5. Técnicas de Simulación 2. Programando C++

5. Técnicas de Simulación
2. Programando C++
Dr. Willy H. Gerber
Instituto de Fisica
Universidad Austral
Valdivia, Chile
Objetivos: Dominar C++ al nivel necesario para poder
armar programas que simulen en base a
Geant4.
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Programa para armar programas
Trabajaremos con Visual Studio 2008
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Programa para armar programas
Creemos un proyecto…
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Programa para armar programas
… en C++ :
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Estructura creada:
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Programa para armar programas
Ejecutar:
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Ejemplo simple
Comencemos con un ejemplo simple:
Comentario (línea que comienza con //)
// UFROTest.cpp : main project file.
#include "stdafx.h"
Inicio programa principal (main)
using namespace System;
int main(array<System::String ^> ^args)
{
Console::WriteLine(L"Hello World");
Console::ReadLine();
return 0;
}
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Otro ejemplo
Otro ejemplo, con dos línea:
int main(array<System::String ^> ^args)
{
Console::Write(“Adios ");
Console::WriteLine(“mundo cruel");
Console::ReadLine();
return 0;
}
Los espacios no son considerados en la compilación. O sea también se podría escribir:
int main(array<System::String^> ^args) { Console::Write(“Adios");
Console::WriteLine(“mundo cruel"); Console::ReadLine(); return 0; }
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Variables
En el ejemplo se introdujo el concepto de texto (string) que se
escribe entre “:
string^ s=“Hola”;
Existen además por ejemplo:
int n=2;
char c=‘h’;
float x=5.67;
double y=2.345;
bool decision=true;
números enteros
caracteres
números reales (baja precisión)
números reales (alta precisión)
valor lógico
Nota, es muy distinto 2, ‘2’, “2” y 2.0 (porque?)
Ejemplo de definición y asignación
int n;
n=2;
Ejemplo de error
int n;
n=‘2’;
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Operadores sobre int y float
Los operadores básicos son:
+
*
/
%
++
suma
resta
multiplicación
división
modulo
incrementa en 1
Los operadores pueden ser empleados para asignar valores y/o para entregar valores:
float a, b, x, y;
a=1.2;
b=0.2;
x=5.1;
y=a*x+b/x;
Console::WriteLine(2*(x/a)+b);
Nota: En el calculo primero se aplican * y /, luego + y -.
Las operaciones se hacen de izquierda a derecha.
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Operadores sobre char , conversión y char de string
El carácter se asocia al código ASCII:
char letra;
letra = 'a' + 1;
Console::WriteLine(letra);
Entrega como resultado ‘b’
int numero;
numero = 'a';
Console::WriteLine(numero);
Entrega como resultado 97
Conversión de tipos (typecast)
double x=2.6;
int n=(int)x;
Asocia a n el valor 2
(cuidado, trunca, no redondea)
Cada string es una colección o arreglo de char’s, por ello
String^ nombre (“test”);
char primera_letra=nombre[0];
char segunda_letra=nombre[1];
Asigna la ‘t’ a primera_letra
Asigna la ‘e’ a segunda_letra
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Funciones matemáticas
Si se agrega al inicio la referencia a las funciones matemáticas:
#include <math.h>
se pueden usar las funciones matemáticas que incluye el C++, calculando y asignando
valores como por ejemplo
y=cos(x)
Las funciones que incluye el C++ son:
abs
acos
asin
atan
atan2
ceil
cos
cosh
exp
fabs
floor
fmod
frexp
ldexp
log
log10
modf
pow
sin
sinh
sqrt
tan
tanh
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Generadores random
En la librería:
#include <stdlib.h>
Esta definida el generador de números al azar
rand ();
Genera números enteros entre 0 y RAND_MAX
Para generar un numero real entre 0 y 1:
int x = rand ();
double y = (double)x/RAND_MAX;
Cuidado, el seed (semilla, valor inicial de la secuencia) es siempre el mismo, o sea
la secuencia es siempre la misma. Si se desea cambiar esto se debe variar el seed.
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Funciones propias
Los programas permiten la definición de funciones o subrutinas propias.
Un ejemplo podría ser una función “writeMessage” que se “encargue” de enviar un
mensaje a la pantalla.
Se definen “en paralelo” al programa principal que lo llama:
#include <iostream.h>
void writeMessage (String^ txt)
{
Console::WriteLine(“Mensaje: ”+txt);
Console::ReadLine();
}
void main ()
{
writeMessage("Hola.“);
}
Existen también librerías que traen funciones que pueden ser llamadas, Geant4 es una
muy completa para cálculos de dinámica de partículas.
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Funciones propias
Las subrutinas pueden:
- Tener múltiples argumentos (Nota: cada argumento tiene que llevar su tipo,
ejemplo: int n, int m, float x … es ilegal tratar de resumir: int n, m, float x
- Pueden devolver un valor, el que se especifica en la definición de la subrutina y
en el valor que entrega:
double poly(double x)
{
double u=1+2*x+3*pow(x,2);
return u;
}
void main ()
{
Console::WriteLine(“P(2.5)=”+poly(2.5));
Console::ReadLine();
}
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Condicionamientos
En el desarrollo del programa se pueden condicionar la ejecución de una
serie de instrucciones:
if (condicion1) {
Si se da la condicion1…
instrucciones1
… realiza instrucciones1
} else if(condicion2){
… si no se dio condicion1 pero si condicion2
instrucciones2
… realiza instrucciones2
} else{
… y si no se dio ni condicion1 ni condicion2
instrucciones3
… realiza instrucciones3
}
Nota: pueden existir el numero que se quiera de else if (incluido ninguno) y existir
o no el else final. Las instrucciones pueden también contener condiciones if
Las condiciones se definen como
x==y
x!=y
x >y
x >=y
x <y
x <=y
x es idéntico de y
x es diferente a y
x mayor que y
x mayor o igual que y
x menor que y
x menor o igual que y
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Abortar y recurrencia
Si se desea abortar una subrutina basta con incluir el comando:
return;
Y el sistema volverá al punto donde se llamo la subrutina (en el main o en la
subrutina que sea).
