funciones 245
Funciones de prueba de 8.9 Asignación de cadenas 247
caracteres especiales 201 Función strncpy( ) 248
Funciones de conversión de caracteres 201 8.10 Longitud y concatenación de cadenas 249
7.10 Funciones numéricas 202 Función strlen( ) 249
Funciones matemáticas de carácter general 202 Funciones strcat( ) y strncat( ) 249
Funciones trigonométricas 204 8.11 Comparación de cadenas 250
Funciones logarítmicas y exponenciales 204 Función strcmp( ) 250
Funciones aleatorias 205 Función strncmp( ) 251
7.11 Funciones de utilidad 206 8.12 Conversión de cadenas a números 251
7.12 Visibilidad de una función 208 Función atoi( ) 251
7.13 Compilación separada 208 Función atof( ) 252
viii Contenido
Función atol( ) 252 10.9 Tamaño de estructuras y uniones 295
Función strtol( ) y strtoul( ) 253 Resumen 296
Función strtod( ) 254 Ejercicios 296
Entrada de números y cadenas 255 Problemas 297
Resumen 256
Ejercicios 256 CAPÍTULO 11
Problemas 258 Apuntadores (punteros) 299
Introducción 299
CAPÍTULO 9 11.1 Direcciones en memoria 300
Algoritmos de ordenación y búsqueda 260 11.2 Concepto de apuntador (puntero) 301
Declaración de apuntadores 302
Introducción 260
Inicialización (iniciación) de apuntadores 303
9.1 Ordenación 260
Indirección de apuntadores 304
9.2 Ordenación por burbuja 261
Apuntadores y verificación de tipos 305
Algoritmo de la burbuja 262
11.3 Apuntadores NULL y void 306
Codificación del algoritmo de la burbuja 263
11.4 Apuntadores a apuntadores 307
Análisis del algoritmo de la burbuja 264
11.5 Apuntadores y arreglos 308
9.3 Ordenación por selección 265
Nombres de arreglos como apuntadores 308
Algoritmo de selección 266
Ventajas de los apuntadores 308
Codificación del algoritmo de selección 266
11.6 Arreglos (arrays) de apuntadores 309
9.4 Ordenación por inserción 266
Inicialización de un arreglo de apuntadores
Algoritmo de ordenación por inserción 266
a cadenas 310
Codificación del algoritmo de inserción 267
11.7 Apuntadores a cadenas 310
9.5 Ordenación rápida (quicksort) 267
Apuntadores versus arreglos 310
Algoritmo quicksort 269
11.8 Aritmética de apuntadores 311
Codificación del algoritmo quicksort 270
Una aplicación de apuntadores:
Análisis del algoritmo quicksort 272
conversión de caracteres 312
9.6 Búsqueda en listas: búsqueda secuencial
11.9 Apuntadores constantes frente
y binaria 273
a apuntadores a constantes 313
Búsqueda binaria 273
Apuntadores constantes 313
Algoritmo y codificación de la búsqueda
Apuntadores a constantes 314
binaria 273
Apuntadores constantes a constantes 315
Análisis de los algoritmos de búsqueda 275
11.10 Apuntadores como argumentos
Resumen 277
de funciones 316
Ejercicios 277
11.11 Apuntadores a funciones 317
Problemas 278
Inicialización de un apuntador a una función 318
11.12 Apuntadores a estructuras 321
CAPÍTULO 10 11.13 Asignación dinámica de la memoria 322
Estructuras y uniones 280 Almacén libre (free store) 322
11.14 Función de asignación de memoria
Introducción 280
malloc( ) 322
10.1 Estructuras 280
Asignación de memoria de un tamaño
Declaración de una estructura 281
desconocido 326
Definición de variables de estructuras 282
Uso de malloc( ) para arreglos
Uso de estructuras en asignaciones 283
multidimensionales 326
Inicialización de una declaración de estructuras 283
11.15 La función free( ) 327
El tamaño de una estructura 284
11.16 Funciones de asignación de memoria
10.2 Acceso a estructuras 285
calloc( ) y realloc( ) 328
Almacenamiento de información en
Función calloc( ) 328
estructuras 285
