C++
C++ es un lenguaje de programación diseñado a mediados de los años 1980 por Bjarne Stroustrup. La intención de su creación fue el extender al exitoso lenguaje de programación C con mecanismos que permitan la manipulación de objetos. En ese sentido, desde el punto de vista de los lenguajes orientados a objetos, el C++ es un lenguaje híbrido.
Posteriormente se añadieron
facilidades de programación genérica, que se sumó a los otros dos paradigmas que ya estaban
admitidos (programación estructurada y la programación
orientada a objetos). Por esto se suele decir que el
C++ es un lenguaje de
programación multiparadigma.
Actualmente existe un estándar,
denominado ISO C++, al que se han adherido la mayoría de los fabricantes de
compiladores más modernos. Existen también algunos intérpretes, tales como
ROOT.
Una particularidad del C++ es la
posibilidad de redefinir los operadores, y de poder crear nuevos tipos que se comporten como tipos fundamentales.
El nombre C++ fue propuesto por Rick Mascitti en el año
1983, cuando el lenguaje fue utilizado por primera vez fuera de un laboratorio
científico. Antes se había usado el nombre "C con clases". En C++, la
expresión "C++" significa "incremento de C" y se refiere a
que C++ es una extensión de C.
Un ejemplo de programa en C++, el clásico Hola mundo
A continuación
se cita un programa de ejemplo Hola mundo escrito en C++
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
/* Esta cabecera permite
usar los objetos que encapsulan los descriptores stdout
y stdin: cout(<<) y
cin(>>)*/
#include <iostream>
int main()
{
std::cout << "Hola
mundo" << std::endl;
std::cin.get();
}
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Al usar la
directiva #include estamos diciéndole al compilador que busque e
interprete todos los elementos definidos en el archivo que acompaña la
directiva (en este caso, iostream). Para evitar
sobrescribir los elementos ya definidos al ponerles igual nombre, se crearon
los espacios de nombres o namespace del singular en inglés. En este caso hay un espacio
de nombres llamado std, que es donde se incluyen
las definiciones de todas las funciones y clases que conforman la biblioteca estándar de
C++. Al incluir la sentenciausing namespace
std le estamos diciendo al compilador que usaremos el espacio de nombres std por lo que no tendremos que incluirlo cuando usemos elementos de este
espacio de nombres, como pueden ser los objetos cout y cin, que representan el flujo de salida estándar
(típicamente la pantalla o una ventana de texto) y el flujo de entrada estándar
(típicamente el teclado).
La definición
de funciones es igual que en C, salvo por la característica de que si main no va a recoger argumentos, no tenemos por qué ponérselos, a diferencia
de C, donde había que ponerlos explícitamente, aunque no se fueran a usar.
Queda solo comentar que el símbolo << se conoce como
operador de inserción, y grosso modo está enviando a cout lo que queremos mostrar por pantalla para que lo
pinte, en este caso la cadena "Hola mundo". El mismo operador << se puede usar varias veces en la misma sentencia,
de forma que gracias a esta característica podremos concatenar el objeto endl al final, cuyo resultado será imprimir un retorno de línea.
Por último
tomaremos una secuencia de caracteres del teclado hasta el retorno de línea
(presionando ENTER), llamando al métodoget del objeto cin.
Tipos de datos
C++ tiene los siguientes tipos fundamentales:
·
Caracteres:
char
(también
es un entero), wchar_t
·
Enteros:
short
, int
, long
, long long
·
Números en coma flotante:
float
, double
, long double
·
Booleanos:
bool
·
Vacío:
void
El modificador
unsigned
se puede aplicar a enteros para obtener
números sin signo (por omisión los enteros contienen signo), con lo que se
consigue un rango mayor de números naturales.Tamaños asociados
Tamaños
de tipos primitivos bajo i386 (GCC)
|
|
Tipo
|
Número de Bits
|
char |
8
|
short |
16
|
int |
32
|
float |
32
|
double |
64
|
Según la máquina y el compilador
que se utilice los tipos primitivos pueden ocupar un determinado tamaño en
memoria. La siguiente lista ilustra el número de bits que ocupan los distintos
tipos primitivos en la arquitectura x86.
Otras arquitecturas pueden
requerir distintos tamaños de tipos de datos primitivos. C++ no dice nada
acerca de cuál es el número de bits en un byte, ni del tamaño de estos tipos;
más bien, ofrece solamente las siguientes "garantías de tipos":
·
De acuerdo al estándar C99,
un tipo
char
debe
ocupar exactamente un byte compuesto de un mínimo de 8 bits independientemente de la arquitectura
de la máquina.