C y C++ tienen además la posibilidad de realizar llamadas recurrentes, o sea la
subrutina se llama a si misma:
void ConteoRegresivo(int cnt)
{
if(cnt==0) {return;}
else{
Console::WriteLine(cnt);
Console::ReadLine();
ConteoRegresivo(cnt-1);
}
}
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Variables lógicas
Alternativas
bool flag;
flag = true;
flag = false;
true=verdadero
false=falso
Determinar variable lógica, ejemplos:
flag=(x!=0);
flag=(n>0);
Si x es distinto de cero, flag es verdadero, si no falso.
Si n es mayor que cero, flag es verdadero, si no falso.
Operadores lógicos:
&&
||
!
And
Ir
Nota
flag12=flag1 && flag2
flag12=flag1 || flag2
flag2=!flag1
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Loops - while
El loop while(){}
El loop (circulo cerrado) mas simple es el while simple:
while(condición){
instrucciones
}
Que se repite mientras que la condición se cumpla. Por ello las instrucciones
deben contener algún cambio que lleve finalmente a que la condición no se
cumpla y pueda salir del loop (error en la ejecución, el compilador no descubre
estos problemas).
n=10
while(n>0){
n=n-1;
}
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Loops - for
El loop for(){}
Otro loop (circulo cerrado) es el for:
for(int i=inicio;limite;i++ o i--){
instrucciones
}
Ejemplo:
for (int i = 0; i < 4; i++) {
}
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Operaciones sobre strings
Largo de un string
String^ txt (“text”);
int len=txt.length();
Asigna a león el valor 4
Posición de char en string
String^ txt (“text”);
int idx=txt.find(‘x’);
Asigna a idx el valor 3
String^ txt (“text”);
int idx=txt.find(‘ex’);
Asigna a idx el valor 2
Concatenar strings
String^ txt1 (“te”);
String^ txt2 (“xt”);
String^ txt (“”);
txt=txt1+txt2;
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Estructuras
Estructuras
Ejemplo
struct nombre {
double fvariable1, fvariable2;
int nvariable1;
…
};
struct Point {
double x, y;
};
Elementos de la estructura:
nombre.fvariable1
Asignación de valores a estructura (solo al crear!):
nombre ejemplo = {1.0, 2.3, 2, …}
(también se pueden
hacer asignaciones de
estructuras)
Asignación de estructura:
nombre ejemplo2 = ejemplo1;
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Estructuras
Las estructuras se pueden usar igual que los otros tipos de variables.
En particular se pueden pasar como argumentos:
void subrutina(nombre p, …)
Lo que significa que una copia (no la misma estructura) es creada en la subrutina.
Si se desea hacer referencia a la estructura original se debe pasar la dirección a la
memoria:
void subrutina(nombre& p, …)
Si se quiere evitar que modificaciones en la subrutina repercutan en la rutina que
hace la llamada se puede “bloquear” la modificación agregando const:
void subrutina(const nombre& p, …)
Las estructuras pueden ser retronadas por las subrutinas
nombre subrutina(…){
nombre p;
…
return p;
}
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Estructuras
Funciones a ser llamadas en estructuras
struct Tiempo {
int hora, minutos;
double segundos;
void Tiempo::imprimir ();
};
La función en si seria
void Tiempo::imprimir () {
Tiempo hoy = *this;
instrucciones
}
en que se llama vía el puntero this la estructura. En todo caso se pueden citar
en la función directamente las variables como serian hora, minutos y segundos.
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Punteros y Referencias
Punteros
int* x o int *x
*px = &x;
*px
&rx
add
add
x val
El puntero *px
contiene la dirección
de donde esta el valor x
Referencia
int& x o int &x
&rx = x;
La referencia &rx
retorna el valor x
x = 1;
lvalue = rvalue;
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Alocución de memoria dinámica y arreglos
int *pint;
pint = new int;
delate pint;
Definir puntero
Reservar memoria
Liberar memoria
int n = 10;
int *parray;
parray = new int[n];
delte parray;
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Puntero y referencia en subrutinas
tipo *funcion(tipo *p)
{
...
...
return p;
}
tipo &funcion(tipo &r)
{
...
...
return r;
}
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Estructuras generales y Archivos “Headers”
Una estructura general tiene la forma:
struct nombre {
// instance variables
variables (ej. double x, y; int n;)
// constructors
funciones que asignan valores (ej set(int n, double x, double y); set(int n); )
// modifiers
funciones de modificación (ej. void change (double x, double y); )
// functions
funciones “de trabajo” (ej. void print (int n) const; )
};
La definición se graba en un archivo .h que se cita en el programa main como:
#include “nombre.h”
Las funciones se escriben en el archivo
nombre.cpp
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Clases
Las class son estructuras en que las variables son de uso exclusivamente
Internas y no pueden ser modificadas externamente (privadas)
Ejemplo
class Complex
{
private:
double real, imag;
double mag, theta;
bool cartesian, polar;
void calculateCartesian ();
void calculatePolar ();
public:
Complex () { cartesian = false; polar = false; }
Complex (double r, double i)
{
real = r; imag = i;
cartesian = true; polar = false;
}
void printCartesian ();
void printPolar ();
double getReal ();
double getImag ();
double getMag ();
double getTheta ();
void setCartesian (double r, double i);
void setPolar (double m, double t);
};
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