Función realloc( ) 330
Lectura de información de una estructura 286
11.17 Reglas de funcionamiento de la asignación
Recuperación de información de una
dinámica 332
estructura 287
Resumen 333
10.3 Sinónimo de un tipo de datos: typedef 287
Ejercicios 334
10.4 Estructuras anidadas 288
Problemas 335
Ejemplo de estructuras anidadas 290
10.5 Arreglos de estructuras 291
CAPÍTULO 12
10.6 Arreglos como miembros 292
Entradas y salidas por archivos 337
10.7 Utilización de estructuras como parámetros 293
10.8 Uniones 294 Introducción 337
Contenido ix
12.1 Flujos 337 Elementos de comportamiento 378
12.2 Apuntador (puntero) FILE 338 Elementos de agrupación 379
12.3 Apertura de un archivo 339 13.8 Especificaciones de UML 379
Modos de apertura de un archivo 340 13.9 Historia de UML 379
NULL y EOF 341 Resumen 381
Cierre de archivos 341 Ejercicios 381
Volcado del buffer: fflush( ) 341
12.4 Funciones de entrada/salida para archivos 342 CAPÍTULO 14
Funciones putc( ) y fputc( ) 342 Diseño de clases y objetos:
Funciones getc( ) y fgetc( ) 343
Representaciones gráficas en UML 383
Funciones fputs( ) y fgets( ) 344
Funciones fprintf( ) y fscanf( ) 345 Introducción 383
Función feof( ) 347 14.1 Diseño y representación gráfica
Función rewind( ) 347 de objetos en UML 384
12.5 Archivos binarios en C 348 Representación gráfica en UML 385
Función de salida fwrite( ) 348 Características de los objetos 386
Función de lectura fread( ) 350 Estado 387
12.6 Funciones para acceso aleatorio 351 Múltiples instancias de un objeto 388
Función fseek( ) 352 Evolución de un objeto 389
Función ftell( ) 353 Comportamiento 389
Cambio de posición: fgetpos( ) y Identidad 391
fsetpos( ) 353 Los mensajes 392
12.7 Datos externos al programa con Responsabilidad y restricciones 393
argumentos de main( ) 355 14.2 Diseño y representación gráfica de
Resumen 358 clases en UML 394
Ejercicios 358 Representación gráfica de una clase 395
Problemas 359 Declaración de una clase 397
Reglas de visibilidad 398
14.3 Declaración de objetos de clases 400
PARTE III
Acceso a miembros de la clase:
Lenguaje unificado de
encapsulamiento 401
modelado UML 2.5 361 Declaración de métodos 403
Tipos de métodos 405
CAPÍTULO 13 Resumen 405
Ejercicios 406
Programación orientada
a objetos y UML 2.5 362
CAPÍTULO 15
Introducción 362
Relaciones entre clases: delegaciones,
13.1 Programación orientada a objetos 363
asociaciones, agregaciones, herencia 409
Objetos 364
Tipos abstractos de datos: Clases 365 Introducción 409
13.2 Modelado e identificación de objetos 367 15.1 Relaciones entre clases 409
Estado 367 15.2 Dependencia 410
Comportamiento 367 15.3 Asociación 411
Identidad 367 Multiplicidad 413
13.3 Propiedades fundamentales de la Restricciones en asociaciones 414
orientación a objetos 368 Asociación cualificada 415
Abstracción 368 Asociaciones reflexivas 415
La abstracción en software 368 Diagrama de objetos 415
Encapsulamiento y ocultación de datos 369 Clases de asociación 416
Herencia 369 Asociaciones ternarias 417
Reutilización o reusabilidad 370 Asociaciones cualificadas 418
Polimorfismo 371 Asociaciones reflexivas 419
13.4 Modelado de aplicaciones: UML 372 Restricciones en asociaciones 419
Lenguaje de modelado 372 15.4 Agregación 421
13.5 Modelado y modelos 373 Composición 422
13.6 Diagramas de UML 2.5 374 15.5 Jerarquía de clases: generalización
13.7 Bloques de construcción (componentes) y especialización 423
de UML 2.5 377 Jerarquías de generalización/
Elementos estructurales 377 especialización 425