·
El tamaño reconocido de
char
es de 1.
Es decir, sizeof(char)
siempre
devuelve 1.
·
Un tipo
short
tiene al menos el mismo tamaño que un tipo char
.
·
Un tipo
long
tiene al menos el doble tamaño en bytes que un tipo short
.
·
Un tipo
int
tiene un
tamaño entre el de short
y el de long
, ambos
inclusive, preferentemente el tamaño de un apuntador de memoria de la máquina.
·
Un tipo
unsigned
tiene el
mismo tamaño que su versión signed
.Wchar_t
Para la versión del estándar que
se publicó en 1998, se decidió añadir el tipo de dato
wchar_t
, que permite el uso de
caracteres UNICODE, a
diferencia del tradicional char
, que
contempla simplemente al código de caracteres ASCII extendido. A su vez, se ha
definido para la mayoría de las funciones y clases, tanto de C como de C++, una
versión para trabajar con wchar_t
, donde
usualmente se prefija el carácter w al nombre de la función (en ocasiones el
carácter es un infijo). Por ejemplo:
·
strcpy - wstrcpy
·
std::string - std::wstring
·
std::cout - std::wcout
Cabe resaltar que en C se define
wchar_t
como:typedef unsigned short wchar_t;
Mientras que en C++ es en sí
mismo un tipo de dato.
La palabra reservada "void"
La palabra reservada
void
define en C++ el concepto de no existencia o
no atribución de un tipo en una variable o declaración. Como tal, puede ser
usada para destacar que una función no recibe parámetros, como en:int funcion (void);
Aunque la tendencia actual es la
de no colocar la palabra "void".
Además se utiliza para determinar
que una función no retorna un valor, como en:
void funcion (int parametro);
Cabe destacar que
void
no es un tipo. Una
función como la declarada anteriormente no puede retornar un valor por medio dereturn: la palabra clave va
sola. No es posible una declaración del tipo:void t; //Está mal
En este sentido,
void
se comporta de forma ligeramente diferente a
como lo hace en C, especialmente en cuanto a su significado en declaraciones y
prototipos de funciones.
Sin embargo, la forma especial void
* indica
que el tipo de datos es un puntero. Por ejemplo:
void *memoria;
Indica que memoria es un puntero a alguna parte, donde
se guarda información de algún
tipo. El programador es responsable de definir estos
"algún", eliminando toda ambigüedad. Una ventaja de la declaración
"void *" es que puede representar a la vez varios tipos de
datos, dependiendo de la operación de cast escogida. La memoria que hemos apuntado en
alguna parte, en el ejemplo anterior, bien podría almacenar un entero, un
flotante, una cadena de texto o un programa, o combinaciones de éstos. Es
responsabilidad del programador recordar qué tipo de datos hay y garantizar el
acceso adecuado.
La palabra "NULL"
Además de los valores que pueden
tomar los tipos anteriormente mencionados, existe un valor llamado NULL, sea el
caso numérico para los enteros, caracter para el tipo char, cadena de texto
para el tipo string, etc. El valor NULL, expresa, por lo regular, la
representación de una Macro, asignada al valor "0".
Tenemos entonces que:
void* puntero = NULL;
int entero = NULL;
bool boleana = NULL;
char caracter = NULL;
El valor de las variables
anteriores nos daría 0. A diferencia de la variable "caracter", que
nos daría el equivalente a NULL, '\0', para caracteres.
Principio
Todo programa en C++ debe tener
la función principal
main()
(a no ser que se especifique en tiempo de
compilación otro punto de entrada, que en realidad es la función que tiene el main()
)int main()
{}
La función principal del código
fuente main debe tener uno de los siguientes prototipos:
int main()
int main(int argc, char** argv)
int main()
int main(int argc, char** argv)
Aunque no es estándar algunas
implementaciones permiten
int main(int argc, char** argv, char** env)
int main(int argc, char** argv, char** env)
La primera es la forma por
omisión de un programa que no recibe parámetros ni argumentos. La segunda forma
tiene dos parámetros:argc, un número que describe el número de
argumentos del programa (incluyendo el nombre del programa mismo), y argv, un puntero a un array de
punteros, de argc elementos, donde el elemento argv[i] representa el i-ésimo argumento entregado al
programa. En el tercer caso se añade la posibilidad de poder acceder a las
variables de entorno de ejecución de la misma forma que se accede a los
argumentos del programa, pero reflejados sobre la variable env.
