Programaci ´on en C++ para Ciencia e Ingenierıa

Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a Mario Storti, Lisandro Dalcı́n, Rodrigo Paz http://www.cimec.org.ar/prog Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas Universidad Nacional del Litoral http://www.unl.edu.ar Centro de Investigación de Métodos Computacionales - CIMEC INTEC, (CONICET-UNL), http://www.cimec.org.ar Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 1 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Autores • Mario Storti <mario.storti@gmail.> • Lisandro Dalcı́n, <[email protected]> • Rodrigo Paz, <[email protected]> Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 2 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Contents • slide 11.....Elementos básicos de programación . slide 13.....Compilación vs. intérpretes . slide 14.....El proceso de compilación . slide 16.....El preprocesador CPP . slide 19.....Chequeo de tipos . slide 20.....Compilación por separado . slide 22.....Declaraciones y definiciones . slide 24.....Definiciones y declaraciones de variables . slide 26.....Incluyendo headers . slide 29.....Usando librerı́as . slide 30.....Formato de include para C++ . slide 31.....Un primer programa en C++ . slide 32.....Namespaces . slide 35.....Estructura de un programa . slide 37.....Hello world . slide 38.....Concatenación de arreglos de caracters . slide 39.....Entrada de datos . slide 40.....Llamando a otros programas Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 3 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz • . . . . . slide 41.....Strings de C slide 42.....Strings de C++ slide 44.....Escribir y leer de archivos slide 46.....La clase vector slide 49.....Ejercicios slide 50.....El C en C++ . slide 51.....Funciones . slide 52.....Valores de retorno . slide 54.....Usando la librerı́a estándar de C . slide 55.....Control de ejecución. True and False . slide 57.....If-else . slide 61.....while . slide 64.....do-while . slide 65.....Lazo for . slide 66.....Break and continue . slide 68.....La sentencia switch . slide 70.....goto . slide 72.....Recursion . slide 74.....Operadores . slide 75.....Operadores de auto incremento . slide 77.....Tipos de datos Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 4 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . slide 80.....Especificadores slide 84.....Punteros slide 94.....Referencias slide 96.....Punteros a void slide 98.....Scope de las variables slide 100.....Definiendo variables on-the-fly slide 104.....Variables locales slide 108.....Punteros a variables locales slide 109.....Variables estáticas slide 111.....Constantes slide 112.....Operadores. Asignación slide 113.....Operadores matemáticos slide 114.....Operadores relacionales slide 115.....Operadores lógicos slide 116.....El operador hook slide 117.....Errores comunes con los operadores slide 118.....Operadores de cast slide 119.....Operador sizeof slide 120.....typedef: Aliases de tipos slide 121.....Estructuras slide 125.....Arrow operator Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 5 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz • . . . . . . slide 126.....Enum’s slide 129.....Arreglos de estructuras slide 130.....Punteros y arreglos slide 132.....Arreglos de punteros slide 136.....Aritmética de punteros slide 138.....Tamaños de estructuras slide 139.....Programación Orientada a Objetos . slide 140.....Abstracción de datos . slide 150.....POO básica . slide 160.....Inclusion de headers . slide 164.....Estructuras enlazadas . slide 172.....Más sobre scoping . slide 173.....Tipos Abstractos de Datos (ADT) . slide 174.....Ocultando la implementación . slide 176.....Control de acceso a los miembros . slide 180.....Amistad (Friendship) . slide 183.....Anidamiento (nesting) y amistad . slide 184.....Object layout . slide 185.....Clases . slide 189.....Ocultando totalmente la implementación . slide 191.....Inicialización y cleanup Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 6 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz • . . . . . . . . . . . . . . slide 193.....El constructor slide 194.....El destructor slide 197.....Eliminación del bloque de definición slide 199.....Clase stash con ctor/dtor slide 203.....Stack con ctor/dtor slide 206.....Initialización de agregados slide 207.....Inicialización de estructuras slide 208.....Sobrecarga de funciones slide 212.....Argumentos por default slide 213.....Constantes slide 216.....Punteros a arreglos constantes de caracteres slide 217.....Const en argumentos de funciones slide 218.....Const en clases slide 219.....Objetos const y funciones de la clase slide 221.....Chapter 5 . slide 222.....Funciones inline . slide 226.....Especificaciones de linkedicion . slide 228.....Referencias en C++ . slide 234.....Reglas para las referencias . slide 236.....Paso por referencia y por copia . slide 237.....El constructor por copia Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 7 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz . slide 238.....Sobrecarga de operadores . slide 243.....Sobrecarga de operadores unarios . slide 251.....Sobrecarga de operadores binarios • slide 273.....Chapter . slide 274.....Otros operadores que se pueden sobrecargar . slide 275.....Creación dinámica de objetos . slide 276.....Uso de la memoria dinámica en C . slide 277.....Uso de la memoria dinámica en C++ . slide 279.....Porqué usar new y no arreglos . slide 280.....Memory exhaust . slide 281.....Composición . slide 283.....Composición y la cadena de inicialización . slide 284.....Herencia . slide 287.....Redefinición de métodos . slide 289.....Herencia protegida . slide 291.....Upcasting . slide 292.....Polimorfismo . slide 294.....Ejemplo polimorfismo. Integral 1D/2D/3D . slide 298.....Clase que calcula integral 1D . slide 300.....Integral 2D. Versión cruda . slide 315.....Integral 2D. Versión mejorada Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 8 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz • . . . . slide 318.....Integral 3D slide 321.....Integral 1D/2D/3D. User code slide 323.....Polimorfismo: ej. suma de los elementos de un vector slide ??.....Ejemplo clase vector sparse slide 326.....Contenedores de la librerı́a STL . slide 328.....La librerı́a STL . slide 328.....La clase vector . slide 333.....Algoritmos in-place . slide 335.....La clase list . slide 338.....La clase set . slide 342.....La clase map . slide 345.....Algoritmos . slide 347.....Programación funcional Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 9 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Dictado • Docentes de la cátedra: . Mario Storti <mario.storti@gmail.> . Lisandro Dalcı́n, <[email protected]> . Rodrigo Paz, <[email protected]> Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 10 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Elementos básicos de programación Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 11 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz I KNOW C++! Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 12 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Compilación vs. intérpretes • Algunos lenguajes de programación tienen un intérprete, por ejemplo • • • • Matlab/Octave, Python, Perl, Lisp/Scheme. En un intérprete el usuario va emitiendo comandos que son interpretados por el intérprete y va devolviendo un resultado. Por contraposición, los lenguajes compilados el usuario escribe un archivo con lı́neas de código, el cuál es procesado por un compilador, que genera código de máquina, el cual es ejecutado directamente por el procesador. Ventajas de la compilación: el código suele ser más rápido, y más compacto. Desventajas: el paso de código a ejecutarlo es inmediato, no hay pasos intermedios. Usualmente los intérpretes permiten escribir tareas que se repiten comúnmente en archivos de texto (scripts). El usuario puede además mezclar estas funciones con comandos directamente en el intérprete. También con los intérprete es más fácil debuggear. C++ es un lenguaje compilado. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 13 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz El proceso de compilación • El caso más simple es cuando todo el código del programa está en un sólo archivo fuente: 1 $$ g++ -o prog prog.cpp • Genera un archivo ejecutable prog. Si el programa es muy grande conviene dividirlo en varias partes, en ese caso $$ g++ -o prog prog1.cpp prog2.cpp • Esto requiere recompilar cada vez todos los *.cpp, si son muchos 1 conviene hacer 1 2 3 $$ g++ -o prog1.o -c prog1.cpp $$ g++ -o prog2.o -c prog2.cpp $$ g++ -o prog prog1.o prog2.o Los archivos .o son objeto, contienen código de máquina. (No tiene relación con la Programación Orientada a Objetos). Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 14 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz El proceso de compilación (cont.) • Si solo se modifica uno de los archivos (prog1.cpp), entonces sólo hace falta recompilar ese. $$ g++ -o prog1.o -c prog1.cpp 2 $$ g++ -o prog prog1.o prog2.o • Para mejor organización, si hay muchos *.o conviene ponerlos en una 1 librerı́a $$ g++ -o prog1.o -c prog1.cpp 2 $$ g++ -o prog2.o -c prog2.cpp 3 $$ g++ -o prog3.o -c prog3.cpp 4 $$ ar r libprog.a prog1.o prog2.o prog3.o 5 $$ g++ -o prog main.cpp libprog.a • A veces la librerı́a puede ser que haya sido desarrollada por un tercero: 1 libpetsc.a, libmkl.a. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 15 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz El preprocesador CPP • Muchas veces hay texto que se repite muchas veces en el código. En ese caso se pueden usar macros 1 2 3 4 int v[100000]; if (n<100000) { .... } Se puede simplificar de la siguiente forma 1 2 3 4 5 #define MAX 100000 int v[MAX]; if (n<MAX) { .... } Estos macros son manejados por el preprocesador, el cual se llama normalmente cpp (por C preprocesor). Podemos pensar que el CPP genera un paso intermedio en el cual toma el archivo prog.cpp y genera un archivo intermedio tempo.cpp que es el que finalmente es compilado. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 16 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz El preprocesador CPP (cont.) • CPP sólo realiza manipulaciones a nivel de texto, no conoce nada especı́fico del lenguaje C/C++, incluso puede usarse (y se usa) para otros lenguajes como Fortran. Las directivas más usuales son • 1 // Incluye todo el texto del archivo library.h 2 #include <library.h> 3 4 #define CHECK(a,n) if (a>n) error() • Para #include el preprocesador simplemente incluye todo el archivo • • mencionado en el punto donde se invoca el include. #define define un macro, después se puede llamar al macro en otros lugares del código y es reemplazado por su expansión. Los macros pueden tener argumentos. Por convención se suele dar a los macros nombres en mayúsculas. Se puede conocer cual es el resultado del CPP llamando a g++ con la opción -E $$ g++ -o tempo.cpp -E prog.cpp • El CPP es un programa separado que se puede llamar por sı́ mismo 1 Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 17 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz (/usr/bin/cpp). Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 18 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Chequeo de tipos • C++ es un lenguaje tipado (aka tipeo estático, en inglés typed language), es decir las variables tienen tipos definidos. El compilador chequea que los resultados de las expresiones que se asignan a las variables correspondan al tipo con el cual fueron definidas, caso contrario se produce un error en tiempo de compilación. Esto es bueno porque permite detectar tempranamente errores. (Es equivalente al chequeo de unidades en Fı́sica). // error: asigna un string a una variable entera 2 int a; 3 a = "Hello"; • Otros lenguajes (sobre todos los interpretados) hacen chequeo dinámico 1 de tipo, esto implica una pérdida de eficiencia. El chequeo se hace también para los argumentos de una función • 1 void fun(int a,string s); 2 . . . 3 fun(23,45); // ERROR (45 no es un string!) Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 19 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Compilación por separado • En C++ se favorece que un programa grande se pueda dividir en • fracciones más pequeñas. El mecanismo fundamental para dividir un programa en partes más pequeñas es usar funciones que realizan tareas bien definidas. Por ejemplo podemos pensar en una función int gcd(int,int); que toma dos enteros y retorna el máximo común divisor de los mismos. Las funciones tienen argumentos, una vez que la función termina su tarea, retorna un valor. También puede ser que las funciones tengan efectos colaterales (side effects) es decir que modifiquen sus argumentos u otros objetos. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 20 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Compilación por separado (cont.) • Para crear un programa que esté dividido en varios archivos, el código de un archivo debe poder usar las funciones del otro. Supongamos que un archivo prog1.cpp contiene a la función gcd(). Si queremos usar a gcd() en el código de otro archivo prog2.cpp entonces el compilador debe estar seguro que el tipo de los argumentos que se le van a pasar son los correctos. Para eso hay que declarar a la función en prog2.cpp antes de poder llamarla 1 2 3 4 int gcd(int,int); // declara gcd() ... r = gcd(m,n); // la puede usar porque ya // fue declarada Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 21 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Declaraciones y definiciones • Una declaración le dice al compilador que esa función existe y su prototipo o signatura, es decir el tipo de argumentos de entrada y de salida. Por ejemplo int gcd(int,int); • La definición por otra parte dice especı́ficamente como la función realiza 1 su tarea 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 int gcd(int x, int y) { int a = x, b = y; if (b>a) { a = y; b = x; } while (true) { int c = a % b; if (c==0) return b; a = b; b = c; } } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 22 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Declaraciones y definiciones (cont.) • Cada función puede estar declarada varias veces en un archivo (mientras la signatura de la función sea la misma en cada una de las declaraciones). int f(int x); ... 3 int f(int); // OK, misma signatura • Por el contrario, la función sólo puede estar definida una sola vez en todos 1 2 los archivos del programa, ya que si no el compilador no sabrı́a cual usar. 1 2 3 4 5 6 // archivo prog1.cpp int f(int x) { return 2*x; } // archivo prog2.cpp int f(int x) { return 3*x; } // -> ERROR: múltiplemente definida Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 23 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Definiciones y declaraciones de variables Si declaramos una variable, por ejemplo 1 int m; si bien parace una declaración, en realidad ya tiene toda la información para construir al objeto (un entero de 4 bytes) por lo tanto el compilador lo toma además como una definición. Por eso no podemos incluir dos veces esta declaración/definición, aunque sea del mismo tipo. 1 2 3 int m; ... int m; // ERROR Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 24 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Definiciones y declaraciones de variables (cont.) • Si queremos forzar a que sea una declaración y no una definición entonces debemos usar el keyword extern extern int m; ... 3 extern int m; // OK 4 . . . 5 int m; // OK • extern se puede usar también con las funciones, para hacer hincapié en 1 2 que es una declaración, por ejemplo 1 extern int f(int x); pero no es necesario. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 25 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Incluyendo headers • Es usual que en nuestros programas escribamos una serie de funciones que después utilizaremos en otras partes del programa. // utils.cpp 2 int gcd(int m,int n) { /* . . . */ } 3 double cos(double alpha) { /* . . . */ } 4 double sin(double alpha) { /* . . . */ } 5 . . . • Cuando queremos usar estas funciones en otro archivo fuente prog.cpp 1 primero tenemos que declararlas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 // prog.cpp int gcd(int m,int n); double cos(double alpha); double sin(double alpha); ... int x = gcd(m,n); double c = cos(alpha); double s = sin(theta); ... Esto se vuelve muy engorroso si hay que incluir las declaraciones en cada Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 26 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz uno de los archivos prog1.cpp, prog2.cpp... y utils.cpp tiene cientos de funciones. Entonces para resolver esto incluimos todas las declaraciones en un archivo header (cabecera) utils.h: 1 2 3 4 // utils.h int gcd(int m,int n); double cos(double alpha); double sin(double alpha); Entonces después en prog1.cpp hay que solo incluir el header: 1 2 3 4 5 6 7 // prog1.cpp #include "utils.h" ... int x = gcd(m,n); double c = cos(alpha); double s = sin(theta); ... Recordemos que lo que ocurre es que el preprocesador CPP se encarga de buscar el archivo header y crear un archivo temporario donde la linea del include es reemplazada por los contenidos del archivo. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 27 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Incluyendo headers (cont.) Hay dos versiones de include, • Una que especifica archivos en forma relativa o absoluta 1 #include ". ./utils.h" 2 #include "utils2.h" 3 #include "/usr/include/utils3.h" 4 . . . • Otra que busca los headers en una serie de directorios que el usuario define en el comando de compilación 1 1 2 3 4 5 $$ g++ -I/home/mstorti/utils -c -o prog.o prog.cpp // lo encuentra en /home/mstorti/utils #include <utils4.h> // lo encuentra en /home/mstorti/utils/src #include <src/utils5.h> ... Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 28 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Usando librerı́as • Entonces si tengo que usar una librerı́a matrix que está compuesta de varios archivos fuente matrix2.cpp, matrix1.cpp, matrix3.cpp... en realidad no hace falta que compile todos estos archivos, mientras que el desarrollador de esa librerı́a provea . Un archivo libmatrix.a con todos los matrix<n>.cpp compilados. . Un archivo header con las declaraciones de las funciones matrix.h. Entonces para usar la librerı́a basta con incluir el header • 1 // myprog.cpp 2 #include <matrix.h> 3 . . . y al linkeditar incluir la librerı́a 1 $$ g++ myprog.cpp /usr/lib/libmatrix.a -o myprog Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 29 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Formato de include para C++ • La extensión que se usa para los archivos fuente puede ser .cpp, .cxx. • Para los headers se utiliza .h, .hpp, .hxx. Para evitar confusiones y ambigüedad con las extensiones, C++ introdujo el concepto de include sin extensión. El traductor se encarga de convertir el nombre y buscar la extensión. #include <matrix> • Existe una librerı́a con muchas funciones muy útiles que es estándar de C 1 y se llama justamente libc.a. Entre otras incluye funciones . Matemáticas math.h: round, cos, sin, floor, ceil, ... . Input/output stdio.h: printf, scanf, read, write, . stdlib.h: rand, system, ... En C++ estos headers es mejor incluirlos sin el .h y con una c: 1 2 #include <stdio.h> // C #include <cstdio> // C++ Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 30 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Un primer programa en C++ • Para imprimir por terminal hay que usar el operador << de la clase iostream: 1 2 3 #include <iostream> ... cout << "Hola"; El operador << en C quiere decir en realidad otra cosa: es para desplazar los bits en un número entero. Pero C++ permite redefinir los operadores (lo que se llama sobrecarga de operadores) de manera que en este contexto << quiere decir “enviar a”. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 31 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Namespaces • A medida que una librerı́a o programa crecen cada vez hay más funciones • y es muy posible que se produzca la colisión de nombres. Por ejemplo, si escribo una librerı́a para manipular matrices, puedo querer implementar una función rand() que llena la matriz con números aleatorios. Lamentablemente la libc ya usa el nombre rand() para generar un único numero aleatorio. Una solución que se usaba en C era prependizar un prefijo identificador de la librerı́a a todas las funciones de la misma matrix_rand(), matrix_sum(), matrix_prod(). Esto se vuelve muy engorroso. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 32 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Namespaces (cont.) • C++ provee un mecanismo para evitar colisiones llamado namespaces. Todos los archivos de la librerı́a se incluyen en un namespace de la siguiente forma // matrix.cpp 2 namespace matrix { 3 void rand(. . .) { /* . . . */ } 4 double sum(. . .) { /* . . . */ } 5 void prod(. . .) { /* . . . */ } 6 } • Entonces después las funciones se deben llamar con el operador de 1 • 1 2 3 4 5 scope ::: por ejemplo matrix::rand(). Si en un archivo fuente se va a utilizar mucho una librerı́a entonces puede incluir todo el namespace, de manera que no hay que hacer el scope // prog.cpp using namespace matrix; rand(A); double m = max(A); Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 33 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Namespaces (cont.) • Muchas utilidades y variables estándar de C++, por ejemplo cout, están en el namespace std de manera que o bien hay que hacer 1 std::cout << "Hola"; o si no 1 2 3 using namespace std; ... cout << "Hola"; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 34 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Estructura de un programa • Un programa en C/C++ está compuesto de una colección de funciones y • variables. Cuando uno lanza el programa hay que determinar dónde se empieza a ejecutar el código, o sea el punto de entrada. En C/C++ el punto de entrada es la función main(). La definición de una función consiste en un valor de retorno, el nombre de la función y su lista de argumentos. El cuerpo de la función (las instrucciones que la componen) van entre llaves. int function() { 2 // Function code here (this is a comment) 3 } • Puede haber más pares de llaves balanceadas ({}) adentro de la función 1 • pero debe haber uno más externo que define el cuerpo de la función. Como main() es una función, debe respetar estos requisitos. main() no tiene argumentos y retorna un int. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 35 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Estructura de un programa (cont.) • C/C++ es un lenguaje de formato libre (free form), la indentación o la • • 1 2 3 posición de las variables en la lı́nea son irrelevantes. Tampoco es relevante la cantidad espacio en blanco (espacios, tabs, fin de lı́nea). Cualquier cantidad de estos caracteres juntos es equivalente a un solo espacio. De hecho un programa en C++ podrı́a escribirse ne una sola lı́nea. En C los comentarios van encerrados entre /* y */ (comentario multilı́nea). En C++ se agregó un nuevo tipo de comentario que es por lı́nea desde un // hasta el final de la lı́nea. (Esto viola un poco el concepto de free form). /* Comentario multilinea tipo C */ int /* comentario en el medio del código */ x; // Comentario por linea tipo C++ Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 36 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Hello world 1 2 3 4 5 6 7 8 // Saying Hello with C++ #include <iostream> // Stream declarations using namespace std; int main() { cout << "Hello, World. I am " << 8 << " Today" << endl; } • Le pasamos a cout una serie de elementos de diferentes tipos: enteros, • • • arreglos de caracteres. endl es un final de lı́nea. En C se llama string a un pedazo de texto entre comillas. No confundir con la clase string de C++ que cumple funciones similares pero es mucho más potente. A los strings de C se los debe llamar más correctamente arreglos de caracteres. Dentro del texto entre comillas se pueden incluir secuencias de escape que permiten incluir caracteres especiales con precedidos de una barra invertida: \n es un caracter de fin de lı́nea, \t un TAB, \0 un NULL, \\ una barra invertida. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 37 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Concatenación de arreglos de caracters • Para incluir arreglos de caracteres muy largos se puede simplemente poner uno a continuación de otro (puede ser en diferentes lı́neas). El CPP se encarga de juntarlos todos en una sola lı́nea: "aaa" "bbbb" es completamente equivalente a "aaabbbb". 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 // Character array Concatenation #include <iostream> using namespace std; int main() { cout << "This is far too long to put on a " "single line but it can be broken up with " "no ill effects\nas long as there is no " "punctuation separating adjacent character " "arrays.\n"; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 38 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Entrada de datos cout es console output, cin es console input y permite ingresar datos. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 // Converts decimal to octal and hex #include <iostream> using namespace std; int main() { int number; cout << "Enter a decimal number: "; cin >> number; cout << "value in octal = 0" << oct << number << endl; cout << "value in hex = 0x" << hex << number << endl; } oct y hex son manipulators, cambian el estado de cout. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 39 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Llamando a otros programas Dentro de la librerı́a estándar de C hay una función muy potente system() que permite llamar a otros programas desde un programa en C/C++. Se le pasa un arreglo de caracteres con el comando que uno ejecutarı́a en la lı́nea de comandos. 1 2 3 4 5 6 7 // Call another program #include <cstdlib> // Declare ‘‘system()’’ using namespace std; int main() { system("date -u"); } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 40 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Strings de C Manipular arreglos de caracteres en C se vuelve muy engorroso. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 #include <iostream> #include <cstring> using namespace std; int main() { // concatenate two character arrays s1 and s2 char s1[ ] = "Hola "; char s2[ ] = "mundo."; cout << strlen(s1) << endl; int n1 = strlen(s1); int n2 = strlen(s2); char *s = new char[n1+n2+1]; strncpy(s,s1,n1); strncpy(s+n1,s2,n2); s[n1+n2] = ’\0’; cout << s << endl; delete[ ] s; return 0; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 41 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Strings de C++ Para eso C++ tiene objetos llamados strings que permiten manipularlos en forma mucho más simple y con menor probabilidad de error. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 #include <iostream> #include <string> using namespace std; int main() { // concatenate two character arrays s1 and s2 string s1 = "Hola "; string s2 = "mundo."; string s = s1 + s2; cout << s << endl; return 0; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 42 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Strings de C++ (cont.