El tipo de retorno de main es un valor entero int. Al finalizar la función
main
, debe incluirse el valor de
retorno (por ejemplo, return 0;, aunque
el estándar prevé solamente dos posibles valores de retorno: EXIT_SUCCESS y
EXIT_FAILURE, definidas en el archivocstdlib), o salir por medio de la función exit.
Alternativamente puede dejarse en blanco, en cuyo caso el compilador es
responsable de agregar la salida adecuada.El concepto de clase
Los objetos en C++ son abstraídos
mediante una clase. Según el paradigma de la programación orientada a objetos
un objeto consta de:
1.
Identidad, que lo diferencia de
otros objetos (Nombre que llevara la clase a la que pertenece dicho objeto).
2.
Métodos o funciones miembro
3.
Atributos o variables miembro
Un ejemplo de clase que podemos
tomar es la clase perro. Cada perro comparte unas características (atributos).
Su número de patas, el color de su pelaje o su tamaño son algunos de sus
atributos. Las funciones que lo hagan ladrar, cambiar su comportamiento... esas
son las funciones de la clase.
Este es otro ejemplo de una
clase:
class Punto
{
//por omisión los miembros son 'private' para que sólo se puedan modificar desde la propia clase.
private:
// Variable miembro privada
int id;
protected:
// Variables miembro protegidas
int x;
int y;
public:
// Constructor
Punto();
// Destructor
~Punto();
// Funciones miembro o métodos
int ObtenerX();
int ObtenerY();
};
Constructores
Son unos métodos especiales que
se ejecutan automáticamente al crear un objeto de la clase. En su declaración
no se especifica el tipo de dato que devuelven, y poseen el mismo nombre que la
clase a la que pertenecen. Al igual que otros métodos, puede haber varios
constructores sobrecargados, aunque no pueden existir constructores virtuales.
Como característica especial a la
hora de implementar un constructor, justo después de la declaración de los
parámetros, se encuentra lo que se llama "lista de inicializadores".
Su objetivo es llamar a los constructores de los atributos que conforman el
objeto a construir.
Cabe destacar que no es necesario
declarar un constructor al igual que un destructor, pues el compilador lo puede
hacer, aunque no es la mejor forma de programar.
Tomando el ejemplo de la Clase
Punto, si deseamos que cada vez que se cree un objeto de esta clase las
coordenadas del punto sean igual a cero podemos agregar un constructor como se
muestra a continuación:
class Punto
{
public:
float x; // Coordenadas del punto
float y;
// Constructor
Punto() : x(0), y(0){ // Inicializamos las variables "x" e "y"
}
};
// Main para demostrar el funcionamiento de la clase
# include <iostream> // Esto nos permite utilizar "cout"
using namespace std;
int main () {
Punto MiPunto; // creamos un elemento de la clase Punto llamado MiPunto
cout << "Coordenada X: " << MiPunto.x << endl; // mostramos el valor acumulado en la variable x
cout << "Coordenada Y: " << MiPunto.y << endl; // mostramos el valor acumulado en la variable y
getchar(); // le indicamos al programa que espere al buffer de entrada (detenerse)
return 0;
}
Si compilamos y ejecutamos el
anterior programa, obtenemos una salida que debe ser similar a la siguiente:
Coordenada X: 0 Coordenada Y: 0
Existen varios tipos de
constructores en C++:
1.
Constructor predeterminado.
Es el constructor que no recibe ningún parámetro en la función. Si no se
definiera ningún constructor, el sistema proporcionaría uno predeterminado. Es
necesario para la construcción de estructuras y contenedores de la STL.
2.
Constructor de copia.
Es un constructor que recibe un objeto de la misma clase, y realiza una copia
de los atributos del mismo. Al igual que el predeterminado, si no se define, el
sistema proporciona uno.
3.
Constructor de conversión.
Este constructor, recibe como único parámetro, un objeto o variable de otro
tipo distinto al suyo propio. Es decir, convierte un objeto de un tipo
determinado a otro objeto del tipo que estamos generando.
Constructores + Memoria heap Un objeto creado de la forma que se vio hasta
ahora, es un objeto que vive dentro del scope(las llaves { }) en el que fue
creado. Para que un objeto pueda seguir viviendo cuando se saque de el scope en
el que se creó, se lo debe crear en memoria heap. Para esto, se utiliza el
operador new, el cual asigna memoria para almacenar al objeto creado, y además
llama a su constructor(por lo que se le pueden enviar parámetros). El operador
new se utiliza de la siguiente manera:
int main() {
Punto *unPunto = new Punto(); //esto llama al constructor que se describe más arriba
delete unPunto; //no hay que olvidarse de liberar la memoria ocupada por el objeto(ver la sección destructores, más abajo)
return 0;
}
Además, con el operador new[] se
pueden crear arrays (colecciones o listas ordenadas) de tamaño dinámico:
Punto *asignar(int cuantos) {
return new Punto[cuantos]; //asigna un array de 'cuantos' puntos(se llama el constructor que se muestra más arriba), y se retorna.
}
Destructores
Los destructores son funciones
miembro especiales llamadas automáticamente en la ejecución del programa, y por
tanto no tienen
por qué ser llamadas explícitamente por el programador. Sus
principales cometidos son:
·
Liberar los recursos
computacionales que el objeto de dicha clase haya adquirido en tiempo de
ejecución al expirar éste.
·
Quitar los vínculos que pudiesen
tener otros recursos u objetos con éste.
Los destructores son invocados
automáticamente al alcanzar el flujo del programa el fin del ámbito en el que
está declarado el objeto. El único caso en el que se debe invocar explícitamente al destructor de un
objeto, es cuando éste fue creado mediante el operador new, es decir,
que éste vive en memoria heap, y no en la pila de ejecución del programa. La
invocación del destructor de un objeto que vive en heap se realiza a través del
operador delete o delete[] para arrays. Ejemplo:
int main() {
int *unEntero = new int(12); //asignamos un entero en memoria heap con el valor 12
int *arrayDeEnteros = new int[25]; //asignamos memoria para 25 enteros(no estan inicializados)
delete unEntero; //liberamos la memoria que ocupaba unEntero
delete[] arrayDeEnteros; //liberamos la memoria ocupada por arrayDeEnteros
return 0;
}
Si no se utilizara el operador
delete y delete[] en ese caso, la memoria ocupada por unEntero y arrayDeEnteros
respectivamente, quedaría ocupada sin sentido. Cuando una porción de memoria
queda ocupada por una variable que ya no se utiliza, y no hay forma de acceder
a ella, se denomina un 'memory leak'. En aplicaciones grandes, si ocurren
muchos memory leaks, el programa puede terminar ocupando bastante más memoria
RAM de la que debería, lo que no es para nada conveniente. Es por esto, que el
manejo de memoria heap debe usarse conscientemente.
Existen dos tipos de destructores
pueden ser públicos o privados, según si se declaran:
·
Si es público se llama desde
cualquier parte del programa para destruir el objeto.
·
Si es privado no se permite la
destrucción del objeto por el usuario.
El uso de destructores es clave
en el concepto de Adquirir Recursos es
Inicializar.
Funciones miembro
Función miembro es aquella que
está declarada en ámbito de clase. Son similares a las funciones habituales,
con la salvedad de que el compilador realizara el proceso de Decoración de nombre (Name Mangling en inglés): Cambiará el nombre de la función
añadiendo un identificador de la clase en la que está declarada, pudiendo
incluir caracteres especiales o identificadores numéricos. Este proceso es
invisible al programador. Además, las funciones miembro reciben implícitamente
un parámetro adicional: El puntero this, que referencia al objeto
que ejecuta la función.
Las funciones miembro se invocan
accediendo primero al objeto al cual refieren, con la sintaxis: myobject.mymemberfunction(), esto es
un claro ejemplo de una función miembro.
Caso especial es el de las
funciones miembro estáticas. A pesar de que son declaradas dentro de la clase,
con el uso de la palabra clave static no recibirán el puntero this. Gracias
a esto no es necesario crear ninguna instancia de la clase para llamar a esta
función, sin embargo, sólo se podrá acceder a los miembros estáticos de la
clase dado que estos no están asociados al objeto sino al tipo. La sintaxis
para llamar a esta función estática es mytype::mystaticmember().
Plantillas
Las plantillas son el mecanismo
de C++ para implantar el paradigma de la programación genérica. Permiten que una clase o función
trabaje con tipos de datos abstractos, especificándose más adelante cuales son
los que se quieren usar. Por ejemplo, es posible construir un vector genérico
que pueda contener cualquier tipo de estructura de datos. De esta forma se
pueden declarar objetos de la clase de este vector que contengan enteros,
flotantes, polígonos, figuras, fichas de personal, etc.
La declaración de una plantilla
se realiza anteponiendo la declaración template <typename A,....> a la declaración de la estructura (clase,
estructura o función) deseado.