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 //: C02:HelloStrings.cpp // The basics of the Standard C++ string class #include <string> #include <iostream> using namespace std; int main() { string s1, s2; // Empty strings string s3 = "Hello, World."; // Initialized string s4("I am"); // Also initialized s2 = "Today"; // Assigning to a string s1 = s3 + " " + s4; // Combining strings s1 += " 8 "; // Appending to a string cout << s1 + s2 + "." << endl; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 43 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Escribir y leer de archivos • • • • 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Las funciones están declaradas en el header <fstream>. Para escritura hay que crear un objeto de tipo ofstream (como cout). Para lectura hay que crear un objeto de tipo ifstream (como cin). La función getline(stream,s) lee una lı́nea de stream y la guarda en el string s // Copy one file to another, a line at a time #include <string> #include <fstream> using namespace std; int main() { ifstream in("Scopy.cpp"); // Open for reading ofstream out("Scopy2.cpp"); // Open for writing string s; while(getline(in, s)) // Discards newline char out << s << "\n"; // . . . must add it back } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 44 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Escribir y leer de archivos (cont.) Otro ejemplo es guardar todo el archivo en un sólo string: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 // Read an entire file into a single string #include <string> #include <iostream> #include <fstream> using namespace std; int main() { ifstream in("FillString.cpp"); string s, line; while(getline(in, line)) s += line + "\n"; cout << s; } ¿Que pasa si queremos guardar cada lı́nea en un string separado? Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 45 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz La clase vector • Un vector es un contenedor que permite guardar un número indefinido de • • • elementos en forma contigua e indexada. Se puede agrandar o achicar en forma dinámica, sin perder los elementos preexistentes. Está templatizado o sea que se pueden definir vectores de diferentes tipos: vector<int>, vector<double>, vector<string>,... La función push_back() permite agregar un nuevo objeto al final del vector. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 46 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz La clase vector (cont.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 // Copy an entire file into a vector of string #include <string> #include <iostream> #include <fstream> #include <vector> using namespace std; int main() { vector<string> v; ifstream in("Fillvector.cpp"); string line; while(getline(in, line)) v.push-back(line); // Add the line to the end // Add line numbers: for(int i = 0; i < v.size(); i++) cout << i << ": " << v[i] << endl; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 47 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz La clase vector (cont.) vector también puede guardar cualquier otro tipo, por ejemplo enteros: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 // Creating a vector that holds integers #include <iostream> #include <vector> using namespace std; int main() { vector<int> v; for(int i = 0; i < 10; i++) v.push-back(i); for(int i = 0; i < v.size(); i++) cout << v[i] << ", "; cout << endl; for(int i = 0; i < v.size(); i++) v[i] = v[i] * 10; // Assignment for(int i = 0; i < v.size(); i++) cout << v[i] << ", "; cout << endl; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 48 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Ejercicios 1. Crear un programa que abre un archivo y cuenta las palabras (separadas por whitespace). Ayuda: el operador >> lee de a palabras de un ifstream. 2. Crear un programa que cuenta la cantidad de caracteres que tiene un archivo. 3. Crear un programa que cuenta la cantidad de ocurrencias de una palabra especı́fica en un archivo. Ayuda: usar == para comparar strings. 4. Escribir un programa que imprime las lı́neas de un archivo de texto en orden inverso. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 49 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz El C en C++ Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 50 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Funciones • Para evitar errores, C/C++ usa el concepto de prototipo o signatura de • • funciones. Antes de usar una función hay que declararla. Al usar la función los argumentos con que es llamada deben coincidir con el el tipo que fueron declarados. int translate(float x, float y, float z); 2 int translate(float, float, float); • En algún lugar la función tiene que estar definida, aquı́ los nombres de los 1 argumentos tienen que aparecer para poder ser usados en la función 1 2 3 4 int translate(float x, float y, float z) { x = y = z; // . . . } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 51 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Valores de retorno • La declaración de la función debe indicar el valor de retorno. Si la función no retorna nada usar void: int f1(void); // Returns an int, takes no arguments 2 int f2(); // Like f1() in C++ but not in Standard C 3 float f3(float, int, char, double); // Returns a float 4 void f4(void); // Takes no arguments, returns nothing • Para retornar el valor usar la sentencia return. • Si la función retorna void entonces no se debe llamar a return. • Se puede tener más de un return en la función. Son puntos de salida. • El valor de retorno debe ser compatible con el indicado en la declaración. 1 Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 52 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Valores de retorno (cont.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 // Use of ‘‘return’’ #include <iostream> using namespace std; char cfunc(int i) { if(i == 0) return ’a’; if(i == 1) return ’g’; if(i == 5) return ’z’; return ’c’; } int main() { cout << "type an integer: "; int val; cin >> val; cout << cfunc(val) << endl; } ///:˜ Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 53 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Usando la librerı́a estándar de C • C incluye una librerı́a de funciones estándar (también llamada libc). Todos • • • los compiladores que satisfacen la norma deben incluir estas funciones en su libc. Esto permite la portabilidad de los programas entre diferentes compiladores. Muchos compiladores incluyen funciones adicionales que NO están en la norma. Por lo tanto hay que prever que si se lleva el proyecto a otra plataforma puede ser que estas funciones no existan en esa plataforma. La documentación de las librerı́as usualmente incluye la declaración de la función y en que header (archivo .h) está. En caso que la librerı́a no esté documentada hay que directamente ver los headers para encontrarel prototipo de la función. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 54 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Control de ejecución. True and False • Todas los condicionales (por ejemplo if o while) usan expresiones lógicas • 1 2 3 4 5 6 como por ejemplo el resultado del operador de comparación A==B. Esta expresión retorna directamente un valor lógico true o false. No confundiir con el operador de asignación A=B. Lo mismo ocurre con otros operadores de comparación A==B; //It’s equal? A!=B; //It’s distinct? A<B; //It’s smaller? A<=B; //It’s smaller or equal? A>B; //It’s greater? A>=B; //It’s greater or equal? Si la expresión no retorna un valor booleano, entonces C trata de convertirlo. Para todos los valores numéricos (enteros, float, double, char, punteros) el valor es falso si es cero, y en cualquier otra caso es verdadero. Entonces por ejemplo el valor lógico de las siguientes expresiones es equivalente 1 2 if (n) { . . . } if (n!=0) { . . . . } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 55 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 3 if (!(n==0)) { . . . . } // ! is negation Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 56 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz If-else El if puede existir de dos formas, con o sin else 1 2 3 4 5 6 7 8 9 if (expression) statement // o if (expression) statement else statement En ambos casos statement puede ser una sentencia simple, terminada en una coma, o compuesta, es decir un bloque de instrucciones encerrado en {}. 1 2 3 4 5 6 if (n>0) x=23; // sentencia simple if (n>0) { // sentencia compuesta x=23; s="haha"; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 57 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz If-else (cont.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 int i; cout << "type a number and ’Enter’" << endl; cin >> i; if(i > 5) cout << "It’s greater than 5" << endl; else if(i < 5) cout << "It’s less than 5 " << endl; else cout << "It’s equal to 5 " << endl; cout << "type a number and ’Enter’" << endl; cin >> i; if(i < 10) if(i > 5) // ‘‘if’’ is just another statement cout << "5 < i < 10" << endl; else cout << "i <= 5" << endl; else // Matches ‘‘if(i < 10)’’ cout << "i >= 10" << endl; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 58 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz If-else (cont.) Notar que todo el if actúa como una sola instrucción, por eso no hace falta encerrarlo con un {}. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 if(i > 5) cout << "It’s greater than 5" << endl; else if(i < 5) cout << "It’s less than 5 " << endl; else cout << "It’s equal to 5 " << endl; // es equivalente a if(i > 5) { cout << "It’s greater than 5" << endl; } else { if(i < 5) cout << "It’s less than 5 " << endl; else cout << "It’s equal to 5 " << endl; } Es una convención mut útil indentar ambos bloques del if para mejorar la Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 59 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz legibilidad. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 60 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz while while, do-while y for controlan lazos (loops) de ejecución. 1 2 while(expression) statement Como antes statement puede ser simple o compuesto. La expresión se evalúa hasta que la condición de falso. Para que el lazo termine en algún momento es necesario que statement tenga algún efecto que haga que eventualmente expression de falso 1 2 3 4 5 6 7 int x=0; while (x<5) x=34; // ejecuta una vez el lazo x=0; while (x<5) x=2; // ejecuta indefinidamente x=0; while (x<5) x++; // ejecuta el bloque 5 veces Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 61 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz while (cont.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 // Guess a number (demonstrates ‘‘while’’) #include <iostream> using namespace std; int main() { int secret = 15; int guess = 0; // != is the not-equal conditional: while(guess != secret) { // Compound statement cout << "guess the number: "; cin >> guess; } cout << "You guessed it!" << endl; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 62 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz while (cont.) En C la condición dentro del condicional puede ser tan elaborada como se quiera, la única restricción es que debe retornar un valor lógico (o convertible a lógico), incluso puede ser que el cuerpo del lazo este vacı́o 1 2 while(do-a-lot-of-work()) ; while(do-a-lot-of-work()) { } por ejemplo 1 while(is-prime(n)) n++; // busca el primer n no primo Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 63 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz do-while 1 2 3 do statement while(expression); Es similar al while pero ahora statement es ejecutado antes de verificar la condición. 1 2 3 4 5 6 7 n=0; while (n>0) /* body. . .*/ ; // body is not executed n=0; do /* body. . .*/ ; // body is executed once while (n>0); Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 64 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Lazo for La forma del for es 1 2 for(initialization; conditional; step) statement Se utiliza mucho cuando simplemente se quiere ejecutar un bloque una serie de veces bien definida 1 2 3 for (int i=0; i<n; i++) { // This block is executed n times } Esto es completamente equivalente a 1 2 3 4 5 int i=0; while(i<n) { // This block is executed n times i++; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 65 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Break and continue Adentro de cualquiera de los bloques while, do-while o for se puede usar break para salir del lazo inmediatamente. 1 2 3 4 5 6 while (true) { // Infinite loop cout << "Enter a number: "; cin >> n; if (is-prime(n)) break; cout << n << " es un número compuesto" << endl; } Si hay más de un lazo anidado entonces break sale del lazo más interno 1 2 3 4 5 6 7 for (int i=0; i<n; i++) { for (int j=0; j<n; j++) { if (j>i*i) break; //. . . } // break transfers execution here } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 66 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Break and continue (cont.) continue es similar a break pero hace que se ejecute la siguiente iteración del lazo 1 2 3 4 5 for (int j=0; j<n; j++) { //. . . . if (!is-prime(j)) continue; // do this only for primes. . . } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 67 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz La sentencia switch Va comparando la variable selector hasta que coincide con uno de los case 1 2 3 4 5 6 7 8 9 switch(selector) { case integral-value1 case integral-value2 case integral-value3 case integral-value4 case integral-value5 (. . .) default: statement; } : : : : : statement; statement; statement; statement; statement; break; break; break; break; break; por ejemplo 1 2 3 4 5 6 7 char c; //. . . switch (c) { case ’a’: cout << "It’s an a" << endl; break; case ’b’: cout << "It’s a b" << endl; break; default: cout << "Neither a or b" << endl; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 68 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Si no se incluyen los break entonces la ejecución sigue al siguiente case. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 69 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz goto La sentencia goto permite saltar a otro punto del programa. Se lo considera muchas veces como una mala práctica de programación, aunque a veces puede ser útil, por ejemplo para saltar de varios lazos anidados cuando se encuentra una condición. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 // The infamous goto is supported in C++ #include <iostream> using namespace std; int main() { long val = 0; for(int i = 1; i < 1000; i++) { for(int j = 1; j < 100; j += 10) { val = i * j; if(val > 47000) goto bottom; // Break would only go to the outer ’for’ } } bottom: // A label cout << val << endl; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 70 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 17 } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 71 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Recursion Muchos problemas son intrı́nsecamente recursivos, es decir la solución de un problema está dada por la solución de uno menor con el mismo algoritmo, por ejemplo la definición de factorial se puede hacer en forma recursiva n! = n · (n − 1)! (1) en realidad esto es cierto si n > 1, la definición correcta es  1; si n = 1; n! = n · (n − 1)! ; si n > 1 decimos que el caso n (2) = 1 corta la recursión. Usando llamadas recursivas a funciones podemos implementar la función factorial 1 2 3 4 int factorial(int n) { if (n==1) return 1; else return n*factorial(n-1); } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 72 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Recursion (cont.) La recursión es muy elegante para resolver problemas, pero puede ser demandante en términos de recursos. Es más simple si calculamos el factorial con un lazo 1 2 3 4 5 int factorial(int n) { int fac=1; for (int j=2; j<=n; j++) fac *= j; return fac; } El operador *= quiere decir aquı́ 1 fac = fac*j; Se puede aplicar a otros operadores binarios como +*-/, operadores lógicos ||&&, concatenación de strings... Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 73 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Operadores Los operadores no son más que funciones, con una sintaxis especial. Un operador toma una o más series de valores y devuelve un resultado. 1 a = b + c; podemos pensar que es traducido por el compilador en 1 a = sum(b,c); Una cuestión importante con los operadores es la precedencia de los mismos. Para los operadores matemáticos es similar a las reglas que aprendemos en la escuela 1 a = b * c + d; es equivalente a 1 a = (b * c) + d; porque * tiene mayor precedencia que +. Ante la duda, se pueden introducir paréntesis para forzar el orden en que se evalúan las expresiones. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 74 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Operadores de auto incremento El operador ++ es un atajo para una operación muy común en programación: incrementar una variable de tipo entero en una unidad. Hay dos variantes, prefija y postfija, ambos tienen el mismo efecto colateral (incrementar la variable) pero en el prefijo retorna el valor de la variable incrementada, y el postfijo sin incrementar 1 2 3 4 5 int m,n=5; m = n++; // n=6, m=5 int m,n=5; m = ++n; // n=6, m=6 Por ejemplo la siguiente función retorna el primer primo siguiente (mayor o igual) a n. 1 2 3 4 int next-prime(int n) { while (!is-prime(n++)) { } return n; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 75 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Operadores de auto incremento (cont.) También hay autodecremento -- prefijo y postfijo. 1 2 3 1 2 int n=10; while (n >= 0) cout << n-- << ", "; cout << "Boom!!" << endl; [mstorti@galileo garage]$$ ./boom.bin 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0, Boom!! Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 76 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Tipos de datos Dijimos que C/C++ es un lenguaje de tipeo estático, es decir en el momento de crear las variables hay que decir de que tipo son. Hay tipos de datos built-in como enteros, floats, strings, que ya están definidos en el compilador, y también el programador puede crear sus propios tipos, muchas veces por composición. Por ejemplo si estamos creando la base de datos de una empresa podemos querer tener un tipo de dato employee que contenga un string (el nombre), un entero (el número de empleado) y un float (el sueldo). Los tipos built-in son • char un entero de al menos 8 bits, usualmente se usa para almacenar • • • caracteres. int un entero de al menos 16 bits (2 bytes) float un número de punto flotante con al menos 4 bytes (simple precisión) double un número de punto flotante con al menos 8 bytes (doble precisión). Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 77 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Tipos de datos (cont.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 // Defining the four basic data // types in C and C++ int main() { // Definition without initialization: char protein; int carbohydrates; float fiber; double fat; // Simultaneous definition & initialization: char pizza = ’A’, pop = ’Z’; int dongdings = 100, twinkles = 150, heehos = 200; float chocolate = 3.14159; // Exponential notation: double fudge-ripple = 6e-4; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 78 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Tipos de datos (cont.) Como los tipos básicos tienen una cantidad de bits fija pueden representar un tamaño máximo. Por ejemplo los enteros de 16 bits sólo pueden estar entre -32768 y +32768. Además el tamaño del tipo (la cantidad de bits) puede depender de la máquina y del compilador, entonce los valores máximos y mı́nimos (los lı́mites) están definidos en headers float.h y limits.h, 1 2 3 4 5 6 1 2 3 #include <climits> cout << "Minimum and maximum integers are " << endl << INT-MIN << " and " << INT-MAX << endl; } [mstorti@galileo garage]$$ ./intmax.bin Minimum and maximum integers are -2147483648 and 2147483647 Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 79 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Especificadores • Para representar enteros se utiliza un bit de los 32 disponibles para • • • representar el signo. Si sólo se van a utilizar enteros positivos entonces podemos usar ese bit para extender un factor 2 el rango. int en el rango [-2147483648,2147483647] unsigned int en el rango [0,4294967295] unsigned es un specifier, otros son: signed, unsigned, short, long. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 80 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Especificadores (cont.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 //: C03:Specify.cpp // Demonstrates the use of specifiers #include <iostream> using namespace std; int main() { char c; unsigned char cu; int i; unsigned int iu; short int is; short iis; // Same as short int unsigned short int isu; unsigned short iisu; long int il; long iil; // Same as long int unsigned long int ilu; unsigned long iilu; float f; double d; long double ld; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 81 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 cout << "\n char= " << sizeof(c) << "\n unsigned char = " << sizeof(cu) << "\n int = " << sizeof(i) << "\n unsigned int = " << sizeof(iu) << "\n short = " << sizeof(is) << "\n unsigned short = " << sizeof(isu) << "\n long = " << sizeof(il) << "\n unsigned long = " << sizeof(ilu) << "\n float = " << sizeof(f) << "\n double = " << sizeof(d) << "\n long double = " << sizeof(ld) << endl; } ///:˜ Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 82 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Especificadores (cont.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 [mstorti@galileo garage]$$ ./sizes.bin char= 1 unsigned char = 1 int = 4 unsigned int = 4 short = 2 unsigned short = 2 long = 8 unsigned long = 8 float = 4 double = 8 long double = 16 [mstorti@galileo garage]$$ Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 83 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Punteros Al declarar variables lo que estamos haciendo es dar un nombre a un pedazo de la memoria. Cuando decimos int n lo que estamos diciendo al compilador es: resérveme 4 bytes de la memoria y a partir de ahora lo voy a llamar n. El operador & nos muestra en que posición de la memoria fue alocada la variable 1 2 1 2 int n; cout << "variable n is in position " << &n << endl; [mstorti@galileo garage]$$ ./ptr.bin variable n is in position 0x7fff1c46d92c Los punteros son impresos normalmente en formato de hexadecimales, si quisiéramos verlo en formato decimal podemos castear (convertir) el puntero a un entero 1 2 1 2 int n; cout << "variable n is in position " << (long)&n << endl; [mstorti@galileo garage]$$ ./ptr.bin variable n is in position 140737075615260 Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 84 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Punteros (cont.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 #include <iostream> using namespace std; int dog, cat, bird, fish; void f(int pet) { cout << "pet id number: " << pet << endl; } int main() { int i, j, k; cout << "f(): " << (long)&f << endl; cout << "dog: " << (long)&dog << endl; cout << "cat: " << (long)&cat << endl; cout << "bird: " << (long)&bird << endl; cout << "fish: " << (long)&fish << endl; cout << "i: " << (long)&i << endl; cout << "j: " << (long)&j << endl; cout << "k: " << (long)&k << endl; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 85 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Punteros (cont.) El resultado es 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 [mstorti@galileo garage]$$ ./pointers.bin f(): 4196630 dog: 6295956 cat: 6295960 bird: 6295964 fish: 6295968 i: 140736631158572 j: 140736631158568 k: 140736631158564 [mstorti@galileo garage]$$ Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 86 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Punteros (cont.) • La dirección en memoria de un variable puede cambiar de una corrida a • • • 1 2 otra. Funciones, variables y globales parecen estar en sectores de la memoria diferentes. Enteros parecen ocupar 4 bytes. Las posiciones en la memoria se pueden guardar en una variable de tipo especial llamada puntero int number; int *number-p = &number; • El sufijo _p o simplemente p indica que es un puntero (es sólo una convención). Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 87 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Punteros (cont.) • Algunos programadores ponen el * junto al tipo. 1 int* number-p; Es totalmente equivalente, pero confuso, 1 int* number-p,n-p,m-p; Declara a number_p, pero n_p y m_p son declarados enteros. Lo correcto es 1 int *number-p,*n-p,*m-p; • Podemos asignar a una variable de tipo puntero la dirección de una variable, lo cual nos permite modificarla a través de ese proxy 1 2 3 int number=100; int *number-p = &number; *number-p = 25; // Ahora number contiene 25!! Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 88 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Punteros (cont.) • OJO: el hecho de declarar una variable de tipo puntero no significa que esté apuntando a un objeto válido, es deber del programador asignarle al puntero una posición válida, si no puede dar error en tiempo de ejecución al querer usar el puntero. 1 2 3 4 5 int *p; cout << "contenido de *p " << *p << endl; // ERROR int x; p = &x; cout << "contenido de *p " << *p << endl; // OK Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 89 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Punteros (cont.) Los punteros tienen un montón de usos, el primero que veremos es el de causar que una función modifique un objeto. El mecanismo de paso de variables en C/C++ es por copia. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 #include <iostream> using namespace std; void f(int a) { cout << "&a = " << &a << endl; cout << "a = " << a << endl; a = 5; cout << "a = " << a << endl; } int main() { int x = 47; cout << "&x = " << &x << endl; cout << "x = " << x << endl; f(x); cout << "x = " << x << endl; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 90 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Punteros (cont.) Imprime: 1 2 3 4 5 6 7 8 [mstorti@galileo sources]$$ ./try40.bin &x = 0x7ffe99dd33ec x = 47 &a = 0x7ffe99dd33bc a = 47 a=5 x = 47 [mstorti@galileo sources]$$ x = 47 Como la variable a en f() es una copia, resulta que la modificación que se hace en f() no persiste, de manera que queda el mismo valor. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 91 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Punteros (cont.) En esta versión en cambio, pasamos la dirección donde está x: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 #include <iostream> using namespace std; void f(int* p) { cout << "p = " << p << endl; cout << "*p = " << *p << endl; *p = 5; cout << "p = " << p << endl; } int main() { int x = 47; cout << "x = " << x << endl; cout << "&x = " << &x << endl; f(&x); cout << "x = " << x << endl; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 92 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Punteros (cont.) Imprime: 1 2 3 4 5 6 7 8 [mstorti@galileo sources]$ ./try41.bin x = 47 &x = 0x7ffcf3047dcc p = 0x7ffcf3047dcc *p = 47 p = 0x7ffcf3047dcc x=5 [mstorti@galileo sources]$ Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 93 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Referencias Los punteros son muy útiles pero engorrosos porque hay que estar dereferenciando al puntero cada vez. C++ introdujo las referencias que son completamente equivalentes a los punteros pero evitan la dereferenciación. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 #include <iostream> using namespace std; void f(int& r) { cout << "r = " << r << endl; cout << "&r = " << &r << endl; r = 5; cout << "r = " << r << endl; } int main() { int x = 47; cout << "x = " << x << endl; cout << "&x = " << &x << endl; f(x); // Looks like pass-by-value, // is actually pass by reference cout << "x = " << x << endl; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 94 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Referencias (cont.) Imprime: 1 2 3 4 5 6 7 8 [mstorti@galileo sources]$ ./try42.bin x = 47 &x = 0x7ffd244d1aac r = 47 &r = 0x7ffd244d1aac r=5 x=5 [mstorti@galileo sources]$ Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 95 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Punteros a void • El compilador sólo acepta que asignemos a una variable de tipo int* la dirección de una variable de tipo int, en otro caso da un error int *p; 2 int n; 3 p = &n; // OK 4 double a; 5 p = &a; // Error • El tipo void* permite almacenar un puntero a cualquier tipo de variable 1 void* vp; 2 char c; 3 int i; 4 float f; 5 double d; 6 vp = &c; 7 vp = &i; 8 vp = &f; 9 vp = &d; 1 Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 96 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Punteros a void (cont.) • Una vez que una dirección es asignada a un void* el compilador no puede saber de que tipo es el objeto al cual apunta, y por lo tanto no se puede dereferenciar 1 2 3 int i = 99; void* vp = &i; *vp = 3; // Error de compilacion • Para poder recuperar el objeto tenemos que castear el puntero, de esa forma le estamos diciendo al compilador que es del tipo indicado 1 2 3 int i = 99; void* vp = &i; *((int*)vp) = 3; // OK! • Si casteamos al tipo incorrecto el compilador no protesta, pero se puede producir un error en tiempo de ejecución 1 2 3 4 int i = 99; void* vp = &i; // Compila OK, posible error en tiempo de ejecución *((string*)vp) = "Hello world"; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 97 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Scope de las variables Una variable existe desde su definición hasta la siguiente llave que cierra (}). Eso se llama el scope de la variable. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 // How variables are scoped int main() { int scp1; // scp1 visible here { // scp1 still visible here //. . . . . int scp2; // scp2 visible here //. . . . . { // scp1 & scp2 still visible here //. . int scp3; // scp1, scp2 & scp3 visible here // . . . } // scp3 destroyed here // scp3 not available here Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 98 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 19 20 21 22 23 24 25 // scp1 & scp2 still visible here // . . . } // scp2 destroyed here // scp3 & scp2 not available here // scp1 still visible here //. . } // scp1 destroyed here Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 99 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Definiendo variables on-the-fly En C todas las variables deben ser definidas al comienzo del scope. En C++ se pueden definir en cualquier lugar. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 // On-the-fly variable definitions #include <iostream> using namespace std; int main() { //. . { // Begin a new scope int q = 0; // C requires definitions here //. . // Define at point of use: for(int i = 0; i < 100; i++) { q++; // q comes from a larger scope // Definition at the end of the scope: int p = 12; } int p = 1; // A different p } // End scope containing q & outer p cout << "Type characters:" << endl; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 100 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 } while(char c = cin.get() != ’q’) { cout << c << " wasn’t it" << endl; if(char x = c == ’a’ | | c == ’b’) cout << "You typed a or b" << endl; else cout << "You typed " << x << endl; } cout << "Type A, B, or C" << endl; switch(int i = cin.get()) { case ’A’: cout << "Snap" << endl; break; case ’B’: cout << "Crackle" << endl; break; case ’C’: cout << "Pop" << endl; break; default: cout << "Not A, B or C!" << endl; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 101 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Definiendo variables on-the-fly (cont.) Las variables que están fuera de todas las funciones son globales, su scope es todo el programa, incluı́do dentro de las funciones. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 // == file1.cpp == // Demonstration of global variables #include <iostream> using namespace std; int globe; void func(); int main() { globe = 12; cout << globe << endl; func(); // Modifies globe cout << globe << endl; } // == file2.cpp == // Accessing external global variables extern int globe; // (The linker resolves the reference) void func() { Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 102 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 19 20 } globe = 47; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 103 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Variables locales Las variables que existen dentro de un scope son locales, también se les llama automáticas ya que son creadas en el momento de llegar a ese bloque. La memoria que le es asignada no tiene porque ser siempre la misma, por lo tanto la variable no retiene el valor que le fue asignado antes. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 void f(int x) { int a; cout << "a en f(): " << a << endl; cout << "&a en f(): " << &a << endl; a=x; cout << "a en f() despues de asignar: " << a << endl; } void g(int x) { int a; cout << "a en g(): " << a << endl; cout << "&a en g(): " << &a << endl; a=x; cout << "a en g() despues de asignar: " << a << endl; } void h(int x) { Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 104 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 int a; f(435); cout << "a en h(): " << a << endl; cout << "&a en h(): " << &a << endl; a=x; cout << "a en h() despues de asignar: " << a << endl; } int main() { f(23); g(45); f(23); g(45); h(234); return 0; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 105 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Variables locales (cont.) El resultado es: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 [mstorti@galileo garage]$$ ./try2.bin a en f(): 0 &a en f(): 0x7fff6df56d1c a en f() despues de asignar: 23 a en g(): 23 &a en g(): 0x7fff6df56d1c a en g() despues de asignar: 45 a en f(): 45 &a en f(): 0x7fff6df56d1c a en f() despues de asignar: 23 a en g(): 23 &a en g(): 0x7fff6df56d1c a en g() despues de asignar: 45 a en f(): 59 &a en f(): 0x7fff6df56cdc a en f() despues de asignar: 435 a en h(): 45 &a en h(): 0x7fff6df56d1c Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 106 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 19 20 a en h() despues de asignar: 234 [mstorti@galileo garage]$$ Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 107 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Punteros a variables locales Si una variable sale de scope, es un error tratar de utilizar punteros que apuntaban a esa variable. 1 2 3 4 5 6 7 8 int *p; for (int j=0; j<N; j++) { int z; p = &z; ... } // ERROR (z no existe mas) cout << "contenido de *p " << *p << endl; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 108 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Variables estáticas Si queremos que el área asignada a una variable local sea siempre el mismo, entonces le agregamos el keyword static. Un ejemplo clásico es una función que cuenta cuantas veces fue llamada: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 void f() { static int count=0; cout << "f() fue llamada " << count << " veces" << endl; cout++; } int main() { for (int j=0; j<10; j++) f(); return 0; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 109 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Variables estáticas (cont.) El resultado es: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [mstorti@galileo garage]$ ./try14.bin f() fue llamada 0 veces f() fue llamada 1 veces f() fue llamada 2 veces f() fue llamada 3 veces f() fue llamada 4 veces f() fue llamada 5 veces f() fue llamada 6 veces f() fue llamada 7 veces f() fue llamada 8 veces f() fue llamada 9 veces [mstorti@galileo garage]$ Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 110 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Constantes Si se utilizará muchas veces un valor que es constante se pueden hacer a través de un macro 1 #define PI 3.141459 o bien a través de una variable de tipo const 1 const double pi = 3.141459; Es más prolijo esto último (le permite al compilador hacer chequeo de tipo). Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 111 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Operadores. Asignación El caracter = se utiliza como el operador de asignación: 1 A=4; Lo que está a la izquierda de = es el lvalue y lo que está a la derecha el rvalue. El rvalue puede ser cualquier expresión. El compilador la evalua y asigna el resultado a lo que está en el lvalue. Ahora bien lo que está en el lvalue no puede ser cualquier cosa, debe ser una variable o cualquier otra cosa a la cual se le pueda asignar un valor. Por ejemplo no puede ser una constante, es decir no podemos hacer 1 4=A; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 112 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Operadores matemáticos Los operadores matemáticos binarios usuales son +-*/. Cada uno de ellos se puede usar en forma de acumulación +=, -=, *=, /=. Por ejemplo 1 x += 5; es equivalente a 1 x = x + 5; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 113 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Operadores relacionales Son 1 >, <, >=, <=, ==, != Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 114 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Operadores lógicos Son && (and) y || (or). Recordar que en C/C++ muchos tipos se castean automáticamente a bool, siendo 0 el valor falso y cualquier otro valor verdadero. Cuando se imprimen los valores booleanos dan 0 o 1. ! es la negación. Son operadores cortocircuitados es decir si hacemos 1 expr1 && expr2 entonces primero se evalua expr1 y si da falso, entonces expr2 NO se evalúa, ya que no es necesario porque la expresión lógica resultará en falso de todas formas. Eso puede ser importante, por ejemplo 1 if (n>0 && m/n!=3) . . . está garantizado que no dará error si n==0 ya que si es ası́ directamente la división por n no se hará. Lo mismo ocurre en 1 expr1 | | expr2 si la primera da verdadero. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 115 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz El operador hook Es una forma muy compacta de escribir un if-else. Por ejemplo esta expresión calcula el mı́nimo de dos valores 1 x = (m<n ? m : n); Se puede usar también en un lvalue. La siguiente expresión asigna al menor de m,n el valor 23. 1 (m<n ? m : n) = 23; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 116 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Errores comunes con los operadores • Las reglas de precedencia a veces son simples, pero si se escriben • expresiones complejas ya no. Ante la duda utilizar paréntesis. No confundir = con ==. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 117 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Operadores de cast • Si el compilador ve que estamos mezclando tipos en una asignación, insertará una operación de cast (conversión de tipo) automáticamente 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 int x=5; double z=x; // OK z=23.3; x=z; // se pierde la mantisa (truncamiento) x = (int) z; // cast explicito x = int(z); // otra forma del cast explicito int ixp = &x; // error, no puede convertir ptr a int long int ixp2 = (long int)&x; // OK! long int ixp3 = static-cast<long int>(&x); // OK! Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 118 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Operador sizeof • Retorna el tamaño de una variable o tipo en bytes 1 cout << "sizeof(char) " << sizeof(char) << endl; // ->1 2 cout << "sizeof(int) " << sizeof(int) << endl; // ->4 3 cout << "sizeof(float) " << sizeof(float) << endl; // ->4 4 cout << "sizeof(double) " << sizeof(double) << endl; // ->8 5 6 double a; 7 cout << "sizeof(a) " << sizeof(a) << endl; // ->8 8 cout << "sizeof(&a) " << sizeof(&a) << endl; // ->8 (in x86 64) 9 int x; 10 cout << "sizeof(&x) " << sizeof(&x) << endl; // ->8 (in x86 64) - Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 119 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz typedef: Aliases de tipos • Permite hacer un alias de un tipo a un nuevo tipo 1 typedef unsigned long int ulong; 2 . . . 3 ulong x; • Simple para tipos básicos, más complicado para punteros 1 typedef int *int p; • La regla es que se escribe una lı́nea como la declaración de una variable • 1 2 con typedef al principio y reemplazando la variable por el tipo. Esto permite hacer expresiones más cortas pero además tiene un uso muy importante. Permitir cambiar de tipo todas las variables de un programa typedef float scalar; scalar i,j,k; Para cambiar todo el programa a doble precisión: 1 typedef double scalar; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 120 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Estructuras • Se pueden definir nuevos tipos agrupando varios miembros en una estructura. Los miembros de la estructura se toman con el operador .: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 struct A { char c; int m; float f; double b; }; void printa(A a) { cout << "structure is (" << a.c << "," << a.m << "," << a.f << "," << a.b << ")" << endl; } ... A a1, a2; a1.c = ’h’; a2.m = 23; printa(a1); Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 121 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Estructuras (cont.) Se pueden tomar punteros a estructuras y enlazarlas 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 struct cell { char c; double x; cell *next; }; int main() { cell c1,c2,c3; c1.c = ’a’; c1.x = 1; c1.next = &c2; c2.c = ’b’; c2.x = 2; c2.next = &c3; c3.c = ’c’; c3.x = 3; c3.next = &c1; cell *cp = &c1; for (int k=0; k<20; k++) { cout << "cp " << cp << ", c " << (*cp).c << ", x " << (*cp).x << endl; cp = (*cp).next; } } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 122 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Estructuras (cont.) 1 2 3 4 cell c1.c c2.c c3.c c1,c2,c3; = ’a’; c1.x = 1; c1.next = &c2; = ’b’; c2.x = 2; c2.next = &c3; = ’c’; c3.x = 3; c3.next = &c1; c1 c='a' x=1 c2 c3 c='c' x=3 Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) next next c='b' x=2 next slide 123 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Estructuras (cont.) El resultado es 1 2 3 4 5 6 7 8 9 [mstorti@galileo garage]$$ ./try8.bin cp 0x7fff571b2d20, c a, x 1 cp 0x7fff571b2d00, c b, x 2 cp 0x7fff571b2ce0, c c, x 3 cp 0x7fff571b2d20, c a, x 1 ... cp 0x7fff571b2d20, c a, x 1 cp 0x7fff571b2d00, c b, x 2 [mstorti@galileo garage]$$ Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 124 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Arrow operator Como en el ejemplo anterior es muy común la compinación (*cp).x es decir tener un puntero a una estructura cp y querer tomar un miembro x de la estructura apuntada. Como es tan común hay un atajo sintáctico para eso 1 (*cp).x es equivalente a cp->x Entonces el lazo del programa anterior pasa a ser 1 2 3 4 5 for (int k=0; k<20; k++) { cout << "cp " << cp << ", c " << cp->c << ", x " << cp->x << endl; cp = cp->next; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 125 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Enum’s • Supongamos que queremos definir una estructura shape que contiene una forma geométrica, digamos las coordenadas x,y de su centro y un entero que indica su forma. Para ello incluimos un entero gtype (por geometric type) que define que tipo de forma es. Podemos por ejemplo asignar arbitrariamente gtype=0 para cı́rculos, 1=cuadrados, 2=rectángulos. 1 2 3 4 struct shape { double x,y; int gtype; }; Entonces una función que imprime la forma serı́a algo ası́ como 1 2 3 4 5 6 void draw(shape s) { if (s.gtype==0) //. . . imprime un circulo else if (s.gtype==1) //. . . imprime un cuadrado else if (s.gtype==2) //. . . imprime un rect ... } El problema con esto es que tenemos que guardar mentalmente una tabla para saber que entero correspondı́a a cada forma. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 126 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Enum’s (cont.) Una posibilidad es usar macros 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 #define CIRCLE 0 #define SQUARE 1 #define RECTANGLE 2 void draw(shape s) { if (s.gtype==CIRCLE) //. . . imprime un circulo else if (s.gtype==SQUARE) //. . . imprime un cuadrado else if (s.gtype==RECTANGLE) //. . . imprime un rect ... } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 127 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Enum’s (cont.) Pero, como ya dijimos, es preferible no usar macros, para esto está el enum: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 enum GeoType { circle, square, rectangle}; struct shape { double x,y; GeoType gtype; }; void draw(shape s) { if (s.gtype==circle) //. . . imprime un circulo else if (s.gtype==square) //. . . imprime un cuadrado else if (s.gtype==rectangle) //. . . imprime un rect ... } • Internamente los enums son enteros, pero esto es transparente para • nosotros. El compilador traduce cada identificador de la lista a un entero consecutivo. Se puede forzar a que tomen un valor especı́fico • 1 enum GeoType { circle=5, square=10, rectangle=15}; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 128 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Arreglos de estructuras • Vimos que podemos definir arreglos como int v[100]. • También lo podemos hacer con estructuras cell cellv[100] • Los elementos son guardados en forma consecutiva 1 struct cell { 2 double x; 3 cell *next; 4 }; 5 6 for (int j=0; j<4; j++) 7 cout << "&cellv[" << j << "] " 8 << (long int)&cellv[j] << endl; 9 . . . 10 &cellv[0] 140736201505632 11 &cellv[1] 140736201505648 12 &cellv[2] 140736201505664 ya que el tamaño de la celda es de 16 bytes (8 para el doble y 8 para el puntero): 1 2 3 cout << "sizeof(cell): " << sizeof(cell) << endl; ... sizeof(cell): 16 Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 129 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Punteros y arreglos Si imprimimos un arreglo, el compilador lo imprime como hexadecimal, o sea como si fuera un puntero 1 2 3 4 int v[100]; cout << v << endl; ... -> 0x7fff7e388420 Esto es porque el compilador sólo almacena para el vector la dirección donde comienza el área asignada al vector. Esto lo podemos verificar imprimiento la dirección del primer elemento 1 2 cout << &cellv[0] << endl; -> 0x7fff7e388420 Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 130 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Punteros y arreglos (cont.) Si tomamos un puntero al primer elemento podemos manipular al vector a través de ese puntero 1 2 3 int v[100]; int *p= &v[0]; for (int j=0; j<100, j++) *(p+j) = 100*j; De hecho en la mayorı́a de los casos punteros y arreglos son intercambiables, por ejemplo a los punteros se les puede aplicar el operador [] de manera que se lo puede utilizar como un vector. 1 2 3 int v[100]; int *p= &v[0]; for (int j=0; j<1000, j++) p[j] = 100*j; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 131 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Arreglos de punteros • También se pueden tener arreglos de punteros 1 int *v[100]; // arreglo de 100 punteros a enteros • Los arreglos de caracteres, son de tipo char* entonces si queremos tener un arreglo de “strings de C”, tenemos un arreglo de arreglos de char, o lo que es equivalente a arreglos de punteros a char 1 2 char *as[ ]; char **as; // equivalente Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 132 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Arreglos de punteros (cont.) • Un caso frecuente de esto es la segunda forma de llamada a main(). Si llamamos a nuestro programa con argumentos 1 2 3 4 5 int main(int argc,char **argv) { for (int j=0; j<argc; j++) cout << j << ": " << argv[j] << endl; return 0; } El resultado es 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 $$ 0: 1: 2: 3: 4: 5: 6: 7: 8: ./try10.bin -u mstorti -d 453 -l 34 -f 34.56 ./try10.bin -u mstorti -d 453 -l 34 -f 34.56 El shell (en este caso bash) divide los argumentos pasados en la lı́nea de comando por whitespace y construye un arreglo de strings Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 133 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Arreglos de punteros (cont.) • El acceso a elementos de un arreglo de C es extremadamente rápido. • Sin embargo si se accede a posiciones más allá de la última posición del vector se puede producir un error int v[100]; 2 . . . 3 v[100] = x; // Muy probablemente SIGSEGV o SEGFAULT • Se debe conocer el tamaño del vector en tiempo de compilación (hay una 1 • forma de hacerlo dinámico, con new[]/delete[] o malloc()/free(). La clase vector<> es mucho más versátil y más segura. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 134 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Arreglos de punteros (cont.) Podemos verificar que los elementos de un vector están en posiciones contiguas. 1 2 3 4 5 int a[10]; cout << "sizeof(int) = "<< sizeof(int) << endl; for(int i = 0; i < 10; i++) cout << "&a[" << i << "] = " << (long)&a[i] << endl; produce 1 2 3 4 5 6 $$ ./try17.bin sizeof(int) = 4 &a[0] = 140736359816368 &a[1] = 140736359816372 &a[2] = 140736359816376 &a[3] = 140736359816380 Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 135 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Aritmética de punteros Se pueden hacer cuentas con punteros de tipo ptr = ptr + int y todas las derivadas, por ejemplo 1 2 3 4 5 ptr = ptr + int int = ptr - ptr ptr += int ptr++ ptr-- En todas estas operaciones el entero indica posiciones en el vector, no bytes. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 136 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Aritmética de punteros (cont.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 int i[10]; double d[10]; int* ip = i; double* dp = d; cout << "ip = " << ip++; cout << "ip = " << cout << "dp = " << dp++; cout << "dp = " << (long)ip << endl; (long)ip << endl; (long)dp << endl; (long)dp << endl; produce 1 2 3 4 5 [mstorti@galileo garage]$$ ./try18.bin ip = 140733418503296 ip = 140733418503300 dp = 140733418503216 dp = 140733418503224 Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 137 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Tamaños de estructuras Cuando se usan estructuras con tipos mezclados puede ser que el tamaño del tipo combinado no sea igual a la suma de los tamaños de los tipos (pero seguro es mayor o igual) porque el compilador tiene que alinear los tipos. 1 2 3 4 struct A { char c; double d; }; da sizeof(A) -> 16, y 1 2 struct B { char c; double d; char c2; }; struct C { char c; char c2; double d; }; da 1 2 sizeof(B) -> 24 sizeof(C) -> 16 Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 138 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Programación Orientada a Objetos Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 139 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Abstracción de datos Un contenedor de elementos de longitud arbitraria 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 #ifndef CSTASH-H #define CSTASH-H struct CStash { int size; // Size of each space int quantity; // Number of storage spaces int next; // Next empty space // Dynamically allocated array of bytes: unsigned char* storage; }; void initialize(CStash* s, int size); void cleanup(CStash* s); int add(CStash* s, const void* element); void* fetch(CStash* s, int index); int count(CStash* s); void inflate(CStash* s, int increase); #endif Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 140 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Abstracción de datos (cont.) 1 2 3 4 5 6 7 struct CStash { int size; // Size of each space int quantity; // Number of storage spaces int next; // Next empty space // Dynamically allocated array of bytes: unsigned char* storage; }; size used free store quantity next Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 141 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Abstracción de datos (cont.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 // Implementation of example C-like library // Declare structure and functions: #include "./cstash.h" #include <iostream> #include <cassert> using namespace std; // Quantity of elements to add // when increasing storage: const int increment = 100; void initialize(CStash* s, int sz) { s->size = sz; s->quantity = 0; s->storage = 0; s->next = 0; } int add(CStash* s, const void* element) { if(s->next >= s->quantity) //Enough space left? inflate(s, increment); // Copy element into storage, Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 142 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 // starting at next empty space: int startBytes = s->next * s->size; unsigned char* e = (unsigned char*)element; for(int i = 0; i < s->size; i++) s->storage[startBytes + i] = e[i]; s->next++; return(s->next - 1); // Index number } void* fetch(CStash* s, int index) { // Check index boundaries: assert(0 <= index); if(index >= s->next) return 0; // To indicate the end // Produce pointer to desired element: return &(s->storage[index * s->size]); } int count(CStash* s) { return s->next; // Elements in CStash } void inflate(CStash* s, int increase) { assert(increase > 0); int newQuantity = s->quantity + increase; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 143 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 int newBytes = newQuantity * s->size; int oldBytes = s->quantity * s->size; unsigned char* b = new unsigned char[newBytes]; for(int i = 0; i < oldBytes; i++) b[i] = s->storage[i]; // Copy old to new delete [ ](s->storage); // Old storage s->storage = b; // Point to new memory s->quantity = newQuantity; } void cleanup(CStash* s) { if(s->storage != 0) { cout << "freeing storage" << endl; delete [ ]s->storage; } } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 144 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Abstracción de datos (cont.) • CStash es un tipo que permite almacenar una cantidad ilimitada de • • • • • • elementos de tamaño size. Tiene un área de almacenamiento interno unsigned char *storage. Se pueden agregar elementos con add(), si el tamaño del almacenamiento interno no es suficiente entences se incrementa en una dada cantidad (por default 100). initialize() realiza la inicializacion de la estructura, poniendo a cero los diferentes contadores y el tamaño de los elementos al valor entrado por el usuario (int sz). add() agrega un elemento copiándolo byte por byte a storage. Si el tamaño no es suficiente llama a inflate() para alocar una nueva área recopiando todo el área previa y agregando el nuevo elemento. quantity es el número de lugares disponibles next es la cantidad de lugares realmente ocupados. fetch() retorna el puntero al lugar donde comienza el elemento en la posición index. Primero chequea que efectivamente el ı́ndice esté en el rango de valores apropiados (0<=index<next). En caso contrario retorna un puntero nulo. Está garantizado que el puntero nulo no apunta a ningún Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 145 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz • • lado de la memoria. count() retorna la cantidad de elementos que hay en el contenedor. Simplemente retorna next. Alocación dinámica de memoria: Como no sabemos en principio que tamaño va a tomar el área de memoria vamos alocando dinámicamente con el operador new new unsigned char[newBytes]; • En general se puede hacer 1 t = new Type; // aloca un solo objeto 2 tp = new Type[count]; // aloca un arreglo de count objetos • El área utilizada debe ser liberada. Si no (y si la alocación se hace 1 repetidamente) se produce un memory leak. delete t; 2 delete[ ] tp; • Las áreas de memoria reservadas con new se alocan en el heap. Si el heap 1 • se acaba la alocación da un error (OJO que no necesariamente retorna un puntero nulo). Los pedazos de memoria alocados con new pueden crear fragmentación de la memoria. (No hay un defragmentador). Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 146 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Abstracción de datos (cont.