Por ejemplo:
template <typename T>
T max(const T &x, const T &y) {
return (x > y) ? x : y; //si x > y, retorna x, sino retorna y
}
La función max() es un ejemplo de programación genérica, y
dados dos parámetros de un tipo T (que puede ser int, long, float,double, etc.) devolverá el mayor
de ellos (usando el operador >). Al ejecutar la función
con parámetros de un cierto tipo, el compilador intentará "calzar" la
plantilla a ese tipo de datos, o bien generará un mensaje de error si fracasa
en ese proceso.
Especialización
Clases abstractas
En C++ es posible definir clases
abstractas. Una clase abstracta, o clase base abstracta (ABC), es una que está
diseñada sólo como clase padre de las cuales se deben derivar clases hijas.
Una clase abstracta se usa para representar aquellas entidades o métodos que
después se implementarán en las clases derivadas, pero la clase abstracta en sí
no contiene ninguna implementación -- solamente representa los métodos que se
deben implementar. Por ello, no es posible instanciar una clase abstracta, pero
sí una clase concreta que implemente los métodos definidos en ella.
Las clases abstractas son útiles
para definir interfaces, es decir, un conjunto de métodos que definen el
comportamiento de un módulo determinado. Estas definiciones pueden utilizarse
sin tener en cuenta la implementación que se hará de ellos.
En C++ los métodos de las clases
abstractas se definen como funciones
virtuales puras.
class Abstracta
{
public:
virtual int metodo() = 0;
};
class ConcretaA : public Abstracta
{
public:
int metodo()
{
//haz algo
return foo () + 2;
}
};
class ConcretaB : public Abstracta
{
public:
int metodo()
{
//otra implementación
return baz () - 5;
}
};
En el ejemplo, la clase ConcretaA es una implementación de la clase Abstracta, y la clase ConcretaB es otra implementación. Debe notarse que el =
0 es la
notación que emplea C++ para definir funciones virtuales puras.
Espacios de nombres
Una adición a las características
de C son los espacios
de nombre (namespace en inglés), los cuales pueden describirse como
áreas virtuales bajo las cuales ciertos nombres de variable o tipos tienen
validez. Esto permite evitar las ocurrencias de conflictos entre nombres de
funciones, variables o clases.
El ejemplo más conocido en C++ es
el espacio de nombres std::, el cual almacena todas
las definiciones nuevas en C++ que difieren de C (algunas estructuras y
funciones), así como las funcionalidades propias de C++ (streams) y los
componentes de la biblioteca STL.
Por ejemplo:
# include <iostream>
// Las funciones en esta cabecera existen dentro del espacio de nombres std::
namespace mi_paquete{
int mi_valor;
};
int main()
{
int mi_valor = 3;
mi_paquete::mi_valor = 4;
std::cout << mi_valor << '\n'; // imprime '3'
std::cout << mi_paquete::mi_valor << '\n'; // imprime '4'
return 0;
}
Como puede verse, las
invocaciones directas a mi_valor darán acceso solamente a la variable descrita
localmente; para acceder a la variable del espacio de nombres mi_paquete es necesario acceder específicamente el
espacio de nombres. Un atajo recomendado para programas sencillos es la
directiva using namespace, que
permite acceder a los nombres de variables del paquete deseado en forma
directa, siempre y cuando no se produzca alguna ambigüedad o conflicto de
nombres.
Herencia
Existen varios tipos de herencia entre clases en el lenguaje de programación
C++. Estos son:
Herencia simple
La herencia en C++ es un
mecanismo de abstracción creado para poder facilitar y mejorar el diseño de las
clases de un programa. Con ella se pueden crear nuevas clases a partir de
clases ya hechas, siempre y cuando tengan un tipo de relación especial.
En la herencia, las clases
derivadas "heredan" los datos y las funciones miembro de las clases
base, pudiendo las clases derivadas redefinir estos comportamientos
(polimorfismo) y añadir comportamientos nuevos propios de las clases derivadas.
Para no romper el principio de encapsulamiento (ocultar datos cuyo conocimiento
no es necesario para el uso de las clases), se proporciona un nuevo modo de
visibilidad de los datos/funciones: "protected". Cualquier cosa que
tenga visibilidad protected se comportará como pública en la clase Base y en
las que componen la jerarquía de herencia, y como privada en las clases que NO
sean de la jerarquía de la herencia.
Antes de utilizar la herencia,
nos tenemos que hacer una pregunta, y si tiene sentido, podemos intentar usar
esta jerarquía: Si la frase <claseB> ES-UN <claseA> tiene sentido,
entonces estamos ante un posible caso de herencia donde clase A será la clase
base y clase B la derivada.
Ejemplo: clases Barco, Acorazado,
Carguero, etc. un Acorazado ES-UN Barco, un Carguero ES-UN Barco, un
Trasatlántico ES-UN Barco, etc.
En este ejemplo tendríamos las
cosas generales de un Barco (en C++)
class Barco {
protected:
char* nombre;
float peso;
public:
//Constructores y demás funciones básicas de barco
};
y ahora las características de
las clases derivadas, podrían (a la vez que heredan las de barco) añadir cosas
propias del subtipo de barco que vamos a crear, por ejemplo:
class Carguero: public Barco { // Esta es la manera de especificar que hereda de Barco
private:
float carga;
//El resto de cosas
};
class Acorazado: public Barco {
private:
int numeroArmas;
int Soldados;
// El resto de cosas
};
Por último, hay que mencionar que
existen 3 clases de herencia que se diferencian en el modo de manejar la
visibilidad de los componentes de la clase resultante:
·
Herencia publica (class Derivada:
public Base ): Con este tipo de herencia se respetan los comportamientos
originales de las visibilidades de la clase Base en la clase Derivada.
·
Herencia privada (clase Derivada:
private Base): Con este tipo de herencia todo componente de la clase Base, será
privado en la clase Derivada (las propiedades heredadas serán privadas aunque
estas sean públicas en la clase Base)
·
Herencia protegida (clase
Derivada: protected Base): Con este tipo de herencia, todo componente publico y
protegido de la clase Base, será protegido en la clase Derivada, y los
componentes privados, siguen siendo privados.
Herencia múltiple
La herencia múltiple es el
mecanismo que permite al programador hacer clases derivadas a partir, no de una
sola clase base, sino de varias. Para entender esto mejor, pongamos un ejemplo:
Cuando ves a quien te atiende en una tienda, como persona que es, podrás
suponer que puede hablar, comer, andar, pero, por otro lado, como empleado que
es, también podrás suponer que tiene un jefe, que puede cobrarte dinero por la
compra, que puede devolverte el cambio, etc. Si esto lo trasladamos a la
programación sería herencia múltiple (clase empleado_tienda):
class Persona {
...
Hablar();
Caminar();
...
};
class Empleado {
Persona jefe;
int sueldo;
Cobrar();
...
};
class empleado_tienda: public Persona, Empleado {
...
AlmacenarStock();
ComprobarExistencias();
...
};
Por tanto, es posible utilizar
más de una clase para que otra herede sus características.
Sobrecarga de operadores
La sobrecarga de operadores es
una forma de hacer polimorfismo. Es
posible definir el comportamiento de un operador del lenguaje para que trabaje
con tipos de datos definidos por el usuario. No todos los operadores de C++ son
factibles de sobrecargar, y, entre aquellos que pueden ser sobrecargados, se
deben cumplir condiciones especiales. En particular, los operadores sizeof y :: no son sobrecargables.
No es posible en C++ crear un
operador nuevo.
Los comportamientos de los
operadores sobrecargados se implementan de la misma manera que una función,
salvo que esta tendrá un nombre especial:
Tipo de dato de devolución
operator<token del
operador>
(parámetros)
Los siguientes operadores pueden
ser sobrecargados:
·
Operadores Unarios
·
Operador * (de indirección)
·
Operador -> (de indirección)
·
Operador & (de dirección)
·
Operador +
·
Operador -
·
Operador ++
·
Operador --
·
Operadores Binarios
·
Operador ==
·
Operador +
·
Operador -
·
Operador *
·
Operador /
·
Operador %
·
Operador <<
·
Operador >>
·
Operador &
·
Operador ^
·
Operador |
·
Operador []
·
Operador ()
·
Operadores de Asignación
·
Operador =
·
Operador +=
·
Operador -=
·
Operador *=
·
Operador /=
·
Operador %=
·
Operador <<=
·
Operador >>=
·
Operador &=
·
Operador ^=
·
Operador |=
Dado que estos operadores son
definidos para un tipo de datos definido por el usuario, éste es libre de
asignarles cualquiera semántica que desee. Sin embargo, se considera de primera
importancia que las semánticas sean tan parecidas al comportamiento natural de
los operadores como para que el uso de los operadores sobrecargados sea
intuitivo. Por ejemplo, el uso del operador unario - debiera cambiar el
"signo" de un "valor".