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 #include "./cstash.h" #include <fstream> #include <iostream> #include <string> #include <cassert> using namespace std; int main() { // Define variables at the beginning // of the block, as in C: CStash intStash, stringStash; int i; char* cp; ifstream in; string line; const int bufsize = 80; // Now remember to initialize the variables: initialize(&intStash, sizeof(int)); for(i = 0; i < 100; i++) add(&intStash, &i); for(i = 0; i < count(&intStash); i++) Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 147 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 } cout << "fetch(&intStash, " << i << ") = " << *(int*)fetch(&intStash, i) << endl; // Holds 80-character strings: initialize(&stringStash, sizeof(char)*bufsize); in.open("./trycstash.cpp"); assert(in); while(getline(in, line)) add(&stringStash, line.c-str()); i = 0; while((cp = (char*)fetch(&stringStash,i++))!=0) cout << "fetch(&stringStash, " << i << ") = " << cp << endl; cleanup(&intStash); cleanup(&stringStash); return 0; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 148 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Abstracción de datos (cont.) Resultado: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 [mstorti@galileo garage]$ ./trycstash.bin fetch(&intStash, 0) = 0 fetch(&intStash, 1) = 1 fetch(&intStash, 2) = 2 fetch(&intStash, 3) = 3 ... fetch(&intStash, 97) = 97 fetch(&intStash, 98) = 98 fetch(&intStash, 99) = 99 0: #include "./cstash.h" 1: #include <fstream> 2: #include <iostream> 3: #include <string> ... 37: cleanup(&stringStash); 38: return 0; 39: } freeing storage freeing storage [mstorti@galileo garage]$ Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 149 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz POO básica La librerı́a que creamos tiene dos problemas básicos: • Serı́a bueno que la construcción y destrucción de los objetos fuera • automática. Polución del espacio de nombres: Si necesitamos otro contenedor no vamos a poder usar los nombres initialize() y cleanup(). Una posible solución serı́a usar nombres con prefijos CStash_initialize(), CStash_cleanup() ... Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 150 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz POO básica (cont.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 struct Stash { int size; // Size of each space int quantity; // Number of storage spaces int next; // Next empty space // Dynamically allocated array of bytes: unsigned char* storage; // Functions! void initialize(int size); void cleanup(); int add(const void* element); void* fetch(int index); int count(); void inflate(int increase); }; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 151 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz POO básica (cont.) • Ahora las funciones aparecen dentro de la estructura, de manera que esta • 1 2 actúa como un namespace, de manera que la funciones se llaman ahora Stash::initialize(), Stash::cleanup() No hace falta pasar a las funciones el puntero al objeto. Esto se hace automáticamente llamando a la función como miembro de un objeto Stash s1,s2,s3; s1.initialize(10); Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 152 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz POO básica (cont.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 // C library converted to C++ // Declare structure and functions: #include "CppLib.h" #include <iostream> #include <cassert> using namespace std; // Quantity of elements to add // when increasing storage: const int increment = 100; void Stash::initialize(int sz) { size = sz; quantity = 0; storage = 0; next = 0; } int Stash::add(const void* element) { if(next >= quantity) // Enough space left? inflate(increment); // Copy element into storage, // starting at next empty space: Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 153 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 int startBytes = next * size; unsigned char* e = (unsigned char*)element; for(int i = 0; i < size; i++) storage[startBytes + i] = e[i]; next++; return(next - 1); // Index number } void* Stash::fetch(int index) { // Check index boundaries: assert(0 <= index); if(index >= next) return 0; // To indicate the end // Produce pointer to desired element: return &(storage[index * size]); } int Stash::count() { return next; // Number of elements in CStash } void Stash::inflate(int increase) { assert(increase > 0); int newQuantity = quantity + increase; int newBytes = newQuantity * size; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 154 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 int oldBytes = quantity * size; unsigned char* b = new unsigned char[newBytes]; for(int i = 0; i < oldBytes; i++) b[i] = storage[i]; // Copy old to new delete [ ]storage; // Old storage storage = b; // Point to new memory quantity = newQuantity; } void Stash::cleanup() { if(storage != 0) { cout << "freeing storage" << endl; delete [ ]storage; } } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 155 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz POO básica (cont.) • Adentro de las funciones miembro no es necesario dereferenciar al objeto • 1 2 3 4 5 6 7 8 para obtener los miembros size, quantity. Es decir en vez de aparecer s->size ahora sólo aparece size, lo que ocurre es que al llamar s1.initialize() la variable size corresponde al del objeto s1. Si uno necesita conocer el puntero a la estructura en la que estoy en este momento se usa el keyword this que es un puntero al objeto en el que estamos parados void Stash::initialize(int sz) { cout << "this: " << this << endl; ... } Stash s1; cout << "&s1: " << &s1 << endl; s1.initialize(); Imprimen el mismo puntero. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 156 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz POO básica (cont.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 // Test of C++ library #include "CppLib.h" #include ". ./require.h" #include <fstream> #include <iostream> #include <string> using namespace std; int main() { Stash intStash; intStash.initialize(sizeof(int)); for(int i = 0; i < 100; i++) intStash.add(&i); for(int j = 0; j < intStash.count(); j++) cout << "intStash.fetch(" << j << ") = " << *(int*)intStash.fetch(j) << endl; // Holds 80-character strings: Stash stringStash; const int bufsize = 80; stringStash.initialize(sizeof(char) * bufsize); Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 157 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 } ifstream in("CppLibTest.cpp"); assure(in, "CppLibTest.cpp"); string line; while(getline(in, line)) stringStash.add(line.c-str()); int k = 0; char* cp; while((cp =(char*)stringStash.fetch(k++)) != 0) cout << "stringStash.fetch(" << k << ") = " << cp << endl; intStash.cleanup(); stringStash.cleanup(); Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 158 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz POO básica (cont.) • Las llamadas a funciones de la librerı́a se convierten ası́ 1 CStash initialize(&s1,sz); 2 s1.initialize(size); Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 159 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Inclusion de headers • Algunos headers pueden incluir a otros, por ejemplo el header de una librerı́a lib1.h puede incluir iostream. Entonces si otra librerı́a lib2.h también incluye iostream, al querer incluir a las dos librerı́as #include <lib1.h> 2 #include <lib2.h> // Incluye iostream 2 veces -> error • No hay problema con las funciones, pero si con las estructuras (y clases). • Se utiliza un mecanismo con macros para evitar la doble inclusión. 1 Podemos usar los macros para incluir condicionalmente partes del código. 1 2 3 4 5 6 7 #define FLAG #ifdef FLAG //. . . #else //. . . #endif Notar que es muy diferente este condicional del preprocesador que el if-else de C++. En el del preprocesador sólo uno de los bloques se compila. Quiere decir que se puede usar para usar diferentes pedazos de Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 160 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz código que de otra forma no compiları́a. Por ejemplo #ifdef HAS-PETSC 2 //. . . Version que usa la libreria PETSC 3 #else 4 //. . . Version alternativa 5 #endif • El macro se puede definir usando un #define FLAG como arriba, o también 1 • al compilar usando $$ g++ -DFLAG ... Lo contrario de definir un macro es hacerlo indefinido con #undef FLAG, a partir de ahi #ifdef FLAG da falso. #undef se puede usar para redefinir macros • 1 #define MAX SIZE 2 . . . . 3 #define MAX SIZE 1 #define MAX SIZE 2 3 . . . 4 #undef MAX SIZE 5 #define MAX SIZE - 100 1000 // -> Error 100 1000 // OK! Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 161 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Inclusion de headers (cont.) • Para evitar la doble inclusión se utiliza un macro de protección 1 #ifndef STASH H 2 #define STASH H 3 // Type declaration here. . . 4 #endif // STASH H • Ahora si se incluye dos veces el header no hay problema, ya que la segunda vez en realidad no es incluido. #include <stash.h> 2 #include <stash.h> // no es incluido esta vez!! • El macro centinela STASH_H debe ser único para ese archivo. Si otro 1 archivo usa el mismo macro centinela entonces sus declaraciones no son incluidas 1 2 #include <libreria1/stash.h> #include <libreria2/stash.h> // Error: este no es incluido Deberian usar LIBRERIA1_STASH_H y LIBRERIA2_STASH_H. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 162 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Inclusion de headers (cont.) • Si en un header mylib.h se utilizan elementos de iostream es tentador • • poner un using namespace std; en el header, para no tener que andar poniendo el namespace std explı́citamente (e.g. std::cout). Lamentablemente esto producirı́a que si un usuario incluye mylib.h todo su código pierde la protección del namespace y volvemos a la situación que querı́amos impedir con los namespace: la colisión de nombres. Por lo tanto la regla es: NO usar using namespace.. en los headers, sólo en los .cpp Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 163 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Estructuras enlazadas • La siguiente estructura Stack representa una pila implementada con celdas enlazadas. Las celdas son de otra estructura llamada Link que contiene el dato data y un puntero a la siguiente celda next. 1 2 3 4 5 struct Link { void* data; Link* next; void initialize(void* dat, Link* nxt); }; Stack S head data next Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) data next data next data slide 164 next Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Estructuras enlazadas (cont.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 struct Link { void* data; Link* next; void initialize(void* dat, Link* nxt); }; struct Stack { Link *head; void initialize(); void push(void* dat); void* peek(); void* pop(); void cleanup(); }; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 165 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Estructuras enlazadas (cont.) • La función push() mete un nuevo elemento en la pila, peek() retorna un • puntero al elemento en el tope de la pila. pop() elimina un elemento del tope. initialize() y cleanup() son como antes: se encargan de la inicialización y destrucción de la estructura. El tipo de las celdas Link sólo se usará con la clase Stack. Si nuestra librerı́a quiere además definir un tipo Queue que representa una cola, con celdas enlazadas, entonces no podrá usar el mismo nombre Link para sus celdas. Para evitar esta colisión ponemos la clase Link adentro de la clase Stack • 1 struct Stack { 2 struct Link { 3 void* data; 4 Link* next; 5 void initialize(void* dat, Link* nxt); 6 } *head; 7 void initialize(); 8 void push(void* dat); 9 void* peek(); 10 void* pop(); Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 166 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz void cleanup(); 12 }; • Notar que al definir el tipo Link en la misma declaración del tipo se define 11 un puntero Link *head a la primera celda. Por supuesto se puede hacer por separado también 1 2 3 4 • • struct Link { ... }; Link *head; Por eso las definiciones de estructuras struct Type {...}; terminan en un punto y coma, ya que allı́ se pueden definir objetos de tipo Type al mismo tiempo que se define el nuevo tipo. Notar que cada estructura Stack y Link tienen su función de inicialización initialize(). Link no tiene cleanup(), el mismo usario es responsable de liberar el espacio apuntado por data, si existe. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 167 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Estructuras enlazadas (cont.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 // Linked list with nesting #include "Stack.h" #include ". ./require.h" using namespace std; void Stack::Link::initialize(void* dat, Link* nxt) { data = dat; next = nxt; } void Stack::initialize() { head = 0; } void Stack::push(void* dat) { Link* newLink = new Link; newLink->initialize(dat, head); head = newLink; } void* Stack::peek() { require(head != 0, "Stack empty"); return head->data; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 168 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 void* Stack::pop() { if(head == 0) return 0; void* result = head->data; Link* oldHead = head; head = head->next; delete oldHead; return result; } void Stack::cleanup() { require(head == 0, "Stack not empty"); } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 169 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Estructuras enlazadas (cont.) Uso de Stack 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 // Test of nested linked list #include "Stack.h" #include ". ./require.h" #include <fstream> #include <iostream> #include <string> using namespace std; int main(int argc, char* argv[ ]) { requireArgs(argc, 1); // File name is argument ifstream in(argv[1]); assure(in, argv[1]); Stack textlines; textlines.initialize(); string line; // Read file and store lines in the Stack: while(getline(in, line)) textlines.push(new string(line)); // Pop the lines from the Stack and print them: string* s; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 170 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 21 22 23 24 25 26 } while((s = (string*)textlines.pop()) != 0) { cout << *s << endl; delete s; } textlines.cleanup(); Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 171 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Más sobre scoping Si existen varias versiones de variables con un mismo nombre, la que se ve es la del scope mas interno. Se puede acceder a las otras utilizando el operador de scope apropiado. Para las globales hay que usar el scop :: (sin nada a la izquierda). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 // Global scope resolution int a; void f() {} struct S { int a; void f(); }; void S::f() { ::f(); // Would be recursive otherwise! ::a++; // Select the global a a--; // The a at struct scope } int main() { S s; f(); } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 172 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Tipos Abstractos de Datos (ADT) Con este ejemplo hemos visto una idea fundamental de C++ que es incluir funciones adentro de las estructuras. Este nuevo tipo de estructura es llamado un Tipo Abstracto de Datos (Abstract Data Type, ADT)). Las variables de estos tipos se llaman objetos. Llamar una función de la estructura sobre un objeto es mandarle un mensaje al objeto. Si bien encapsular datos y funciones en un TAD es un beneficio considerable para organizar el código y prevenir la colisión de nombres, la OOP (Programación Orientada a Objetos) es mucho más que esto. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 173 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Ocultando la implementación Una librerı́a tı́pica de C consiste de una o más definiciones de estructuras (struct) y funciones asociadas que actúan sobre dichas estructuras. En C++ las funciones se pueden asociar explı́citamente a esas estructuras poniendo sus declaraciones dentro del scope de la estructura. Pero hay una cuestión adicional que es hasta donde el programador debe permitir que el usuario de la librerı́a manipule a la estructura. Si el usuario lee las definiciones de la estructura puede por sı́ mismo manipular la estructura. Ahora bien, si en algún momento el programador cambia la forma en que está armada la estructura el código del usuario dejará de funcionar (“breaks the code”). Por ejemplo en la estructura Stack definida previamente el programador podrı́a en el futuro decidir que es mejor alocar la memoria de a grandes chunks de 100 elementos o más que alocar de a uno como está hecho en esa implementación. Si el código del usuario depende de que la alocación se haga de a un elemento, entonces al producirse el cambio de implementación su código dejará de funcionar. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 174 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Ocultando la implementación (cont.) En C esto se puede resolver parcialmente si el programador especifica en la documentación de la librerı́a las funciones con las cuales el usuario de la estructura debe manipular los objetos a través de las funciones provistas, y hasta que punto puede usar directamente los datos almacenados en la estructura. Pero esto es sólo un pacto entre el usuario y el programador, el compilador no tiene forma de conocer estas reglas y prevenir al usuario de manipular los objetos indebidamente. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 175 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Control de acceso a los miembros El acceso a los miembros de una estructura en C++ se hace a través de 3 especificadores de acceso public, private y protected. El keyword public quiere decir que todos los miembros siguientes son accesibles para cualquiera, como ocurre con los miembros de una struct por defecto. Por lo tanto, en el caso de una struct da lo mismo poner public al principio o no. Las dos declaraciones siguientes son por lo tanto equivalentes 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 struct A { int i,j; float f; void func(); }; struct A { public: int i,j; float f; void func(); }; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 176 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Control de acceso a los miembros (cont.) La clave keyword private por el contrario, indica que los miembros correspondientes sólo se pueden acceder desde código (es decir funciones) de la misma clase. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 struct B { private: char j; float f; public: int i; void func(); }; void B::func() { i = 0; j = ’0’; // OK, access from a B function member f = 0.0; // OK, idem }; int main() { B b; b.i = 1; // OK, public Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 177 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 19 20 21 22 } b.func(); // OK, public b.j = ’1’; // Illegal, private b.f = 1.0; // Illegal, private Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 178 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Control de acceso a los miembros (cont.) • B::func() puede acceder a los miembros privados, porque es una funcion • • • • de la clase, independientemente de si func() es a su vez privada o publica. Una vez que se incluye el keyword private todas las declaraciones de miembros dato y funciones son privadas, hasta la siguiente keyword public. Se pueden incluir tantas declaraciones private y public como sea necesario. Se pueden incluir dos declaraciones private o public seguidas. protected es una mezcla de los dos, pero será explicado más adelante cuando se explique el concepto de herencia. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 179 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Amistad (Friendship) El keyword friend permite declarar que una función que no es miembro de la estructura tenga acceso a todos los miembros de la misma. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 // Declaration (incomplete type specification): struct X; struct Y { void f(X*); }; struct X { // Definition private: int i; public: void initialize(); friend void g(X*, int); // Global friend friend void Y::f(X*); // Struct member friend friend struct Z; // Entire struct is a friend friend void h(); }; void X::initialize() { Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 180 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 i = 0; } void g(X* x, int i) { x->i = i; } void Y::f(X* x) { x->i = 47; } struct Z { private: int j; public: void initialize(); void g(X* x); }; void Z::initialize() { j = 99; } void Z::g(X* x) { x->i += j; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 181 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 void h() { X x; x.i = 100; // Direct data manipulation } int main() { X x; Z z; z.g(&x); } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 182 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Anidamiento (nesting) y amistad El estándar dice que en principio una clases anidada no tienen que ser necesariamente amiga de la clase externa. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 struct E { private: int x; struct B { }; struct I { private: B b; // error1: E::B is private int y; void f(E* p, int i) { p->x = i; // error2: E::x is private } }; int g(I* p) { return p->y; } // error3: I::y is private }; Sin embargo en la práctica el GCC da acceso a la clase externa a la clase interna, pero no al revés. Es decir da error en 1 y 2, pero no en 3. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 183 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Object layout Una de las condiciones de diseño de C++ fue que código válido en C deberı́a compilar sin problemas en C++. Por esto las construcciones de tipo struct tienen a todos sus miembros públicos. Cuando el compilador organiza los datos dentro del objeto los guarda en memoria en forma contigua, en el orden en el que están en la estructura. Cuando introducimos especificadores de acceso, cada bloque de acceso guarda sus miembros en forma contigua, pero los bloques de acceso pueden estar entre sı́ puestos de cualquier forma (como si cada uno fuera una estructura). Las cuestiones de privilegios de acceso (acceso a los miembros privados y públicos de la clase) tiene sentido sólo en el momento de compilación. Una vez que el código fuente es convertido a código de máquina dos estructuras que difieren sólo en cuanto a sus secciones private y public son indistinguibles entre sı́, a menos del efecto discutido previamente de la disposición en la memoria (object layout). Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 184 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Clases Controlar el acceso a los miembros de una estructura es parte de lo que se llama “ocultar la implementación” (implementation hiding). Esto es un concepto clave en OOP. En OOP se trata de ocultar lo más posible los miembros de la estructura, por eso lo deseable serı́a que todos los miembros fueran privados por defecto. Por eso en C++ existe un tipo de estructura alternativo class que es completamente equivalente a las struct de C, pero donde todos los miembros son por defecto private. Todas estas clases son equivalentes 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 class A { int i,j,k; public: double z; void f(); }; struct B { private: int i,j,k; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 185 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 public: double z; void f(); }; struct C { double z; // salvo por el object layout void f(); private: int i,j,k; }; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 186 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Clases (cont.) Vemos la clase Stash ahora con control de acceso. Todos los datos son privados. La función inflate() también ya que sólo es usada internamente. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 class Stash { int size; // Size of each space int quantity; // Number of storage spaces int next; // Next empty space // Dynamically allocated array of bytes: unsigned char* storage; void inflate(int increase); public: void initialize(int size); void cleanup(); int add(void* element); void* fetch(int index); int count(); }; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 187 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Clases (cont.) En Stack ahora hacemos que toda la estructura Link sea privada o sea sólo es accesible desde las funciones miembro de Stack. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 class Stack { struct Link { void* data; Link* next; void initialize(void* dat, Link* nxt); }* head; public: void initialize(); void push(void* dat); void* peek(); void* pop(); void cleanup(); }; Notar que Link sigue siendo declarada como struct. De todas formas toda la estructura es privada, o sea que desde fuera de Stack no se puede acceder. Podrı́amos también declararla como clase, pero entonces deberı́amos declarar friend a Stack. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 188 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Ocultando totalmente la implementación Todavı́a uno podrı́a preguntarse si se puede ocultar aún más la implementación. Que el usuario vea sólo la parte pública. Otra razón es evitar la recompilación innecesaria. Una solución es usar punteros opacos, (aka handles, en C++ se usa también el nombre Cheshire’s cat). Por ejemplo podrı́amos ocultar completamente los detalles de Stash como está abajo. El usuario sólo tiene acceso a stashwrapper.h. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 // Header file stashwrapper.h class StashWrapper { class Stash; Stash *stash; public: void initialize(int size); void cleanup(); int add(void* element); void* fetch(int index); int count(); }; // Implementation file stashwrapper.cpp #include "stash.h" Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 189 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 void StashWrapper::initialize(int size) { stash=new Stash; stash->initialize(); } void StashWrapper::cleanup() { stash->cleanup(); delete stash; } int StashWrapper::add(void* element) { stash->add(element); } //. . . Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 190 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Inicialización y cleanup Uno de los errores más comunes cuando se utilizan librerı́as es no inicializar y destruir (cleanup) apropiadamente los objetos. En las librerı́as que hemos descripto hasta ahora esto se hacı́a con funciones initialize() y cleanup(). Una de las ideas que C++ toma de la OOP es que estas operaciones de inicialización y cleanup se hagan en forma automática. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 class A { // . . . }; void f() { A a; // a is created -> do initialization // Usar a . . . // . . . // . . . } // a is destroyed -> do cleanup Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 191 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Inicialización y cleanup (cont.) Para esto debe haber dos funciones (una de inicialización y otra de cleanup) que tengan nombres especiales ya que deben ser llamadas automáticamente por el compilador. En C++ estas funciones se llaman el constructor y el destructor de la clase. El constructor tiene el mismo nombre que la clase y puede tener argumentos 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 class A { public: A() { /*. . .*/ } // . . . }; void f() { A a; // a is created -> calls ctor A::A() // Usar a . . . // . . . } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 192 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz El constructor • El ctor puede tener argumentos y puede haber varios constructores. Cual • • • • • de ellos es utilizado depende del contexto en el que es llamado. El ctor que no tiene argumentos se llama el constructor por defecto. No retorna ningún valor. Debe ser declarado public para que pueda ser utilizado. Puede ser privado pero entonces al menos debe tener una clase amiga ya que si no no se podrı́a construir ningún objeto de la clase. Si no declaramos ningún constructor entonces el compilador sintetiza uno por nosotros y que es el constructor por defecto. Este ctor por defecto no tiene cuerpo, lo único que hace es llamar a los ctores por defecto de cada uno de los miembros (si son clases). Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 193 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz El destructor • Asi como el constructor garantiza que se llama a la rutina de • 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 inicialización, el destructor (abreviado dtor) se encarga de realizar las tareas de cleanup. Es llamado automáticamente cuando termina el scope del objeto. // Constructors & destructors #include <iostream> using namespace std; class Tree { int height; public: Tree(int initialHeight); // Constructor ˜Tree(); // Destructor void grow(int years); void printsize(); }; Tree::Tree(int initialHeight) { height = initialHeight; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 194 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 Tree::˜Tree() { cout << "inside Tree destructor" << endl; printsize(); } void Tree::grow(int years) { height += years; } void Tree::printsize() { cout << "Tree height is " << height << endl; } int main() { cout << "before opening brace" << endl; { Tree t(12); cout << "after Tree creation" << endl; t.printsize(); t.grow(4); cout << "before closing brace" << endl; } cout << "after closing brace" << endl; } ///:˜ Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 195 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz El destructor (cont.) Salida del programa: 1 2 3 4 5 6 7 before opening brace after Tree creation Tree height is 12 before closing brace inside Tree destructor Tree height is 16 after closing brace Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 196 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Eliminación del bloque de definición Es tı́pico de C tener que definir todas las variables al principio de un scope (por ejemplo de una función). Por el contrario C++ promueve que las variables se definan lo más cerca posible del punto en el que van a ser usadas. Esto se pega con el uso automático de constructores, ya que puede ser que el compilador no tenga toda la información como para llamar al constructor. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 // Defining variables anywhere #include ". ./require.h" #include <iostream> #include <string> using namespace std; class G { int i; public: G(int ii); }; G::G(int ii) { i = ii; } int main() { cout << "initialization value? "; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 197 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 17 18 19 20 21 22 } int retval = 0; cin >> retval; require(retval != 0); int y = retval + 3; G g(y); Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 198 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Clase stash con ctor/dtor 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 // With constructors & destructors class Stash { int size; // Size of each space int quantity; // Number of storage spaces int next; // Next empty space // Dynamically allocated array of bytes: unsigned char* storage; void inflate(int increase); public: Stash(int size); ˜Stash(); int add(void* element); void* fetch(int index); int count(); }; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 199 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Clase stash con ctor/dtor (cont.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 //: C06:Stash2.cpp {O} // Constructors & destructors #include "Stash2.h" #include ". ./require.h" #include <iostream> #include <cassert> using namespace std; const int increment = 100; Stash::Stash(int sz) { size = sz; quantity = 0; storage = 0; next = 0; } int Stash::add(void* element) { if(next >= quantity) // Enough space left? inflate(increment); // Copy element into storage, // starting at next empty space: int startBytes = next * size; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 200 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 unsigned char* e = (unsigned char*)element; for(int i = 0; i < size; i++) storage[startBytes + i] = e[i]; next++; return(next - 1); // Index number } void* Stash::fetch(int index) { require(0 <= index, "Stash::fetch (-)index"); if(index >= next) return 0; // To indicate the end // Produce pointer to desired element: return &(storage[index * size]); } int Stash::count() { return next; // Number of elements in CStash } void Stash::inflate(int increase) { require(increase > 0, "Stash::inflate zero or negative increase"); int newQuantity = quantity + increase; int newBytes = newQuantity * size; int oldBytes = quantity * size; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 201 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 unsigned char* b = new unsigned char[newBytes]; for(int i = 0; i < oldBytes; i++) b[i] = storage[i]; // Copy old to new delete [ ](storage); // Old storage storage = b; // Point to new memory quantity = newQuantity; } Stash::˜Stash() { if(storage != 0) { cout << "freeing storage" << endl; delete [ ]storage; } } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 202 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Stack con ctor/dtor 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 // With constructors/destructors #ifndef STACK3-H #define STACK3-H class Stack { struct Link { void* data; Link* next; Link(void* dat, Link* nxt); ˜Link(); }* head; public: Stack(); ˜Stack(); void push(void* dat); void* peek(); void* pop(); }; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 203 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Stack con ctor/dtor (cont.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 #include "Stack3.h" #include ". ./require.h" using namespace std; Stack::Link::Link(void* dat, Link* nxt) { data = dat; next = nxt; } Stack::Link::˜Link() { } Stack::Stack() { head = 0; } void Stack::push(void* dat) { head = new Link(dat,head); } void* Stack::peek() { require(head != 0, "Stack empty"); return head->data; } void* Stack::pop() { if(head == 0) return 0; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 204 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 void* result = head->data; Link* oldHead = head; head = head->next; delete oldHead; return result; } Stack::˜Stack() { require(head == 0, "Stack not empty"); } ///:˜ Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 205 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Initialización de agregados • Agregados son arreglos, estructuras y clases. Arreglos son de elementos • 1 de un solo tipo, estructuras y clases puede ser de elementos de diferente tipo. Cuando se define un arreglo se puede inicializar con un juego de valores entre llaves. int a[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 }; • Inicializa cada uno de las posiciones de a en base a los valores entre llaves. Inicializa el primero a partir de 17 y todos los demás a partir del constructor por defecto int b[6] = {17}; • Conteo automático: automáticamente dimensiona c como c[4] a partir del 1 número de elementos entre llaves. 1 int c[ ] = { 1, 2, 3, 4 }; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 206 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Inicialización de estructuras 1 2 3 4 5 6 7 struct X { int i; float f; char c; }; X x1 = { 1, 2.2, ’c’ }; Se pueden inicializar un arreglo de X al mismo tiempo con doble llaves. 1 X x2[3] = { {1, 1.1, ’a’}, {2, 2.2, ’b’} }; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 207 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Sobrecarga de funciones Vimos que el compilador decora los nombres de las funciones que pertenecen a una clase (métodos) con el nombre de la clase 1 2 void f(); class X { void f(); }; Acá los nombres de las f no colisionan ya que son en realildad ::f() y X::f(). El compilador también decora los nombres de las funciones con el tipo de sus argumentos de manera que 1 2 void print(char); void print(float); no colisionan entre sı́. (En C esto darı́a un error.) Esto se llama sobrecargar el nombre de la función (en este caso print()). Sobrecargar quiere decir entonces usar un mismo nombre para varias cosas diferentes. Atención: NO se puede sobrecargar funciones por el valor de retorno. 1 2 int f(char c,double x); char f(char c,double x); // ERROR! Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 208 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Sobrecarga de funciones (cont.) Si compilamos y corremos la utilidad nm al archivo objeto nos da el nombre interno de la función 1 2 3 4 5 [mstorti@galileo garage]$ nm try22.o U --cxa-atexit U --dso-handle 0000000000000010 T main 0000000000000000 T -Z1fcd <- This is int f(char c,double d) El mangling _Z1fcd hace que el nombre del del archivo objeto sea único. El lenguaje C no hace mangling, por eso no se puede sobrecargar. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 209 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Sobrecarga de funciones (cont.) El nombre mangleado es difı́cil de identificar con respecto a la función original. La opción nm -C permite obtener un nombre más legible. Esto es muy útil cuando queremos buscar si una librerı́a tiene una dada función o no. Por otro lado el mangling puede depender del sistema y del compilador, lo cual va en contra de la portabilidad. Es decir no es posible transferir una librerı́a de C++ compilado con un dado compilador a otro. 1 2 3 4 [mstorti@galileo 00000000000002d4 0000000000000000 [mstorti@galileo garage]$ nm -C try22.o | grep f t -GLOBAL--sub-I--Z1fcd T f(char, double) garage]$ Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 210 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Sobrecarga de funciones (cont.) Por lo tando, cuando definimos varios ctores, estamos sobrecargando el nombre del ctor. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 class Stash { int size; // Size of each space int quantity; // Number of storage spaces int next; // Next empty space // Dynamically allocated array of bytes: unsigned char* storage; void inflate(int increase); public: Stash(int size); // Zero quantity Stash(int size, int initQuantity); ˜Stash(); int add(void* element); void* fetch(int index); int count(); }; Ahora el ctor Stash(int,int) inicializa el tamaño del stash a partir del segundo argumento. En cambio recordemos que Stash(int) dejaba al stash vacı́o. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 211 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Argumentos por default Otra posibilidad es que los dos ctores previos sean el mismo con un argumento por default para el tamaño 1 Stash(int size, int initQuantity = 0); Entonces cuando se usa 1 Stash A(100), B(100, 2000); En el primer llamado es equivalente a A(100,0) Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 212 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Constantes Objetos de los cuales se supone que su valor no va a variar se pueden definir como constantes 1 2 #define BUFSIZE 100 // en C const int bufsize = 100; // en C++ (preferible) En el caso de querer ponerlo en un header hay que usar 1 2 3 extern const int bufsize; // en un header ... const int bufsize = 100; // en el .cpp Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 213 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Constantes (cont.) Otro uso de const es para prometerle al compilador que no se va a modificar esa variable, especialmente con punteros 1 const int* u; Declara que u es un puntero a un int que es constante. De manera que si el compilador detecta que estamos modificando al entero apuntado dará un error 1 2 3 4 int x = 23; const int* u; u = &x; *u = 55; // ERROR! Notar que lo que es constante es el valor apuntado, no el puntero en si mismo, el cual es modificado al hacer u = &x. Si queremos que el puntero sea constante entonces hay que hacer 1 2 3 4 int x = 23, z=45; int* const u = &x; u = &z; // ERROR! *u = 55; // OK, modifica x Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 214 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Constantes (cont.) También pueden ser constantes las dos cosas, el puntero y el objeto 1 2 const int x = 32; const int* const u = &x; C/C++ chequea los tipos, tambien la constancia 1 2 3 4 5 6 int d = 1; const int e = 2; int* u = &d; // OK -- d not const int* v = &e; // ERROR! -- e const int* w = (int*)&e; // Legal but bad practice const int* z = &e; // OK Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 215 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Punteros a arreglos constantes de caracteres 1 char* cp = "Hello world"; // warning!! Como el arreglo de caracteres no fue alocado con new, es constante, o sea que debe ser declarado ası́ 1 const char* cp = "Hello world"; // OK Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 216 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Const en argumentos de funciones 1 2 3 void f(const int i) { i++; // Illegal -- compile-time error } De todas formas no tiene demasiado sentido porque i es pasado por copia. Pero sı́ tiene sentido cuando se pasan argumentos por referencia o por puntero 1 2 3 4 5 6 7 void f(const int *p) { *p = 23; // ERROR! } void g(const int &x) { x = 23; // ERROR! } Recordar que pasar por puntero o referencia puede ser para modificar el valor o también para evitar la copia. Incluyendo el const permite pasar los argumentos en forma eficiente, pero evitando que accidentalmente se modifique el objeto. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 217 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Const en clases Si se quiere tener parámetros de una clase, que son constantes, entonces no sólo hay que ponerle const, sino también static que quiere decir que ese miembro es el mismo para todos los objetos de la clase. De esa forma actúa como una variable global pero protegida por el scope de la clase. Sirve para definir opciones de la clase para poder ser inspeccionadas o modificadas por el usuario. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 class StringStack { static const int size = 100; const string* stack[size]; int index; public: StringStack(); void push(const string* s); const string* pop(); }; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 218 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Objetos const y funciones de la clase Si tenemos una clase A entonces al declarar funciones ası́ 1 2 void f(const A &a); void g(const A *p); estamos diciendo que no van a modificar el argumento correspondiente. ¿Como hacer lo mismo con los métodos de la clase para decir que no modifican al objeto que son aplicados (*this)? 1 2 3 4 5 6 class A { public: void f() const; void g(); }; void A::f() const { /* . . . */ } Quiere decir que si hacemos 1 2 A a; a.f(); podemos estar seguros que la llamada a f() no modifica a a. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 219 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Objetos const y funciones de la clase (cont.) Entonces el compilador chequea que si un objeto es const sólo pueden ser llamados sobre el funciones y métodos que no lo modifican, es decir que lo declaran const. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 const A a1; a1.f(); // OK, f es const a1.g(); // ERROR, g no es const void h(A &a) { a.g(); // OK a no es const } void h2(const A &a) { a.f(); // OK, f es const a.g(); // ERROR, g no es const } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 220 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Chapter 5 Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 221 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Funciones inline • Cada vez que hay una llamada a función hay un costo adicional de pasar • • • • los argumentos por el stack a la función y hacer un jump de assemble. Para evitar esto podemos usar el keyword inline que indica al compilador que queremos que el código de esa función sea replicado en cada punto en que lo llamamos. La ventaja, como dijimos, es la eficiencia, se evita el mecanismo de llamado a función en assemble. La desventaja es que el código binario de la función aparece duplicado en cada punto, con lo cual el ejecutable se hace más grande. También implica que el código de la función debe ser visible (o sea estar en el header) en cada punto en que queremos que sea implementado inline. El keyword inline es una sugerencia para el compilador. El compilador puede después hacer la función realmente inline o no. A veces puede hacerla no inline porque es muy compleja (e.g. tiene lazos) o porque en algún punto se toma la dirección de la función. Funciones definidas en la misma clase (y por lo tanto en el header normalmente) son candidatas a ser promovidas a inline por el compilador. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 222 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Funciones inline (cont.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 // file: a.hpp // ‘max’ es explicitamente inline // (Notar que si no es inline daria error // al linkeditar por multiple definicion de max()) inline double max(double x,double y) { return (x>y ? x : y); } class A { private: int maxsize; public: // Accessors: automaticamente inline int get-maxsize() { return maxsize; } void set-maxsize(int maxsz) { maxsize=maxsz; } //. . . }; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 223 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Funciones inline (cont.) Otra forma que habrı́a para evitar el llamado a funciones serı́a no definir la función sino que en cada punto que se usa incluir explı́citamente su código. Para evitar esto una forma que existı́a en C para crear las funciones inline era definir macros, por ejemplo 1 #define MAX(x,y) (x>y ? x : y) Recordar que eso hace que en cada punto del código final se reemplaze la llamada a MAX por la expansión del macro. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 224 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Funciones inline (cont.) • OJO, como pasa en general con los macros son peligrosos, Por ejemplo 1 int l = MAX(j++,k); tiene el efecto indeseado que incrementa dos veces a j. Otro problema es con la precedencia de los operadores. • 1 #define SQUARE(x) x*x 2 . . . 3 // Hace a=11!! 4 a = SQUARE(5+1) ya que es completamente equivalente a 1 a = 5+1*5+1 La definición apropiada se obtiene protegiendo los argumentos con paréntesis. 1 #define SQUARE(x) (x)*(x) Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 225 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Especificaciones de linkedicion Cuando declaramos una función, digamos 1 void f(int x, char c); dijimos que internamente el compilador la decora (también se llama a esto mangling) a, por ejemplo, _Z1fcd. Esto es a efectos de poder después sobrecargar la función. Ahora bien, si queremos usar una librerı́a de C, entonces ésta cuando fue compilada no hizo el mangling, y por lo tanto cuando se va a linkeditar no la va a encontrar. Para eso hay que usar el keyword extern al declarar la función 1 extern "C" void f(int x, char c); Esto le dice al compilador que no decore el nombre de esa función. Notar que por lo tanto esa función no puede ser sobrecargada. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 226 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Especificaciones de linkedicion (cont.) Como las declaraciones de las librerı́as estarán en headers de esas librerı́as, como hacemos para ponerle un extern "C" a cada una de las funciones del header? Basta con hacerlo externo al include 1 2 3 extern "C" { #include <clibheader.h> } Muchos de los headers de librerı́as de C importantes ya vienen con este tipo de declaraciones de forma de poder ser llamados desde C++, por ejemplo todas las de la libc. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 227 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Referencias en C++ Vimos el concepto de referencia, básicamente son punteros inteligentes que se autodereferencian. Se pueden implementar funciones que modifican sus argumentos mediante punteros 1 2 3 4 5 6 void inc(int *x) { *x = *x + 1, } ... int a=2; inc(&a); // hace a=3 pero son engorrosos porque hay que ir derereferenciando el puntero. Con referencias es mucho mejor, 1 2 3 4 5 6 void inc(int &x) { x = x + 1, } ... int a=2; inc(a); // hace a=3 Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 228 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Referencias en C++ (cont.) Otro uso es para crear aliases locales para modificar una parte de un contenedor más grande, por ejemplo un arreglo de varias dimensiones (también puede ser con los contenedores de las STL) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 class A { // . . . . void f(); // modifica a *this }; // arreglo multidimensional de A’s A av[100][100][100]; // Un elemento particular de av int i,j,k; //. . . av[i][j][k].f(); Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 229 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Referencias en C++ (cont.) Si queremos manipular mucho a ese elemento particular de av entonces en cada punto hay que poner av[i][j][k]. Si fuera un tipo simple, como un int o un double, entonces podrı́amos crear una copia local y después pisar el valor en av 1 2 3 4 5 6 7 // arreglo multidimensional de A’s int v[100][100][100]; // Un elemento particular de av int x = v[i][j][k]; // . . . hace calculos con x // Pisa el valor en av v[i][j][k] = x; Pero si A es una clase complicada esto implica hacer una copia del objeto, lo cual es ineficiente y incluso puede ser que no podamos hacer copias del objeto. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 230 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Referencias en C++ (cont.) De nuevo, una posibilidad es usar macros 1 2 3 4 5 6 7 // arreglo multidimensional de A’s A av[100][100][100]; // Un elemento particular de av int i,j,k; #define AIJK av[i][j][k] //. . . AIJK.f(); Como siempre, los macros son peligrosos y hay que tratar de no usarlos. Además cada vez que llamamos a AIJK estamos haciendo una cuenta con i,j,k para encontrar la posición correspondiente en v. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 231 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Referencias en C++ (cont.) Una posibilidad es usar punteros 1 2 3 4 5 6 7 // arreglo multidimensional de A’s A av[100][100][100]; // Un elemento particular de av int i,j,k; A *ap = &av[i][j][k]; ap->f(); Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 232 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Referencias en C++ (cont.) Esto es eficiente, y compacto pero hay que andar dereferenciando ap. Todavı́a mejor es usar referencias 1 2 3 4 5 6 7 // arreglo multidimensional de A’s A av[100][100][100]; // Un elemento particular de av int i,j,k; A &a = av[i][j][k]; a.f(); Es eficiente, limpio, y a se manipula como un objeto más de la clase. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 233 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Reglas para las referencias • Las referencias deben ser inicializadas cuando son creadas 1 A &a = av[i][j][k]; // OK 2 3 A &a; // ERROR (No incluye inicializacion) 4 a = av[i][j][k]; • Una vez que una referencia apunta a un objeto, no se lo puede hacer apuntar a otro 1 2 3 4 A &a = av[i][j][k]; a = av[l][m][n]; // compila OK, pero no reposiciona // la referencia, simplemente hace // una copia del elemento l,m,n al i,j,k Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 234 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Reglas para las referencias (cont.) Lo que SI se puede hacer es ir creando referencias con el mismo nombre a diferentes objetos 1 2 3 4 5 6 7 8 for (int i=0; i<N; i++) { for (int j=0; j<N; j++) { for (int k=0; k<N; k++) { A &a = av[i][j][k]; // manipula av[i][j][k] a través de a } } } • No se puede hacer una referencia a NULL. • Hacer referencias es muy eficiente, igual que con punteros. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 235 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Paso por referencia y por copia Normalmente uno escribe el paso de argumentos por copia 1 void f(A a, B b) {. . .} Esto es ineficiente y además requiere que las clases A, B implementen el constructor por copia A(A&), B(B&) (en general se le llama X(X&)). 1 2 3 4 class A { //. . . A(A&) { . . . } // Constructor por copia }; Para evitar esto ya mencionamos que se puede pasar por referencia 1 void f(A &a, B &b) {. . .} Si la función no va a modificar los argumentos es todavı́a mejor declarar a las referencias como const 1 void f(const A &a,const B &b) {. . .} Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 236 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz El constructor por copia • Vimos que al pasar objetos a funciones por copia se llama al constructor • • • 1 2 3 4 5 6 7 por copia. Si la clase no define al constructor por copia el compilador sintetiza uno por nosotros (haciendo copia bit-a-bit). Esto se llama una shallow copy (por contraposición con una deep copy) y puede traer problemas, sobre todo si el objeto contiene punteros a áreas de almacenamiento dinámico alocados con new. O bien hay que implementar el constructor por copia haciendo la deep copy o bien hay que prohibirlo declarando al constructor por copia privado class A { private: A(A&) {} } void f(A a) { // ERROR, llama al ctor por copia } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 237 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Sobrecarga de operadores • Sobrecarga de operadores es simplemente un aditivo sintáctico (sintactic • • • • sugar) para hacer llamadas a funciones de la clase en forma más compacta. Los nombres de los operadores son operator@ donde @ puede ser algunos de los operadores usuales, matemáticos (+, -, *, /), de indexación [], (), incremento ++, --, acumulación (+=, -=, *=, /=), lógicos ||, &&, etc... Hay operadores unarios y binarios. A veces el mismo operador puede ser unario o binario dependiendo del contexto (por ejemplo * (dereferenciación como unario, producto como binario), +, -). Cuál de los operadores es llamado y sobre que objetos es a veces un poco difı́cil de discernir. Pueden ser métodos de la clase o pueden ser funciones globales (declaradas friend) Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 238 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Sobrecarga de operadores (cont.) En el caso de operadores unarios, el objeto al cual se aplica el operador pasa a ser *this 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 class A { A operator*(const A& right) { . . . } // producto (1) }; class HandleToA { A &operator*() { . . . } // dereferenciacion (2) }; A a1, a2, a3; HandleToA p; a1 = a2*a3; // llama a (1) con *this = a2, // right = a3 y el valor de retorno // es asignado a a1 a1 = *p; // llama a (2) con *this = p Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 239 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Sobrecarga de operadores (cont.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 #include <iostream> using namespace std; class Integer { int i; public: Integer(int ii) : i(ii) {} const Integer operator+(const Integer& rv) const { cout << "operator+" << endl; return Integer(i + rv.i); } Integer& operator+=(const Integer& rv) { cout << "operator+=" << endl; i += rv.i; return *this; } }; int main() { cout << "built-in types:" << endl; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 240 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 23 24 25 26 27 28 } int i = 1, j = 2, k = 3; k += i + j; cout << "user-defined types:" << endl; Integer ii(1), jj(2), kk(3); kk += ii + jj; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 241 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Sobrecarga de operadores (cont.) • Se pueden sobrecargar buena parte de los operadores que ya existen en C. • No se pueden inventar nuevos operadores (e.g. usar ** para la • exponenciación, como en Fortran). No se puede cambiar la regla de precedencia de los operadores. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 242 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Sobrecarga de operadores unarios 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 #include <iostream> using namespace std; // Non-member functions: class Integer { long i; Integer* This() { return this; } public: Integer(long ll = 0) : i(ll) {} // No side effects takes const& argument: friend const Integer& operator+(const Integer& a); friend const Integer operator-(const Integer& a); friend const Integer operator˜(const Integer& a); friend Integer* operator&(Integer& a); friend int operator!(const Integer& a); // Side effects have non-const& argument: Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 243 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 // Prefix: friend const Integer& operator++(Integer& a); // Postfix: friend const Integer operator++(Integer& a, int); // Prefix: friend const Integer& operator--(Integer& a); // Postfix: friend const Integer operator--(Integer& a, int); }; // Global operators: const Integer& operator+(const Integer& a) { cout << "+Integer\n"; return a; // Unary + has no effect } const Integer operator-(const Integer& a) { cout << "-Integer\n"; return Integer(-a.i); } const Integer operator˜(const Integer& a) { Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 244 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 cout << "˜Integer\n"; return Integer(˜a.i); } Integer* operator&(Integer& a) { cout << "&Integer\n"; return a.This(); // &a is recursive! } int operator!(const Integer& a) { cout << "bang Integer\n"; return !a.i; } // Prefix; return incremented value const Integer& operator++(Integer& a) { cout << "++Integer\n"; a.i++; return a; } // Postfix; return the value before increment: const Integer operator++(Integer& a, int) { cout << "Integer++\n"; Integer before(a.i); a.i++; return before; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 245 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 } // Prefix; return decremented value const Integer& operator--(Integer& a) { cout << "--Integer\n"; a.i--; return a; } // Postfix; return the value before decrement: const Integer operator--(Integer& a, int) { cout << "Integer--\n"; Integer before(a.i); a.i--; return before; } // Show that the overloaded operators work: void f(Integer a) { +a; -a; ˜a; Integer* ip = &a; !a; ++a; a++; --a; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 246 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 a--; } // Member functions (implicit ‘‘this’’): class Byte { unsigned char b; public: Byte(unsigned char bb = 0) : b(bb) {} // No side effects: const member function: const Byte& operator+() const { cout << "+Byte\n"; return *this; } const Byte operator-() const { cout << "-Byte\n"; return Byte(-b); } const Byte operator˜() const { cout << "˜Byte\n"; return Byte(˜b); } Byte operator!() const { cout << "bang Byte\n"; return Byte(!b); Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 247 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 } Byte* operator&() { cout << "&Byte\n"; return this; } // Side effects: non-const member function: const Byte& operator++() { // Prefix cout << "++Byte\n"; b++; return *this; } const Byte operator++(int) { // Postfix cout << "Byte++\n"; Byte before(b); b++; return before; } const Byte& operator--() { // Prefix cout << "--Byte\n"; --b; return *this; } const Byte operator--(int) { // Postfix cout << "Byte--\n"; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 248 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 Byte before(b); --b; return before; } }; void g(Byte b) { +b; -b; ˜b; Byte* bp = &b; !b; ++b; b++; --b; b--; } int main() { Integer a; f(a); Byte b; g(b); } ///:˜ Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 249 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Sobrecarga de operadores unarios (cont.) Operadores ++ y -- prefijo y postfijo: Recordemos que hay dos versiones del operador ++, cuando hacemos i++ y ++i, ambos se pueden sobrecargar con el operador operator++() pero como hacer para diferenciarlos? El prefijo es operator++() y el postfijo es operator++(int). Notar que el argumento int para el postfijo no se usa y por lo tanto no hace falta pasarle el argumento dummy correspondiente. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 250 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Sobrecarga de operadores binarios 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 // Non-member overloaded operators #include <iostream> // Non-member functions: class Integer { long i; public: Integer(long ll = 0) : i(ll) {} // Operators that create new, modified value: friend const Integer operator+(const Integer& left, const Integer& right); friend const Integer operator-(const Integer& left, const Integer& right); friend const Integer operator*(const Integer& left, const Integer& right); friend const Integer operator/(const Integer& left, const Integer& right); Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 251 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 friend const Integer operator%(const Integer& left, const Integer& right); friend const Integer operatorˆ(const Integer& left, const Integer& right); friend const Integer operator&(const Integer& left, const Integer& right); friend const Integer operator|(const Integer& left, const Integer& right); friend const Integer operator<<(const Integer& left, const Integer& right); friend const Integer operator>>(const Integer& left, const Integer& right); // Assignments modify & return lvalue: friend Integer& operator+=(Integer& left, const Integer& right); friend Integer& Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 252 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 operator-=(Integer& left, const Integer& right); friend Integer& operator*=(Integer& left, const Integer& right); friend Integer& operator/=(Integer& left, const Integer& right); friend Integer& operator%=(Integer& left, const Integer& right); friend Integer& operatorˆ=(Integer& left, const Integer& right); friend Integer& operator&=(Integer& left, const Integer& right); friend Integer& operator|=(Integer& left, const Integer& right); friend Integer& operator>>=(Integer& left, const Integer& right); Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 253 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 friend Integer& operator<<=(Integer& left, const Integer& right); // Conditional operators return true/false: friend int operator==(const Integer& left, const Integer& right); friend int operator!=(const Integer& left, const Integer& right); friend int operator<(const Integer& left, const Integer& right); friend int operator>(const Integer& left, const Integer& right); friend int operator<=(const Integer& left, const Integer& right); friend int operator>=(const Integer& left, const Integer& right); friend int operator&&(const Integer& left, Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 254 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 const Integer& right); friend int operator| |(const Integer& left, const Integer& right); // Write the contents to an ostream: void print(std::ostream& os) const { os << i; } }; #endif // INTEGER-H ///:˜ //: C12:Integer.cpp {O} // Implementation of overloaded operators #include "Integer.h" #include ". ./require.h" const Integer operator+(const Integer& left, const Integer& right) { return Integer(left.i + right.i); } const Integer operator-(const Integer& left, const Integer& right) { return Integer(left.i - right.i); } const Integer Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 255 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 operator*(const Integer& left, const Integer& right) { return Integer(left.i * right.i); } const Integer operator/(const Integer& left, const Integer& right) { require(right.i != 0, "divide by zero"); return Integer(left.i / right.i); } const Integer operator%(const Integer& left, const Integer& right) { require(right.i != 0, "modulo by zero"); return Integer(left.i % right.i); } const Integer operatorˆ(const Integer& left, const Integer& right) { return Integer(left.i ˆ right.i); } const Integer operator&(const Integer& left, Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 256 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 const Integer& right) { return Integer(left.i & right.i); } const Integer operator|(const Integer& left, const Integer& right) { return Integer(left.i | right.i); } const Integer operator<<(const Integer& left, const Integer& right) { return Integer(left.i << right.i); } const Integer operator>>(const Integer& left, const Integer& right) { return Integer(left.i >> right.i); } // Assignments modify & return lvalue: Integer& operator+=(Integer& left, const Integer& right) { if(&left == &right) {/* self-assignment */} left.i += right.i; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 257 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 return left; } Integer& operator-=(Integer& left, const Integer& right) { if(&left == &right) {/* self-assignment */} left.i -= right.i; return left; } Integer& operator*=(Integer& left, const Integer& right) { if(&left == &right) {/* self-assignment */} left.i *= right.i; return left; } Integer& operator/=(Integer& left, const Integer& right) { require(right.i != 0, "divide by zero"); if(&left == &right) {/* self-assignment */} left.i /= right.i; return left; } Integer& operator%=(Integer& left, const Integer& right) { Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 258 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 require(right.i != 0, "modulo by zero"); if(&left == &right) {/* self-assignment */} left.i %= right.i; return left; } Integer& operatorˆ=(Integer& left, const Integer& right) { if(&left == &right) {/* self-assignment */} left.i ˆ= right.i; return left; } Integer& operator&=(Integer& left, const Integer& right) { if(&left == &right) {/* self-assignment */} left.i &= right.i; return left; } Integer& operator|=(Integer& left, const Integer& right) { if(&left == &right) {/* self-assignment */} left.i |= right.i; return left; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 259 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 Integer& operator>>=(Integer& left, const Integer& right) { if(&left == &right) {/* self-assignment */} left.i >>= right.i; return left; } Integer& operator<<=(Integer& left, const Integer& right) { if(&left == &right) {/* self-assignment */} left.i <<= right.i; return left; } // Conditional operators return true/false: int operator==(const Integer& left, const Integer& right) { return left.i == right.i; } int operator!=(const Integer& left, const Integer& right) { return left.i != right.i; } int operator<(const Integer& left, const Integer& right) { Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 260 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 return left.i < right.i; } int operator>(const Integer& left, const Integer& right) { return left.i > right.i; } int operator<=(const Integer& left, const Integer& right) { return left.i <= right.i; } int operator>=(const Integer& left, const Integer& right) { return left.i >= right.i; } int operator&&(const Integer& left, const Integer& right) { return left.i && right.i; } int operator| |(const Integer& left, const Integer& right) { return left.i | | right.i; } ///:˜ //: C12:IntegerTest.cpp Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 261 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 //{L} Integer #include "Integer.h" #include <fstream> using namespace std; ofstream out("IntegerTest.out"); void h(Integer& c1, Integer& c2) { // A complex expression: c1 += c1 * c2 + c2 % c1; #define TRY(OP) \ out << "c1 = "; c1.print(out); \ out << ", c2 = "; c2.print(out); \ out << "; c1 " #OP " c2 produces "; \ (c1 OP c2).print(out); \ out << endl; TRY(+) TRY(-) TRY(*) TRY(/) TRY(%) TRY(ˆ) TRY(&) TRY(|) TRY(<<) TRY(>>) TRY(+=) TRY(-=) TRY(*=) TRY(/=) TRY(%=) TRY(ˆ=) TRY(&=) TRY(|=) TRY(>>=) TRY(<<=) // Conditionals: #define TRYC(OP) \ out << "c1 = "; c1.print(out); \ out << ", c2 = "; c2.print(out); \ Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 262 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 out << "; c1 " #OP " c2 produces "; \ out << (c1 OP c2); \ out << endl; TRYC(<) TRYC(>) TRYC(==) TRYC(!=) TRYC(<=) TRYC(>=) TRYC(&&) TRYC(| |) } int main() { cout << "friend functions" << endl; Integer c1(47), c2(9); h(c1, c2); } ///:˜ //: C12:Byte.h // Member overloaded operators #ifndef BYTE-H #define BYTE-H #include ". ./require.h" #include <iostream> // Member functions (implicit ‘‘this’’): class Byte { unsigned char b; public: Byte(unsigned char bb = 0) : b(bb) {} Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 263 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 // No side effects: const member function: const Byte operator+(const Byte& right) const { return Byte(b + right.b); } const Byte operator-(const Byte& right) const { return Byte(b - right.b); } const Byte operator*(const Byte& right) const { return Byte(b * right.b); } const Byte operator/(const Byte& right) const { require(right.b != 0, "divide by zero"); return Byte(b / right.b); } const Byte operator%(const Byte& right) const { require(right.b != 0, "modulo by zero"); return Byte(b % right.b); } const Byte Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 264 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 operatorˆ(const Byte& right) const { return Byte(b ˆ right.b); } const Byte operator&(const Byte& right) const { return Byte(b & right.b); } const Byte operator|(const Byte& right) const { return Byte(b | right.b); } const Byte operator<<(const Byte& right) const { return Byte(b << right.b); } const Byte operator>>(const Byte& right) const { return Byte(b >> right.b); } // Assignments modify & return lvalue. // operator= can only be a member function: Byte& operator=(const Byte& right) { // Handle self-assignment: Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 265 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 if(this == &right) return *this; b = right.b; return *this; } Byte& operator+=(const Byte& right) { if(this == &right) {/* self-assignment */} b += right.b; return *this; } Byte& operator-=(const Byte& right) { if(this == &right) {/* self-assignment */} b -= right.b; return *this; } Byte& operator*=(const Byte& right) { if(this == &right) {/* self-assignment */} b *= right.b; return *this; } Byte& operator/=(const Byte& right) { require(right.b != 0, "divide by zero"); if(this == &right) {/* self-assignment */} b /= right.b; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 266 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 return *this; } Byte& operator%=(const Byte& right) { require(right.b != 0, "modulo by zero"); if(this == &right) {/* self-assignment */} b %= right.b; return *this; } Byte& operatorˆ=(const Byte& right) { if(this == &right) {/* self-assignment */} b ˆ= right.b; return *this; } Byte& operator&=(const Byte& right) { if(this == &right) {/* self-assignment */} b &= right.b; return *this; } Byte& operator|=(const Byte& right) { if(this == &right) {/* self-assignment */} b |= right.b; return *this; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 267 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 Byte& operator>>=(const Byte& right) { if(this == &right) {/* self-assignment */} b >>= right.b; return *this; } Byte& operator<<=(const Byte& right) { if(this == &right) {/* self-assignment */} b <<= right.b; return *this; } // Conditional operators return true/false: int operator==(const Byte& right) const { return b == right.b; } int operator!=(const Byte& right) const { return b != right.b; } int operator<(const Byte& right) const { return b < right.b; } int operator>(const Byte& right) const { return b > right.b; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 268 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 int operator<=(const Byte& right) const { return b <= right.b; } int operator>=(const Byte& right) const { return b >= right.b; } int operator&&(const Byte& right) const { return b && right.b; } int operator| |(const Byte& right) const { return b | | right.b; } // Write the contents to an ostream: void print(std::ostream& os) const { os << "0x" << std::hex << int(b) << std::dec; } }; #endif // BYTE-H ///:˜ //: C12:ByteTest.cpp #include "Byte.h" #include <fstream> using namespace std; ofstream out("ByteTest.out"); Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 269 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 void k(Byte& b1, Byte& b2) { b1 = b1 * b2 + b2 % b1; #define TRY2(OP) \ out << "b1 = "; b1.print(out); \ out << ", b2 = "; b2.print(out); \ out << "; b1 " #OP " b2 produces "; \ (b1 OP b2).print(out); \ out << endl; b1 = 9; b2 = 47; TRY2(+) TRY2(-) TRY2(*) TRY2(/) TRY2(%) TRY2(ˆ) TRY2(&) TRY2(|) TRY2(<<) TRY2(>>) TRY2(+=) TRY2(-=) TRY2(*=) TRY2(/=) TRY2(%=) TRY2(ˆ=) TRY2(&=) TRY2(|=) TRY2(>>=) TRY2(<<=) TRY2(=) // Assignment operator // Conditionals: #define TRYC2(OP) \ out << "b1 = "; b1.print(out); \ out << ", b2 = "; b2.print(out); \ out << "; b1 " #OP " b2 produces "; \ out << (b1 OP b2); \ Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 270 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 481 482 483 484 out << endl; b1 = 9; b2 = 47; TRYC2(<) TRYC2(>) TRYC2(==) TRYC2(!=) TRYC2(<=) TRYC2(>=) TRYC2(&&) TRYC2(| |) // Chained assignment: Byte b3 = 92; b1 = b2 = b3; } int main() { out << "member functions:" << endl; Byte b1(47), b2(9); k(b1, b2); } ///:˜ Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 271 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Sobrecarga de operadores binarios (cont.) • En los operadores de acumulación (e.g. operator+=) se tiene que 1 Integer& operator+=(Integer& left, 2 const Integer& right) { 3 if(&left == &right) {/* self-assignment */} 4 left.i += right.i; 5 return left; 6 } 7 // . . . 8 Integer R,L; 9 L += R; Tenemos que left es L, right es R. Hay que tener cuidado porque el L y R podrı́an ser el mismo objeto, por ejemplo si hacemos 1 2 Integer A; A += A; Lo mismo pasa con el operador de asignación operator=(). A esto se le llama chequear por autoasignación. Sobre todo si hay componentes apuntadas por punteros. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 272 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Chapter Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 273 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Otros operadores que se pueden sobrecargar • operator[]: Se usa normalmente para emular lo que ocurre al indexar un • • vector por un entero. En las STL se usa en las clases vector<> y map<> operator(): Se usa para emular que el objeto actúa como una función (functor). operator*, operator->: Se utilizan para emular el comportamiento de los punteros (por ejemplo los smart pointers). En las STL se usan para los iterators de los diferentes contenedores. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 274 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Creación dinámica de objetos Las variables de un programa pueden ser alocados en tres formas diferentes y normalmente viven en secciones diferentes de memoria • Objetos globales y estáticos son alocados en el momento de arrancar el • • programa y viven durante toda la duración del mismo. Objetos dinámicos son alocados al entrar en el scope correspondiente. La alocación se hace en el stack. Objetos pueden ser alocados y desalocados en cualquier momento (responsabilidad del programador) en el heap. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 275 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Uso de la memoria dinámica en C En C la alocación en el heap se hace con las funciones malloc() y free(). El uso básico para objetos en C serı́a ası́ 1 2 3 4 5 6 7 struct A { }; A *p = (A*)malloc(sizeof(A)); A-initialize(p); // . . . . usa *p A-destroy(p); free(p); Hay varios puntos donde esto puede fallar, por un error del programador: • • • • • No alocar apropiadamente la memoria apropiada para el objeto. No convertir el puntero al tipo apropiado. No inicializar el objeto. No destruir el objeto. No liberar la memoria alocada. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 276 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Uso de la memoria dinámica en C++ En C++ se trata que todas estas acciones sean hechas en lo posible en forma automática por el operador. Para esto las funciones malloc() y free() (que después de todo son funciones de librerı́a es decir que no son parte del lenguaje) son reemplazadas por operadores intrı́nsecos del lenguaje: new y delete. 1 2 3 A *p = new A; // . . . usa *p delete p; new A se encarga de alocar el espacio apropiado (sizeof(A), castear al tipo correcto (A*) e inicializar (llamar al constructor). delete p se encarga de llamar al destructor y liberar la memoria alocada. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 277 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Uso de la memoria dinámica en C++ (cont.) Como new se encarga de la inicialización, también se puede llamar con cualquier otro constructor, además del ctor por defecto 1 A *p = new A(x,y,z); También se pueden alocar arreglos de objetos 1 A *av = new A[100]; En este caso el compilador se encarga de alocar el espacio para los 100 objetos y llamar al constructor por defecto sobre cada uno de ellos. No hay forma de inicializar arreglos con un constructor que no sea el ctor por defecto. Recordar que para arreglos se puede inicializar explı́citamente cada objeto (pero no todos al mismo tiempo) 1 A av[4] = {1,2,3} Para el cuarto (av[3]) usa el constructor por defecto. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 278 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Porqué usar new y no arreglos 1 2 3 4 5 6 7 A av1[20]; // OK la dimension es una cte const int m=100; A av1[m]; // OK la dimension es una cte int n=100; A a[n]; // ERROR El último deberı́a dar error de compilación aunque dependiendo del compilador puede que no lo de (serı́a una extensión del compilador). De todas formas siempre es más restrictivo que alocar con new porque el arreglo es desalocado y destruido cuando termina su scope. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 279 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Memory exhaust Qué ocurre si se acaba la memoria? En viejos compiladores new retornaba un puntero nulo. En el estándar actual lanza una excepción de tipo bad_alloc(). Por compatibilidad con la versión antigua se le puede usar new(std::nothrow) que emula el primer comportamiento. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 try { // version ‘throw’ int *p = new int[N]; // alocacion exitosa, usar p. . . } catch(bad-alloc) { cout << "error" << endl; break; } // version ‘nothrow’ int *p = new(std::nothrow) int[N]; if (!p) { // error. . . } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 280 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Composición Hasta ahora vimos clases/estructuras que se construyen a partir de tipos básicos usando composición. 1 2 3 4 5 6 7 8 class A { private: int i; double x; public: char c; void f(); }; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 281 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Composición (cont.) La idea es que las clases de objetos se pueden usar como nuevos tipos, por lo tanto se pueden usar en la composición de otros tipos 1 2 3 4 5 6 7 8 class B { private: int k; double z; public: A a; void g(); }; En este caso B::a es público, de forma que los métodos públicos de A también se pueden llamar sobre este campo, es decir 1 2 B b; b.a.f(); // OK Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 282 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Composición y la cadena de inicialización Hemos visto que en el constructor de la clase podemos inicializar sus miembros en la cadena de inicialización. En particular también se pueden llamar constructores de los subobjetos que forman parte de la clase 1 2 3 4 5 6 7 8 9 class B { private: int k; double z; public: B() : a(234,"jaja") { } A a; void g(); }; En la cadena de inicialización se pueden poner tanto constructores de subobjetos como también inicializar objetos built-in (int, double...) por copia. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 283 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Herencia Otra forma de elaborar clases más complejas a partir de otras más simples es por herencia. 1 2 3 4 5 6 class C : public A { int k; double z; public: void g(); }; Se dice que C es una clase derivada de A y A es la clase base de C. Los métodos de A se pueden llamar ahora también sobre C. en este caso estamos diciendo C es como A pero tiene algunas cosas adicionales. Al hacer composición estamos diciendo que C contiene a un objeto de tipo A. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 284 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Herencia (cont.) Notar que en el caso de composición los miembros de A se acceden a través de B::a, es decir por ejemplo 1 2 B b; b.a.c = ’5’; mientras que en el caso de herencia, no existe directamente el miembro B::a de manera que los miembros de A pasan a ser directamente miembros de C 1 2 C c; c.c = ’7’; Al declarar en la herencia que A es público, todos los miembros y métodos de A serán vistos a través de C con la privacidad que tenı́an en A, es decir C.c es público y C.i es privado. Por el contrario, si declaramos 1 class C : private A { . . . entonces todos los campos de A son privados. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 285 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Herencia (cont.) Notar que con composición se pueden incluir en la nueva clase muchos objetos del mismo tipo o de diferente tipo, mientras que con herencia no es usual derivar de varias clases al mismo tiempo. 1 2 3 4 5 6 7 8 class A { . . . . }; class X { . . . . }; class B { A a1,a2; X x; // . . . }; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 286 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Redefinición de métodos ¿Qué pasa si la clase derivada tiene un método con el mismo nombre que la clase base? Con composición no hay problema 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 class A { public: void f(); }; class B { public: A a; void f(); }; B b; b.f(); // llama la f de B b.a.f(); // llama la f de A Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 287 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Redefinición de métodos (cont.) Con herencia el nuevo método redefine u oculta el método anterior 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 class A { public: void f(); }; class B : public A { public: void f(); }; B b; b.f(); // llama la f de B b.A::f(); // llama la f de A Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 288 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Herencia protegida Hay una forma de herencia que es intermedia entre público y privado, y es la herencia protected. En este caso lo métodos de la clase son privados para el exterior pero pueden ser usados como públicos por la base derivada. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 class Base { int i; protected: int read() const { return i; } void set(int ii) { i = ii; } public: Base(int ii = 0) : i(ii) {} int value(int m) const { return m*i; } }; class Derived : public Base { int j; public: Derived(int jj = 0) : j(jj) {} void change(int x) { set(x); } }; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 289 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 18 19 20 21 int main() { Derived d; d.change(10); } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 290 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Upcasting El compilador nos deja sin problema castear un puntero de la clase derivada a la clase base, porque sabe que la clase derivada tiene todas las cosas de la base 1 2 3 4 5 6 7 class Base { //. . . class Derived : public Base { . . . Derived d1, d2; Base &b = d1; Base *p = &d2; Esto se llama upcasting. Sin embargo, si llamamos a un método de la clase que está implementado en las dos, llama al de la base. 1 p->f(); // llama a Base::f() Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 291 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Polimorfismo Nosotros queremos definir clases base que son genéricas (por ejemplo Matrix) y plantear algoritmos/operaciones genéricos para las mismas (por ejemplo GradConj()). Estos algoritmos toman un puntero a la clase base y llaman operaciones genéricas sobre la misma (por ejemplo el producto matriz vector MatVec()). Luego podemos definir clases derivadas para las matrices de distinto tipo (llena, banda, sparse, simétrica...) La idea es que cuando el algoritmo genérico GradConj() llama al método MatVec()), ésta llamada sea despachada a la función correspondiente en la clase derivada. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 292 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Polimorfismo (cont.) Para que la llamada al método sea despachada a la clase derivada debemos declarar al método virtual en la clase base. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 class Base { public: virtual void f(); //. . . class Derived : public Base { public: void f(); //. . . } Derived d1, d2; Base &b = d1; b.f(); // llama a Derived::f() Base *p = d2; p->f(); // llama a Derived::f() Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 293 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Ejemplo polimorfismo. Integral 1D/2D/3D Queremos calcular la integral de funciones en segmentos ([a, b]) en 1D y productos cartesianos ([xa , xb ] × [ya , yb ]) en 2D y 3D. Z xb f (x) dx, I1 = xa yb Z Z xb f (x, y) dx dy, I2 = ya zb Z Z xa yb Z xb I3 = f (x, y, z) dx dy dz, za Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) ya xa slide 294 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Ejemplo polimorfismo. Integral 1D/2D/3D (cont.) Empecemos definiendo el tipo de funciones de una variable 1 2 3 4 class scalarfun1d-t { public: virtual double eval(double x)=0; }; Notemos que el método eval() está declarado =0 eso quiere decir que no se implementará, por lo tanto es una clase virtual pura es decir que no se pueden definir instancias de esta clase. Sólo es un prototipo del cual podremos derivar clases concretas que podrán ser integradas. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 295 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Ejemplo polimorfismo. Integral 1D/2D/3D (cont.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 // LIBRARY CODE class scalarfun1d-t { public: virtual double eval(double x)=0; }; class integral1d-t { public: void set(int N, double a,double b,scalarfun1d-t *fxp); double integral(); }; // USER CODE class sin-fun-t : public scalarfun1d-t { public: double eval(double x) { return sin(x); } } sin-fun; int main() { integral1d-t int1d; int1d.set(100,0,1,&sin-fun); Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 296 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 22 23 24 25 } cout << "Integral of sin(x) in [0,1] is " << int1d.integral() << endl; return 0 Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 297 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Clase que calcula integral 1D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 class integral1d-t { private: int N; // Nbr of integration pts double xa,xb; // integration interval scalarfun1d-t *fp; // ptr to function public: // Ctor, set values integral1d-t(int Na=0,double xaa=NAN, double xba=NAN,scalarfun1d-t *fpa=NULL) { set(Na,xaa,xba,fpa); } // Set values void set(int Na,double xaa,double xba,scalarfun1d-t *fpa) { N=Na; xa=xaa; xb=xba; fp=fpa; } // Computes the integral using Simpson’s rule double integral() { double h = (xb-xa)/N, h2 = h/2.0, Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 298 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 } }; finteg=0.0; for (int j=0; j<N; j++) { double x = j*h; double f = fp->eval(x); finteg += 2.0*f; finteg += 4.0*fp->eval(x+h2); } finteg -= fp->eval(xa); finteg += fp->eval(xb); finteg *= h/6.0; return finteg; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 299 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Integral 2D. Versión cruda La integral doble la hacemos como composición de dos integrales simples Z yb Z xb f (x, y) dx I2 = xa ya yb Z = y g(y) dy, yb fy (x) dx. y ya ya Z xb g(y) = dy, xa fx (y) ≡ f (x, y). Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) g(y) xa xb x slide 300 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Integral 2D. Versión cruda (cont.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 class fy-t : public scalarfun1d-t { public: scalarfun2d-t *f2dp; // Ptr to 2var funct fx,y) double y; double eval(double x) { return f2dp->eval(x,y); } } fy; class g-t : public scalarfun1d-t { public: integral1d-t int1dx; // integral over x double eval(double y) { // wrapper pass to calling class fy.y = y; return int1dx.integral(); } } g; class integral2d-t { private: int N; // Nbr of integr segments double xa,xb,ya,yb; // rectangle corners Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 301 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 integral1d-t int1dy; // integral over y public: void set(int Na=0,double xaa=NAN,double xba=NAN, double yaa=NAN,double yba=NAN, scalarfun2d-t *f2dpa=NULL) { N = Na; xa=xaa; xb=xba; ya=yaa; yb=yba; fy.f2dp = f2dpa; int1dy.set(N,ya,yb,&g); g.int1dx.set(N,xa,xb,&fy); } integral2d-t(int Na=0, // Ctor double xaa=NAN,double xba=NAN, double yaa=NAN,double yba=NAN, scalarfun2d-t *f2dpa=NULL) { set(Na,xaa,xba,yaa,yba,f2dpa); } double integral() { // 2D integral. Integrates over y the // integral over x return int1dy.integral(); } }; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 302 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 // User code starts here---// Specific 2var function to be integrated class fun-t : public scalarfun2d-t { public: double eval(double x,double y) { // Must give (2/pi)ˆ2 = 0.40528 return sin(0.5*M-PI*x)*sin(0.5*M-PI*y); } } fun; int main() { int N=10; // 2D integration example integral2d-t int2d(N,0.0,1.0,0.0,1.0,&fun); cout << "integral(x,y) = " << int2d.integral() << endl; return 0; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 303 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Integral 2D. Versión cruda (cont.) • fy y g son wrappers. • fy toma una scalarfun2d_t y devuelve una scalarfun1d_t fijando y a un • • • • • valor (almacenado en el wrapper). g es una scalarfun1d_t. Usa un objeto de la clase integradora 1D llamado int1dx. La función eval correspondiente consiste en fijar el valor de y para la fy y llamar a la clase integradora sobre y. Ambos objetos pertenecen a clases fy_t y g_t. En esta implementación hemos hecho estas clases globales y totalmente públicas para simplificar. La clase integradora 2D utiliza otr integrador 1D (int1dy) para integrar sobre y. Las dos instancias de integral1d_t son utilizadas en forma recursiva, int1dy.eval() utiliza internamente a int1dx.eval() al evaluar la función g(). Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 304 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Integral 2D. Versión cruda (cont.) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 #include <cmath> #include <iostream> #include <vector> using namespace std; // One variable function ’f(x)’ class scalarfun1d-t { public: virtual double eval(double x)=0; }; // Two variables function ’f(x,y)’ class scalarfun2d-t { public: virtual double eval(double x,double y)=0; }; // Two variables function ’f(x,y,z)’ class scalarfun3d-t { public: virtual double eval(double x,double y,double z)=0; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 305 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 }; // Integral of a one var funct over an interval class integral1d-t { private: int N; // Nbr of integration pts double xa,xb; // integration interval scalarfun1d-t *fp; // ptr to function public: // Ctor, set values integral1d-t(int Na=0,double xaa=NAN, double xba=NAN,scalarfun1d-t *fpa=NULL) { set(Na,xaa,xba,fpa); } // Set values void set(int Na,double xaa,double xba,scalarfun1d-t *fpa) { N=Na; xa=xaa; xb=xba; fp=fpa; } // Computes the integral using Simpson’s rule double integral() { double h = (xb-xa)/N, h2 = h/2.0, Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 306 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 } }; finteg=0.0; for (int j=0; j<N; j++) { double x = j*h; double f = fp->eval(x); finteg += 2.0*f; finteg += 4.0*fp->eval(x+h2); } finteg -= fp->eval(xa); finteg += fp->eval(xb); finteg *= h/6.0; return finteg; // Integral of 2var functions over a rectangle class integral2d-t { private: scalarfun2d-t *f2dp; // Ptr to 2var funct integral1d-t int1dy, int1dx; // integrals over x and y // For a given y gives the function fy(x) = f(x,y) class fy-t : public scalarfun1d-t { double y; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 307 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 integral2d-t *i2dp; // ptr to calling class friend class integral2d-t; public: double eval(double x) { return i2dp->f2dp->eval(x,y); } } fy; // For a given y, integral over x: g(y) = int-{x=xa}ˆxb f(x,y) dx class g-t : public scalarfun1d-t { integral2d-t *i2dp; // ptr to calling class friend class integral2d-t; public: double eval(double y) { // wrapper pass to calling class return i2dp->geval(y); } } g; double geval(double y) { // Integrates over x for y=cnst fy.y = y; return int1dx.integral(); } int N; // Nbr of integr segments double xa,xb,ya,yb; // rectangle corners friend class fy-t; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 308 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 friend class g-t; public: void set(int Na=0,double xaa=NAN,double xba=NAN, double yaa=NAN,double yba=NAN, scalarfun2d-t *f2dpa=NULL) { N = Na; xa=xaa; xb=xba; ya=yaa; yb=yba; f2dp = f2dpa; int1dy.set(N,ya,yb,&g); int1dx.set(N,xa,xb,&fy); } integral2d-t(int Na=0, // Ctor double xaa=NAN,double xba=NAN, double yaa=NAN,double yba=NAN, scalarfun2d-t *f2dpa=NULL) { set(Na,xaa,xba,yaa,yba,f2dpa); g.i2dp = this; fy.i2dp = this; } double integral() { // 2D integral. Integrates over y the // integral over x return int1dy.integral(); } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 309 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 }; // Integral of 3var functions over a cube class integral3d-t { private: scalarfun3d-t *f3dp; // Ptr to 3var funct integral2d-t int2dxy; // integral over x,y integral1d-t int1dz; // integral over z // For a given z gives the function fz(x,y) = f(x,y,z) class fz-t : public scalarfun2d-t { double z; integral3d-t *i3dp; // ptr to calling class friend class integral3d-t; public: double eval(double x,double y) { return i3dp->f3dp->eval(x,y,z); } } fz; // For a given z, gives g(z) = integral over x,y: // g(z) = int-{x=xa}ˆxb int-{y=ya}ˆyb f(x,y,z) dx dy class g-t : public scalarfun1d-t { integral3d-t *i3dp; // ptr to calling class Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 310 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 friend class integral3d-t; public: double eval(double z) { // wrapper pass to calling class return i3dp->geval(z); } } g; double geval(double z) { // Integrates over x,y for z=cnst fz.z = z; return int2dxy.integral(); } int N; // Nbr of integr segments double xa,xb,ya,yb,za,zb; // rectangle corners friend class fz-t; friend class g-t; public: void set(int Na,double xaa,double xba, // Set from args double yaa,double yba, double zaa,double zba, scalarfun3d-t *f3dpa) { N = Na; xa=xaa; xb=xba; ya=yaa; yb=yba; za=zaa; zb=zba; f3dp = f3dpa; int2dxy.set(N,xa,xb,ya,yb,&fz); Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 311 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 int1dz.set(N,za,zb,&g); } integral3d-t(int Na=0, // Ctor double xaa=NAN,double xba=NAN, double yaa=NAN,double yba=NAN, double zaa=NAN,double zba=NAN, scalarfun3d-t *f3dpa=NULL) { set(Na,xaa,xba,yaa,yba,zaa,zba,f3dpa); g.i3dp = this; fz.i3dp = this; } double integral() { // Comp 3D integral. Integrates over z return int1dz.integral(); } }; // User code starts here---// Specific 1var function to be integrated class fun-t : public scalarfun1d-t { public: double eval(double x) { // Must give (2/pi) = 0.63662 return sin(0.5*M-PI*x); Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 312 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 } } fun; // Specific 2var function to be integrated class fun2-t : public scalarfun2d-t { public: double eval(double x,double y) { // Must give (2/pi)ˆ2 = 0.40528 return sin(0.5*M-PI*x)*sin(0.5*M-PI*y); } } fun2; // Specific 3var function to be integrated class fun3-t : public scalarfun3d-t { public: double eval(double x,double y,double z) { // Must give (2/pi)ˆ3 = 0.25801 return sin(0.5*M-PI*x) *sin(0.5*M-PI*y)*sin(0.5*M-PI*z); } } fun3; int main() { int N=10; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 313 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 } // 1D integration example integral1d-t int1d(N,0,1.0,&fun); cout << "integral(x) = " << int1d.integral() << endl; // 2D integration example integral2d-t int2d(N,0.0,1.0,0.0,1.0,&fun2); cout << "integral(x,y) = " << int2d.integral() << endl; // 3D integration example integral3d-t int3d(N,0.0,1.0,0.0,1.0,0.0,1.0,&fun3); cout << "integral(x,y,z) = " << int3d.integral() << endl; return 0; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 314 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Integral 2D. Versión mejorada Funciona pero tiene algunas desprolijidades, usa variables globales y las clases auxiliares es mejor si se anidan en la clase que la utiliza integral2d_t. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 class integral2d-t { private: scalarfun2d-t *f2dp; // Ptr to 2var funct integral1d-t int1dy, int1dx; // integrals over x and y // For a given y gives the function fy(x) = f(x,y) class fy-t : public scalarfun1d-t { double y; integral2d-t *i2dp; // ptr to calling class friend class integral2d-t; public: double eval(double x) { return i2dp->f2dp->eval(x,y); } } fy; // For a given y, integral over x: g(y) = int-{x=xa}ˆxb f(x,y) dx class g-t : public scalarfun1d-t { integral2d-t *i2dp; // ptr to calling class friend class integral2d-t; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 315 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 public: double eval(double y) { // wrapper pass to calling class return i2dp->geval(y); } } g; double geval(double y) { // Integrates over x for y=cnst fy.y = y; return int1dx.integral(); } int N; // Nbr of integr segments double xa,xb,ya,yb; // rectangle corners friend class fy-t; friend class g-t; public: void set(int Na=0,double xaa=NAN,double xba=NAN, double yaa=NAN,double yba=NAN, scalarfun2d-t *f2dpa=NULL) { N = Na; xa=xaa; xb=xba; ya=yaa; yb=yba; f2dp = f2dpa; int1dy.set(N,ya,yb,&g); int1dx.set(N,xa,xb,&fy); } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 316 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 integral2d-t(int Na=0, // Ctor double xaa=NAN,double xba=NAN, double yaa=NAN,double yba=NAN, scalarfun2d-t *f2dpa=NULL) { set(Na,xaa,xba,yaa,yba,f2dpa); g.i2dp = this; fy.i2dp = this; } double integral() { // 2D integral. Integrates over y the // integral over x return int1dy.integral(); } }; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 317 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Integral 3D De la misma forma se puede hacer la integral en 3D combinando una integral en 1D con otra en 2D. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 class integral3d-t { private: scalarfun3d-t *f3dp; // Ptr to 3var funct integral2d-t int2dxy; // integral over x,y integral1d-t int1dz; // integral over z // For a given z gives the function fz(x,y) = f(x,y,z) class fz-t : public scalarfun2d-t { double z; integral3d-t *i3dp; // ptr to calling class friend class integral3d-t; public: double eval(double x,double y) { return i3dp->f3dp->eval(x,y,z); } } fz; // For a given z, gives g(z) = integral over x,y: Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 318 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 // g(z) = int-{x=xa}ˆxb int-{y=ya}ˆyb f(x,y,z) dx dy class g-t : public scalarfun1d-t { integral3d-t *i3dp; // ptr to calling class friend class integral3d-t; public: double eval(double z) { // wrapper pass to calling class return i3dp->geval(z); } } g; double geval(double z) { // Integrates over x,y for z=cnst fz.z = z; return int2dxy.integral(); } int N; // Nbr of integr segments double xa,xb,ya,yb,za,zb; // rectangle corners friend class fz-t; friend class g-t; public: void set(int Na,double xaa,double xba, // Set from args double yaa,double yba, double zaa,double zba, Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 319 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 scalarfun3d-t *f3dpa) { N = Na; xa=xaa; xb=xba; ya=yaa; yb=yba; za=zaa; zb=zba; f3dp = f3dpa; int2dxy.set(N,xa,xb,ya,yb,&fz); int1dz.set(N,za,zb,&g); } integral3d-t(int Na=0, // Ctor double xaa=NAN,double xba=NAN, double yaa=NAN,double yba=NAN, double zaa=NAN,double zba=NAN, scalarfun3d-t *f3dpa=NULL) { set(Na,xaa,xba,yaa,yba,zaa,zba,f3dpa); g.i3dp = this; fz.i3dp = this; } double integral() { // Comp 3D integral. Integrates over z return int1dz.integral(); } }; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 320 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Integral 1D/2D/3D. User code 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 class fun-t : public scalarfun1d-t { public: double eval(double x) { // Must give (2/pi) = 0.63662 return sin(0.5*M-PI*x); } } fun; // Specific 2var function to be integrated class fun2-t : public scalarfun2d-t { public: double eval(double x,double y) { // Must give (2/pi)ˆ2 = 0.40528 return sin(0.5*M-PI*x)*sin(0.5*M-PI*y); } } fun2; // Specific 3var function to be integrated class fun3-t : public scalarfun3d-t { public: Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 321 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 double eval(double x,double y,double z) { // Must give (2/pi)ˆ3 = 0.25801 return sin(0.5*M-PI*x) *sin(0.5*M-PI*y)*sin(0.5*M-PI*z); } } fun3; int main() { int N=10; // 1D integration example integral1d-t int1d(N,0,1.0,&fun); cout << "integral(x) = " << int1d.integral() << endl; // 2D integration example integral2d-t int2d(N,0.0,1.0,0.0,1.0,&fun2); cout << "integral(x,y) = " << int2d.integral() << endl; // 3D integration example integral3d-t int3d(N,0.0,1.0,0.0,1.0,0.0,1.0,&fun3); cout << "integral(x,y,z) = " << int3d.integral() << endl; return 0; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 322 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Polimorfismo: ej. suma de los elementos de un vector Decargar vecsum.cpp 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 #include <cmath> #include <iostream> #include <vector> using namespace std; class vector-t { public: virtual int size()=0; virtual double operator[ ](int j)=0; }; double vecsum(vector-t &v) { int N = v.size(); double sum = 0.0; for (int j=0; j<N; j++) sum += v[j]; return sum; } // A stride, linearly spaced values Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 323 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 class stride-t : public vector-t { private: int N; double start, inc; public: stride-t(int Na, double s,double i) : N(Na), start(s), inc(i) { } int size() { return N; } double operator[ ](int j) { return start+j*inc; } }; // A wrapper to a vector<double> class vecwrap-t : public vector-t { private: const vector<double> *ap; public: vecwrap-t(const vector<double> &a) : ap(&a) { } int size() { return ap->size(); } double operator[ ](int j) { return (*ap)[j]; } }; // A plain function that computes its values class fun-t : public vector-t { public: Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 324 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 int N; double p; fun-t() : N(10), p(3.0) { } int size() { return N; } double operator[ ](int j) { return pow(j,p); } }; int main() { stride-t stride(10,0,1); cout << "sum(0. .9): " << vecsum(stride) << endl; vector<double> a; double p=3; int N=10; a.resize(N); for (int j=0; j<N; j++) a[j] = pow(j,p); vecwrap-t vw(a); cout << "sum-{j=0}ˆ{j=9} xˆ3 (with vecwrap): " << vecsum(vw) << endl; fun-t f; cout << "sum-{j=0}ˆ{j=9} xˆ3 (with fun-t): " << vecsum(f) << endl; return 0; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 325 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Contenedores de la librerı́a STL Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 326 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz La clase vector • Inicialmente eran una serie de headers con clases desarrollado por • • • • • Hewlett Packard. Es una librerı́a de contenedores (vectores, listas, conjuntos, maps...) y algoritmos (ordenamiento, filtrado, operaciones de conjuntos, eliminar elementos duplicados...) Están templatizados es decir cada contenedor puede obtener objetos de un tipo arbitrario (todos del mismo), por ejemplo vector<int>, vector<double>. También puede contener objetos de clases definidas por el usuario vector<A>, a condición de que la clase A cumpla con ciertas restricciones (por ejemplo tener un constructor por defecto, operador de asignación a1=a2...) Muchos pueden anidarse, por ejemplo vector<vector<int>>. Algunos pueden involucrar más de un tipo, por ejemplo map<int,string>. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 327 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz La clase vector • Emula el comportamiento de un vector estándar de C, pero se puede redimensionar dinámicamente y libera sus recursos dinámicamente. vector<int> v; // declara el vector 2 v.resize(N); // lo dimensiona a N elementos 3 // OJO preserva elementos existentes. 4 vector<int> v(N); // Lo crea con N elementos 5 int z; vector<int> v(N,z); // Lo crea con N elementos =z 6 v.clear(); // Elimina todos los elementos dejando al vector vacı́o • Tiene sobrecargado el operator[] para acceder para lectura/escritura los elementos del vector. El acceso es en tiempo O(1). 1 x = v[j]; v[k]=z; • v.push_back(z) inserta el elemento z al final (muy eficiente, O(1) 1 • • 1 2 amortizado). z = v.front(), z = v.back() accede al primer y último elemento del vector (eficiente, O(1). Se puede acceder a los elementos a través de iterators // Comienzo del vector (v[0]) vector<int>::iterator q= v.begin(); Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 328 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 3 4 • • 1 2 3 4 • 1 2 3 4 5 6 7 int z = *q; q++; // Se dereferencian como ptrs // Incrementa al siguiente elemento *q equivale a v[0]. Después de hacer el incremento equivale a v[1]. La clase iterator es una clase anidada dentro de vector. Casi todos los contenedores tienen su propia clase iterator. El iterator v.end() es un iterator pasado el último elemento del vector vector<int> v(10); vector<int>::iterator q = v.end(); // ERROR: q is not dereferenciable cout << "Last element is " << *q << endl; q apunta a v[10] (el último elemento es v[9]). Se puede iterar sobre todo el vector ası́ // Suma todos los elementos de v double sum = 0; vector<int>::iterator q = v.begin(); while (q!=v.end()) { sum += *q; q++; } • Notar que q++ se puede hacer ya que el operator++ está sobrecargado para la clase iterator. Igual que para enteros existe la versión prefija y postfija. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 329 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz • Para vector también se puede iterar como con un vector común 1 double sum = 0; 2 for (int j=0; j<v.size(); j++) sum += v[j]; • • 1 2 3 • 1 Pero esto se puede usar sólo con vector, con iteradores se puede iterar sobre casi cualquiera de los otros contenedores. Los iterators de vector<> soportan aritmética de punteros. Esto es sólo válido para los iterators de vector, no para list<> o map<> por ejemplo. Se puede insertar un elemento en cualquier posición del vector, sin embargo esto puede ser costoso (O(n)). vector<double> v(100,0); q = v.begin() + 50; // Apunta al elemento v[50] v.insert(q,33); // Inserta un 33 en la posición 50 Después de esto el vector tiene 101 elementos. Por supuesto esto implica no solo redimensionar el vector sino también copiar los elementos en [50,99] a [51,100]. Para pasar los vectores como argumentos conviene hacerlo a través de referencias para evitar la copia. Para indicar que la función no modifica al vector se debe declarar el argumento como const. double vecsum(const vector<double> &w) • Pero entonces se debe iterar sobre el mismo con un const_iterator Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 330 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 1 2 3 4 5 6 double vecsum(const vector<double> &w) { double sum = 0.0; vector<double>::const-iterator q = w.begin(); while (q!=w.end()) sum += *q++ return sum; } • Como es declarado un const_iterator no se le puede asignar un valor 1 vector<double>::const-iterator q; 2 //. . . . 3 *q = z; // error! • Como muchos otros contenedores de las STL, permite hacer un swap con otro contenedor 1 2 3 vector<double> v,w; // Llena v y w . . . v.swap(w); Equivale a 1 2 3 4 5 vector<double> v,w, tmp; // Llena v y w . . . tmp = v; v = w; w = tmp; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 331 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz • 1 2 3 Pero sin hacer copias ni duplicados, o sea es muy eficiente. También se puede borrar elementos o un rango de elementos w.erase(q); // Elimina el elemento en q (ineficiente) w.erase(p,q); // Elimina todo el rango [p,q) (ineficiente) w.pop-back(); // Elimina el ultimo elemento (eficiente) • En toda la documentación (y en general en ciencias de la computación) se • • 1 2 utilizan rangos cerrado/abierto [p,q) que quiere decir todos los elementos desde p a q incluyendo a p pero sin incluir a q. vector<> como casi todos los otros contenedores soportan asignación: operator= (deep copy), operator==, (comparación por igualdad y distinto). Para usarlo #include <vector> using namespace std; • Como casi todos los otros contenedores tiene bool v.isempty() (retorna verdadero si el contenedor está vacı́o). Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 332 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Algoritmos in-place • Cuando se escriben códigos que manipulan contenedores muy grandes • • 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 (en tamaño de memoria requerida) es importante saber cuanta memoria adicional se requiere para realizar la operación. Si el contenedor es de longitud n y la cantidad de memoria requerida es O(1) es decir no crece con el tamaño del contenedor se dice que el algoritmo es in-place. Por ejemplo si queremos intercambiar los contenidos de dos vectores x e y podemos utilizar las siguientes opciones // VERSION 1 (in-place) for (int j=0; j<N; j++){ double aux=x[j]; x[j]=y[j]; y[j]=aux; } // VERSION 2 (NOT in-place) vd-t aux=x; x=y; y=aux; // VERSION 3: Uses C++ vector<> builtin swap Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 333 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz x.swap(y); 15 // VERSION 4: Uses generic STL swap 16 #include <algorithm> 17 swap(x,y); • La versión 1 es in-place, ya que si bien requiere de memoria adicional (el 13 14 • • • int j y double aux), son 12 bytes y no crece con el tamaño del vector N. En cambio para la versión 2, SI requiere de el vector aux que es de tamaño N, por lo tanto NO es in-place. La versión 3, utiliza el swap() builtin de la clase vector<> y SI es in-place de acuerdo a lo que dice la documentación. Da lo mismo hacer x.swap(y) o y.swap(x). La versión 4 utiliza el algoritmo genérico de las STL que funciona para casi cualquier contenedor pero que no está optimizado, por lo tanto puede ser que en la práctica sea equivalente a la versión 1. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 334 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz La clase list • El contenedor lista (list<>) es (como vector<>) un contenedor lineal es decir los elementos en la lista se pueden asociar con una posición entera. Sin embargo no se puede acceder a la posición m de la lista en forma eficiente (es decir O(1)) ya que los elementos están almacenados en celdas enlazadas. 1 2 3 4 list<double> L; // pone elementos en L. . . double z = L[m]; // NO, [ ] sólo para vectores double z; • Sólo se puede acceder al elemento m-ésimo haciendo un lazo. 1 double z; 2 list<double>::iterator q = L.begin(); 3 for (int j=0; j<m; j++) q++; 4 z = *q; // Accede al elemento m • La lista es doblemente enlazada es decir que se puede avanzar en las dos direcciones (q++ y q--) eficientemente (O(1)). • Existe otra clase slist<> que es simplemente enlazada, por lo tanto q++ es O(1), mientras que q-- es O(n) (debe ir al principio y recorrer la lista Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 335 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz • 1 2 3 4 5 hasta encontrar la celda que apunta a q). El interés de list<> es que permite insertar en cualquier posición muy eficientemente (O(1)) list<double> L; // Pone elementos en L. . . // q apunta a cualquier posición en L q = L.insert(q,w); // Inserta un nuevo elemento en // el medio de la lista • insert retorna la posición “refrescada” q. 1 L.insert(q,w); // deja q invalido 2 z = *q; // posible error en tiempo de ejecución 3 4 q = L.insert(q,w); // OK refrezca q 5 z = *q; // OK! • Para borrar un elemento q = L.erase(q);, también se debe refrescar el iterator. 1 2 • 1 list<int>::iterator q = L.begin(); while (q!=L.end()) q = L.erase(q); Equivale a L.clear(), elimina todos los elementos de a uno por el frente. También se puede pasar todo un rango de una lista a otra list<int> L1,L2; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 336 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 2 3 • 1 2 3 4 5 • • // Pone elementos en L1, y L2 L1.splice(r,L2,p,q)); inserta todo el rango [p,q) de L2 en la posición r de L1. MUY EFICIENTE (O(1)). list<> también tiene swap. De hecho swap se puede implementar para list en términos de splice list<int> L1,L2,tmp; // Pone elementos en L1, y L2 tmp.splice(tmp.begin(),L1.begin(),L1.end()); L1.splice(L1.begin(),L2.begin(),L2.end()); L2.splice(L2.begin(),tmp.begin(),tmp.end()); Toda la operación es O(1), por lo tanto es tan eficiente como swap. Pero splice() es más general (es como swap pero para pedazos de lista). vector no tiene splice(). Los headers son #include <list> y <slist> Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 337 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz La clase set • Los conjuntos son contenedores que almacenan elementos diferentes entre sı́. 1 2 3 set<int> S; for (int j=0; j<10; j++) S.insert(j); S.insert(5); // No hace nada (5 ya estaba) • El método find(x) retorna la posición donde se encuentra un elemento dado x, si el elemento no está retorna S.end() 1 2 3 4 set<int>::iterator q = S.find(x); if (q!=S.end()) { // x está en S y *q==x } • find() es muy eficiente (O(log n)). Esta es la condición de diseño de set. • Si se declara un set<A> entonces la clase A tiene que tener los requisitos de antes (ctor por defecto, operador de asignación). Pero además debe tener sobrecargado el operator<. Esto es ası́ ya que el find() es eficiente porque guarda los elementos ordenados. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 338 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz • Se puede recorrer los elementos con un iterador, están ordenados por operator< 1 2 3 set<int>::iterator q = S.begin(); while (q!=S.end()) cout << *q++ << " "; cout << endl; Imprime todos los elementos ordenados por operator< • El header correspondiente es <set> • Notar que insert() no toma un iterator (como en list vector). En set no se inserta en una posición en particular, ya que el mismo contenedor mantiene los elementos en un cierto orden. • Hay dos sabores de erase 1 S.erase(q); // Erase de un iterator (debe ser dereferenciable) 2 int z = S.erase(x); // erase de un elemento El primero toma un iterator que debe ser dereferenciable, elimina el elemento correspondiente y no retorna nada. El segundo toma un elemento x y se fija si está o no en el conjunto. Si está lo elimina del conjunto y si no, no hace nada. En ambos casos el valor de retorno es el número de elementos efectivamente eliminados, es decir 1 o 0. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 339 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz • Operaciones binarias de conjuntos: C = A ∩ B 1 set intersection(a.begin(),a.end(),b.begin(),b.end(), 2 inserter(c,c.begin())); • Se pueden utilizar las funciones que realizan las operaciones binarias. Están en el header <algorithm>. No son métodos de la clase, son funciones friend. • C =A∪B 1 C.clear(); 2 set union(A.begin(),A.end(),B.begin(),B.end(), 3 inserter(C,C.begin())); • C =A−B 1 set difference(a.begin(),a.end(),b.begin(),b.end(), 2 inserter(c,c.begin())); • Notar que en principio opera sobre un rango en A y otro en B e inserta la unión de los mismos (sin elementos duplicados) en C. De la forma en que está llamada arriba hace la operación estándar de unión. • C =A−B 1 C.clear(); Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 340 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 2 3 set-difference(A.begin(),A.end(),B.begin(),B.end(), inserter(C,C.begin())); • C =A∩B 1 C.clear(); 2 set intersection(A.begin(),A.end(),B.begin(),B.end(), 3 inserter(C,C.begin())); • Las operaciones binarias son muy eficientes O(n log n). Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 341 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz La clase map • Representa una correspondencia entre claves de un conjunto dominio y • 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 un conjunto imagen o contradominio. Como si fuera una base de datos almacena pares (clave,valor) ordenados por la clave y después se puede buscar las asignaciones por la clave. Ejemplo, sueldos de los empleados map<int,double> sueldos; sueldos[13234567] = 23000.34; sueldos[30245654] = 18356.34; .... int dni = 34567234; if (sueldos.find(dni)==sueldos.end()) { // Este empleado no tiene asignado un sueldo en la tabla. . . } else { cout << "el sueldo correspondiente es " << sueldos[dni] << endl; } • El nombre utilizado para los tipos es key_t para el dominio, range_t. En el • 1 ejemplo anterior key_t es int y range_t es double. Cuando se itera sobre el map con el lazo tı́pico map<int,double>::iterator q = sueldos.begin(); Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 342 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 2 3 4 5 while (q!=sueldos.end()) { cout << "DNI " << q->first << ", sueldo " << q->second << endl; q++; } • Notar que los iteradores iteran sobre los pares clave, valor, de hecho son • • 1 2 3 estruturas de tipo pair<int,double>. El contenedor pair es el más básico de las STL y permite agrupar dos elementos de tipo diferente o igual: pair<int,int> dos ints, pair<int,string>.... Los campos de pair se acceden por los miembros first y second. pair<int,double> p; p.first = 23; p.second = 234.56; • También se puede declarar pair<int,double> p(23,45.67); • El map tiene un efecto colateral no común que es que si indexamos por una clave que no tiene asignado un valor entonces crea una asginación poniendo como imagen el constructor por defecto de range_t 1 2 map<int,string> M; string z = M[5]; // Asigna z= string vacio !!! • El tipo key_t tiene los mismos requerimientos que para un set es decir: Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 343 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz constructor por defecto y por copia, operador de asignación, operator<. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 344 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Algoritmos • Permiten operar sobre los diferentes contenedores. Muchas veces en • 1 2 3 4 • • • • • 1 forma transparente, el mismo algoritmo se puede aplicar a diferentes contenedores. Tal vez el más paradigmático y util es sort vector<double> v; // Pone elementos en v. . . // Ordena por valor absoluto sort(v.begin(),v.end()); sort(p,q) ordena los elementos en el rango [p,q). Notar que no se le pasa el contenedor, solo dos iteradores. Si hay que ordenar todo el contenedor hay que pasar v.begin(), v.end() Se puede utilizar también para listas Para conjuntos no tiene sentido, ya están internamente ordenados. Para clases (vector<A>) ordena por operator< por lo tanto debe estar sobrecargado. Si se quiere ordenar por otro criterio y no se puede modificar el operator< se puede pasar una función de comparación: // Funcion de comparacion por valor absoluto Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 345 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz bool comp(int x,int y) { return abs(x)<abs(y); } 3 vector<int> v; 4 // Pone elementos en v. . . 5 sort(v.begin(),v.end(),comp); • Es MUY rápido, O(n log n). 2 Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 346 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Programación funcional • Podemos escribir algoritmos que modifican los valores de un vector (u otro contenedor), por ejemplo sumarle a todos los valores contenidos en un árbol un valor, o duplicarlos. 1 2 3 4 5 6 7 void vecsum(vector<int> &v,int w) { for (int j=0; j<w.size(); j++) v[j] += w; } void vecscale(vector<int> &v,int w) { for (int j=0; j<w.size(); j++) v[j] *= w; } • Todos estos son casos particulares de un algoritmo más general apply(v,f) que tiene como argumentos un vector v y una “función escalar” T f(T) (donde T es el tipo del vector). y le aplica a cada uno de los valores nodales la función en cuestión. Este es un ejemplo de “programación funcional”, es decir, programación en los cuales los datos de los algoritmos pueden ser también funciones. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 347 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Programación funcional (cont.) • C++ tiene soporte para la programación funcional pasando “punteros a • funciones”. También se puede usar “functors”, clases que sobrecargan el operador (). Lenguajes funcionales puros: Lisp/Scheme, ML, Haskell... las funciones son “objetos de primera clase”. Solución funcional: • 1 void apply(vector<int>&v,int (*f)(int)) { 2 int N = v.size(); 3 for (int j=0; j<N; j++) v[j] = f(v[j]); 4 } 5 6 int sum10(int x) { return x+10; } 7 8 int scale10(int x) { return x*10; } 9 10 int main() { 11 int N=10; 12 vector<int> v(N); 13 for (int j=0; j<N; j++) v[j] = j; 14 dump(v,"v antes"); 15 apply(v,sum10); Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 348 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 16 17 18 19 20 } dump(v,"v += 10"); apply(v,scale10); dump(v,"v *= 10"); return 0; Da lo siguiente: 1 2 3 4 5 [mstorti@galileo sources]$$ ./functional.bin v antes: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 v += 10: 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 v *= 10: 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 [mstorti@galileo sources]$$ Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 349 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Programación funcional (cont.) • Se pasa el puntero a la función. • La “signatura” es int f(int). La declaración de punteros a tales funciones se hace reemplazando en la signatura el nombre de la función por (*) es decir int (*)(int). • Dentro de esta función auxiliar el puntero a función f se aplica como una función normal. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 350 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Programación funcional (cont.) Solución funcional con clases y polimorfismo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 class map-t { public: virtual int f(int)=0; }; void apply(vector<int>&v,map-t &m) { int N = v.size(); for (int j=0; j<N; j++) v[j] = m.f(v[j]); } class sum-t : public map-t { public: int w; int f(int x) { return x+w; } } sum; class scale-t : public map-t { public: int w; int f(int x) { return x*w; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 351 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 } scale; int main() { int N=10; vector<int> v(N); for (int j=0; j<N; j++) v[j] = j; dump(v,"v antes"); sum.w = 10; apply(v,sum); dump(v,"v += 10"); sum.w = 30; apply(v,sum); dump(v,"v += 30"); scale.w = 10; apply(v,scale); dump(v,"v *= 10"); scale.w = 2; apply(v,scale); dump(v,"v *= 2"); return 0; } Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 352 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Da lo siguiente: 1 2 3 4 5 6 7 [mstorti@galileo sources]$ ./functional2.bin v antes: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 v += 10: 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 v += 30: 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 v *= 10: 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 v *= 2: 800 820 840 860 880 900 920 940 960 980 [mstorti@galileo sources]$ Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 353 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Otro ejemplo de progr. fun. Reducción • reduce(v,g,null) que toma como argumentos un vector v y una función asociativa int g(int,int) (por ejemplo la suma, el producto, el máximo o el mı́nimo) y devuelve el resultado de aplicar la función asociativa a todos los valores nodales, hasta llegar a un único valor. • null es el valor nulo para esa función asociativa, es decir g(x,null)=x para cualquier x. 1 2 3 4 5 6 . Para g=+ es null=0, ya que es siempre x+0=0 . Para g=* es null=1, ya que es siempre x*1=x . Para g=max es null=-Inf, ya que es siempre max(x,-Inf)=x . Para g=min es null=+Inf, ya que es siempre min(x,+Inf)=x . Para g=|| es null=false, ya que es siempre x||false=x . Para g=&& es null=true, ya que es siempre x||true=x typedef int (*assoc-t)(int,int); int reduce(vector<int> &v,assoc-t assoc,int null) { int z = null; int N = v.size(); for (int j=0; j<N; j++) z = assoc(z,v[j]); Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 354 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 return z; } int sum(int x,int y) { return x+y; } int max(int x,int y) { return (x>y? x : y); } int min(int x,int y) { return (x>y? y : x); } int main() { int N=10; vector<int> v(N),vcpy; for (int j=0; j<N; j++) v[j] = j; vcpy = v; dump(v,"v antes"); cout << "sum(v): " << reduce(v,sum,0) << endl; cout << "max(v): " << reduce(v,max,0) << endl; cout << "min(v): " << reduce(v,min,0) << endl; return 0; } Da: 1 2 3 4 [mstorti@galileo sources]$ ./reduce.bin v antes: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 sum(v): 45 max(v): 9 Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 355 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 5 6 min(v): 0 [mstorti@galileo sources]$ Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 356 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Prog funcional. Filtros • Otra aplicación pueden ser “filtros”, como la función filter_odd, elimina los elementos impares. • Podrı́amos escribir una función remove_if(v,pred) que tiene como argumentos un vector v y una función predicado bool pred(T). La función remove_if elimina todos los elementos x para cuyos valores la función pred(*n) retorna verdadero. La función filter_odd se podrı́a obtener entonces simplemente pasando a remove_if una función predicado que retorna verdadero si el argumento es impar. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 357 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Versión funcional 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 void filter-odd(vector<int> &v) { vector<int> tmp; int N=v.size(); for (int j=0; j<N; j++) if (v[j]%2==0) tmp.push-back(v[j]); v = tmp; } typedef bool (*pred-t)(int); void filter(vector<int> &v,pred-t p) { vector<int> tmp; int N=v.size(); for (int j=0; j<N; j++) if (p(v[j])) tmp.push-back(v[j]); v = tmp; } bool even(int x) { return x%2==0; } bool positive(int x) { return x>0; } int main() { Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 358 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 } int N=10; vector<int> v(N),vcpy; for (int j=0; j<N; j++) v[j] = j; vcpy = v; dump(v,"v antes"); filter-odd(v); dump(v,"even(v)"); v.resize(N); for (int j=0; j<N; j++) v[j] = j-N/2; dump(v,"v antes"); filter(v,positive); dump(v,"positive(v) "); return 0; Da: 1 2 3 4 5 6 [mstorti@galileo sources]$ ./filter.bin v antes: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 even(v): 0 2 4 6 8 v antes: -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 positive(v) : 1 2 3 4 [mstorti@galileo sources]$ Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 359 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz Versión funcional con clases 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 class pred-t { public: virtual bool f(int)=0; }; void remove-if(vector<int>&v,pred-t &p) { vector<int> tmp; int N = v.size(); for (int j=0; j<N; j++) if(p.f(v[j])) tmp.push-back(v[j]); v = tmp; } class even-t : public pred-t { public: bool f(int x) { return x%2==0; } } even; class positive-t : public pred-t { public: bool f(int x) { return x>0; } } positive; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 360 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 int main() { int N=10; vector<int> v(N),vcpy; for (int j=0; j<N; j++) v[j] = j-N/2; vcpy = v; dump(v,"v antes"); remove-if(v,even); dump(v,"even(v)"); v = vcpy; dump(v,"v antes"); remove-if(v,positive); dump(v,"positive(v) "); return 0; } Da: 1 2 3 4 5 6 [mstorti@galileo sources]$ ./filter2.bin v antes: -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 even(v): -4 -2 0 2 4 v antes: -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 positive(v) : 1 2 3 4 [mstorti@galileo sources]$ Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 361 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz GTP. POO Polimorfismo 1. GEOSHAPE_T Queremos escribir una serie de utilidades para permitir realizar cálculos sobre diferentes geometrı́as 2D. (El concepto es fácilmente extendible a 3D). Para ello nos basaremos en la siguiente 1 2 3 4 5 6 7 class geoshape-t { public: // Bounding box virtual void bbox(vector<double> &bb)=0; // Is x inside shape? virtual bool inside(const vector<double> &x)=0; }; • double inside(vector<double> &x); debe retornar true/false si el punto • x está adentro/afuera del cuerpo. En una versión más avanzada deberı́a retornar la mı́nima distancia al perı́metro del dominio, pero por en una primera versión podemos utilizar sólo el saber si está adentro o no. bbox() debe retornar por bb la bounding box de la geometrı́a, es decir un vector de longitud 4 conteniendo las coordenadas de las esquinas inferior izquierda y superior derecha bb=[xmin ymin xmax ymax]. Esto va a permitir definir la región sobre la cual hacer el barrido para calcular Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 362 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz integrales como el área, etc... Escribir funciones: 1 2 3 4 • double area(geoshape-t &gshape,int N=100); void grav-center(geoshape-t &gshape, vector<double> &cg,int N=100); double inertia(geoshape-t &gshape,int N=100); Estas funciones calculan el área, centro de gravedad y momento de inercia (con respecto al origen) de la forma gs. Para eso hace un cálculo de la siguiente forma (por ejemplo para el área) usando una grilla de +N*N+ puntos cubriendo el bounding box. 1 2 3 4 5 6 7 8 double area=0.0; for (int i=0; i<N; i++) { x[0] = . . .; for (int j=0; j<N; j++) { x[1] = . . .; if (gs.inside(x)) area += hx*hy; } } • Donde hx,hy son los pasos de la malla en ambas direcciones. Instanciar la clase geoshape_t para cuadrados, cı́rculos, elipses, triángulos, polı́gonos... Por ejemplo Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 363 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 class square-t : public geoshape-t { private: double xc,yc,L; public: double dist(const vector<double> &x) { return (abs(x[0]-xc)<L/2.0 && abs(x[1]-yc)<L/2.0); } void bbox(vector<double> &bb) { bb[0] = xc-L/2.0; bb[1] = yc-L/2.0; bb[2] = xc+L/2.0; bb[3] = yc+L/2.0; } }; • Las clases deben incluir constructores apropiados, por ejemplo • • 1 2 square_t(xc,yc,L), circle_t(xc,yc,R). Probar las clases verificando sus areas, CG, inercia, etc... Escribir una clases que permite hacer operaciones booleanas (conjuntos) de estas formas: class intersection-t : public geoshape-t { public: Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 364 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 3 4 5 6 } vector<geoshape-t*> shapes; void bbox(vector<double> &bb); double dist(vector<double> &x); • • 1 2 3 Para esto: . La bbox de la intersectión es la intersección de las bbox de sus componentes. Es decir el XMIN de la bbox es el máximo de los xmin y ası́ siguiendo ∗ XMIN = max(xmin) ∗ YMIN = max(ymin) ∗ XMAX = min(xmin) ∗ YMAX = min(ymin) . Para inside(): Para que un punto está en la intersección tiene que estar en todos las formas componentes. Similarmente escirbir union_t. Similarmente escribir difference_t, pero este no debe tener un vector (ya que la operación no es asociativa). class difference-t : public geoshape-t { public: geoshape-t *A,*B; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 365 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 4 5 6 } void bbox(vector<double> &bb); double dist(vector<double> &x); Debe tener dos formas A y B y el resultado debe ser la forma C=A-B. Para la bbox usar la de A. Probar con un cuadrado con un agujero circular. • Probar a agrupar objetos y hacer operaciones de conjuntos. • Hacer otra clase que desplaza, rota, y escalea una forma. En general puede ser una transformación afı́n general z=M*xx0+, donde M es la matriz de transformación y x0 es el desplazamiento. 2. VECTOR_T. Escribir una clase polimórfica para representar vectores. 1 2 3 4 5 1 2 3 4 class vector-t { public: virtual int size()=0; virtual double operator[ ](int)=0; }; • Escribir funciones que realizan operaciones sobre el tipo int non-null(vector-t &); // cuenta elementos no nulos double sum(vector-t &); // suma los elementos double max(vector-t &); double min(vector-t &); Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 366 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz • Escribir una implementación para vectores llenos (un wrapper para vector<>). class fullvec-t : public vector-t { private: vector<double> w; } 1 2 3 4 • Escribir una implementación stride_t para strides o sea • • 1 2 3 4 v[j]=startj*inc+, guarda internamente start,inc,size. Escribir una implementación sparse_t para vectores ralos. Guarda sólo los elementos no nulos en un vector<int> indx y vector<double> vals. Por ejemplo si tenemos el vector [0 0 1.2 0 3.4 0 0] entonces lo que se almacena es indx=[2 4] y vals=[1.2 3.4] Escribir una función double reduce(vector_t &v,assoc_t &g); que hace una operacion de reducción sobre los elementos del vector, por ejemplo la suma, el maximo, minimo, etc... La operación asociativa se pasa a través de una clase assoc_t cuya expresión virtual pura es class assoc-t { virtual double g(double x,double y)=0; virtual double null()=0; }; Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 367 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz null es el elemento nulo para la operación, es decir aquel tal que x=g(x,null) para todo x. Por ejemplo 0 para la suma 1 para el producto. class sum-t : public assoc-t { double g(double x,double y) { return x+y; } double null() { return 0; } }; 1 2 3 4 Para max y min deben usarse null=-INFINITY y null=INFINITY+ respectivamente. 3. Juego de 3 en lı́nea (tic-tac-toe) • El tablero es un vector<char> board(9); • Los casilleros están numerados por fila. 1 012 2 345 3 678 • Un valor en 0 quiere decir casillero vacio, • Vamos a llamar a los jugadores X y O (cruces y cı́rculos). X es el que • • juega primero. Un valor negativo corresponde X un valor positivo corresponde O Los valores (en valor absoluto) indican el orden de la jugada, e.g. un board ası́ [3,0,0,-2,-3,-1,2,0,1] quiere decir que el tablero final es el de abajo. El número al lado de la marca es el orden en el que se realizó Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 368 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz la jugada. O sea X1 es la primera jugada de X 1 O2|. |. 2 -------3 X2|X3|X1 4 -------5 O3|. |O1 • Los jugadores van a ser instanciaciones de la siguiente clase virtual pura: 1 2 3 4 class t3g-player-t { public: virtual int move(board-t &b,int me)=0; }; • • b es el tablero actual, me (puede ser -1/1) es quien soy yo (como jugador, es decir si X o O). move debe retornar el siguiente casillero que elige el jugador. Escribir una función int playt3g(t3g_player_t &X,t3g_player_t &O);. Que hace jugar a X y O. Retorna el jugador que gana o bien 0 si hay empate. Básicamente playt3g() debe: . inicializar un board y llamar alternadamente a X y O. . Chequear que la movida de cada jugador es válida. . Registrar la movida en el tablero Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 369 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz . Chequear si el partido terminó. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 • El algoritmo serı́a ası́ board-t b; // Initialize board b int me = -1; while (1) { int you = -me; // reference to the actual player object t3g-player-t &player = (me==-1? O : X); int cell; cell = player.move(b,me); // check cell is free. . . else bad move: wins YOU, break // register move in board. . . // check if me wins: wins ME, break // Change player and continue me = -me; } • Probablemente sea bueno escribir funciones como . int game_over(board_t &b); chequea si se termino la partida, retorna • el resultado: -1/0/1 ganó un jugador o empate. 2 si no ganó nadie. . void print_board(board &b); Imprime el board por pantalla. Escribir los siguientes jugadores. Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 370 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz . random_t: retorna un casillero vacı́o al azar . best_cell_t: Si está libre el centro lo juega, si no una de las esquinas vacı́a al azar, sino un casillero restante vacı́o al azar. . winner_t: Busca si gana marcando alguna casilla, si no juega una al azar (con las prioridades de best_cell_t). . opposer_t: Busca si gana marcando alguna casilla, si no busca si YOU puede ganar, en ese caso le marca la casilla ganadora, si no marca una al azar (siguiendo las prioridades de best_cell_t). . best_player_t: Igual que opposer_t, pero en vez de marcar una según las prioridades, releva para cada casilla a cuantas filas, columnas y diagonales propias (es decir sin casilleros marcados por YOU) está conectada la celda. De aquellas juega la que tiene el máximo conteo de filas propias. Por ejemplo si el board esta ası́ 1 X|.|O 2 ----3 .|O|. 4 ----5 .|X|. Entonces al jugar X hace el relavamiento y le da [* 0 * 1 * 0 2 * 1]. Los * corresponden a los casilleros ocupados y los dı́gitos al conteo de filas propias. Por lo tanto el casillero más conveniente es la esquina inferior izquierda (casillero 6) y el board queda ası́ Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 371 Programación en C++ para Ciencia e Ingenierı́a, por M.Storti, L. Dalcı́n, Rodrigo Paz 1 2 3 4 5 X|.|O ----.|O|. ----X|X|. • Calcular las probabilidades de que cada par de jugadores gane, pierda o empaten. Notar que la probabilidad de que uno de los jugadores gane depende de quien empieza, por ejemplo la probabilidad de que best_cell_t le gane a random_t no es la misma si el que empieza es best_cell_t o random_t. Notar que se pueden hacer jugar a dos jugadores del mismo tipo (por ejemplo dos random_t). Facultad de Ingenierı́a y Ciencias Hı́dricas FICH - UNL ((version texstuff-1.2.9-30-gdced8b6) (date Thu Jun 4 13:04:55 2015 -0300) (processed-date Thu Jun 4 13:05:35 2015 -0300)) slide 372

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