Los operadores sobrecargados no dejan
de ser funciones, por lo que pueden devolver un valor, si este valor es del
tipo de datos con el que trabaja el operador, permite el encadenamiento de
sentencias. Por ejemplo, si tenemos 3 variables A,B y C de un tipo T y
sobrecargamos el operador = para que trabaje con el tipo de datos T, hay dos
opciones: si el operador no devuelve nada una sentencia como "A=B=C;"
(sin las comillas) daría error, pero si se devuelve un tipo de datos T al
implementar el operador, permitiría concatenar cuantos elementos se quisieran,
permitiendo algo como "A=B=C=D=...;"
Biblioteca estándar de plantillas (STL, Standard Template Library)
Los lenguajes de programación
suelen tener una serie de bibliotecas de funciones integradas para la
manipulación de datos a nivel más básico. En C++, además de poder usar las
bibliotecas de C, se puede usar la nativa STL
(Standard Template Library), propia del lenguaje. Proporciona una serie plantillas (templates) que permiten efectuar operaciones
sobre el almacenado de datos, procesado de entrada/salida.
Biblioteca de entrada y salida
Las clases basic_ostream y basic_stream, y los
objetos cout y cin,
proporcionan la entrada y salida estándar de datos (teclado/pantalla). También
está disponible cerr, similar
a cout, usado para la salida estándar de errores. Estas clases tienen
sobrecargados los operadores << y >>, respectivamente, con el
objeto de ser útiles en la inserción/extracción de datos a dichos flujos. Son
operadores inteligentes, ya que son capaces de adaptarse al tipo de datos que
reciben, aunque tendremos que definir el comportamiento de dicha entrada/salida
para clases/tipos de datos definidos por el usuario. Por ejemplo:
ostream& operator<<(ostream& fs,const Punto& punto)
{
return fs << punto.x << "," << punto.y;
}
De esta forma, para mostrar un
punto, solo habría que realizar la siguiente expresión:
//...
Punto p(4,5);
//...
cout << "Las coordenadas son: " << p << endl;
//...
Es posible formatear la
entrada/salida, indicando el número de dígitos decimales a mostrar, si los
textos se pasarán a minúsculas o mayúsculas, si los números recibidos están en
formato octal o hexadecimal, etc.
Fstreams
Tipo de flujo para el manejo de
ficheros. La definición previa de ostreams/istreams es aplicable a este apartado. Existen tres
clases (ficheros de lectura, de escritura o de lectura/escritura): ifstream,ofstream y fstream.
Como abrir un fichero:
(nombre_variable_fichero).open("nombre_fichero.dat/txt",ios::in);
para abrirlo en modo lectura.
(nombrevariablefichero).open("nombre_fichero.dat/txt",ios::out); para
abrirlo en modo escritura.
Ejemplo:
f.open("datos.txt",ios::in);
Como cerrar el fichero:
nombre_variable_fichero.close();
Ejemplo: f.close();
Leer un fichero:
1-Si es fichero de texto plano:
#include <fstream>
#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
ifstream entrada;
entrada.open("textoPlano.txt");
string unString;
while(entrada >> unString)
cout << "Lei: " << unString << endl;
return 0;
}
2-Si es un fichero binario(.dat);
nombre_variable_fichero.read((char*)&nombre_variable,sizeof(tipo_variable));
Ejemplo:
f.read((char*)&e,sizeof(int));
Escribir un fichero:
1-Si es fichero de texto(.txt):
nombrevariable<<"texto"; donde "texto" puede ser también una variable de cualquier tipo primitivo, o un string.
Ejemplo: f<<HOLA;
2-Si es un fichero binario(.dat);
nombre_variable_fichero.write((char*)&nombre_variable,sizeof(tipo_variable));
Ejemplo:
f.write((char*)&e,sizeof(int));
Pueden abrirse pasando al
constructor los parámetros relativos a la ubicación del fichero y el modo de
apertura:
Streams
Se destacan dos clases, ostringstream e istringstream. Todo lo
anteriormente dicho es aplicable a estas clases. Tratan a una cadena como si de
un flujo de datos se tratase. ostringstream permite elaborar una cadena de
texto insertando datos cual flujo, e istringstream puede extraer la información
contenida en una cadena (pasada como parámetro en su constructor) con el
operador
>>
. Ejemplos:ostringstream s;
s << nombre << "," << edad << "," << estatura << "," << punto(5,6) << endl;
cout << s.str();
istringstream s(cadena);
s >> nombre >> edad >> estatura >> p;
Contenedores
Son clases plantillas especiales
utilizadas para almacenar tipos de datos genéricos, sean cuales sean. Todos los
contenedores son homogéneos, es decir, una vez que se declaran para contener un
tipo de dato determinado, en ese contenedor, solo se podrán meter elementos de
ese tipo. Según la naturaleza del almacenado, disponemos de varios tipos:
·
Vectores: Se definen por
· vector<tipo_de_dato> nombre_del_vector;
Son arrays (o listas ordenadas)
que se redimensionan automáticamente al agregar nuevos elementos, por lo que se
le pueden agregar "teóricamente", infinitos elementos. Los vectores
nos permiten acceder a cualquier elemento que contenga, mediante el operador[].
Debe tenerse en cuenta que si se intenta acceder a una posición que excede los
límites del vector, este no hará ningún chequeo, por lo que se debe ser
cuidadoso al utilizar este operador. Para asegurar un acceso seguro al vector,
se puede utilizar el método at(int), que lanza una excepción de tipo
std::out_of_range en caso de que esto ocurra.
Para añadir elementos al final
del vector, se utiliza el método push_back(const T&). Por otro lado, para
eliminar un elemento del final del vector, se debe usar el método pop_back().
#include <vector> //libreria que contiene a la clase vector
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
vector<int> intVector; //crea un vector de enteros(sin elementos)
intVector.push_back(25); //agrega el entero 25 al vector
cout << "El primer elemento es: " << intVector.front() <<
" y mi vector tiene " << intVector.size() << " elementos." << endl; //imprime el primer elemento(retornado por el método front()
intVector.push_back(32); //agrego el entero 32 al vector
cout << "El primer elemento es: " << intVector[0] << endl; //imprime 25
intVector.pop_back(); //elimina el ultimo elemento del vector(osea 32)
cout << "Ahora tengo: " << intVector.size() << " elementos." << endl; //imprimirá 1
return 0;
}
·
Colas dobles: son parecidas a los
vectores, pero tienen mejor eficiencia para agregar o eliminar elementos en las
"puntas".
· deque<tipo_de_dato> nombre_de_la_cola;
Además de los métodos
push_back(const T&) y pop_back(), se agregan los métodos push_front(const
T&) y pop_front(), que realizan lo mismo que los ya explicados, pero en el
comienzo de la cola.
#include <deque> //libreria de deques
using namespace std;
int main() {
deque<int> intDeque;
intDeque.push_front(25);
intDeque.push_back(12);
while(intDeque.size())
intDeque.pop_back(); //borra todos los elementos
return 0;
}
·
Listas: Son eficientes a la hora
de agregar elementos. La diferencia con las colas dobles, es que son mas eficientes
para eliminar elementos que no estén en alguna de las "puntas"
· list<tipo_de_dato> nombre_de_la_lista;
·
Adaptadores de secuencia.
·
Contenedores asociativos: map y
multimap, que permiten asociar una "clave" con un "valor".
map no permite valores repetidos, mientras que multimap si.
map<tipo_de_llave, tipo_de_dato> nombre_del_map;
multimap<tipo_de_llave, tipo_de_dato> nombre_del_multimap;
#include <map> //libreria que contiene a map y multimap
#include <string> //libreria de strings
#include <iostream> //libreria de entrada/salida
using namespace std;
int main() {
map<int, string> intAString;
intAString[1] = "uno";
intAString[10] = "diez";
cout << "En intAString[1]: " << intAString[1] << endl;
cout << "En intAString[10]: " << intAString[10] << endl;
return 0;
}
·
Contenedores asociativos: set y
multiset, que ofrecen solamente la condición de "pertenencia", sin la
necesidad de garantizar un ordenamiento particular de los elementos que
contienen.
Iteradores
Pueden considerarse como una
generalización de la clase de "puntero". Un iterador es un tipo de
dato que permite el recorrido y la búsqueda de elementos en los contenedores.
Como las estructuras de datos (contenedores) son clases genéricas, y los
operadores (algoritmos) que deben operar sobre ellas son también genéricos
(funciones genéricas), Stepanov y sus colaboradores tuvieron que desarrollar el
concepto de iterador como elemento o nexo de conexión entre ambos. El nuevo
concepto resulta ser una especie de punteros que señalan a los diversos
miembros del contenedor (punteros genéricos que como tales no existen en el
lenguaje).
Algoritmos
Combinando la utilización de
templates y un estilo específico para denotar tipos y variables, la STL ofrece
una serie de funciones que representan operaciones comunes, y cuyo objetivo es
"parametrizar" las operaciones en que estas funciones se ven
involucradas de modo que su lectura, comprensión y mantenimiento, sean más
fáciles de realizar.
Un ejemplo es la función copy, la cual
simplemente copia variables desde un lugar a otro. Más estrictamente, copia los
contenidos cuyas ubicaciones están delimitadas por dos iteradores, al espacio
indicado por un tercer iterador. La sintaxis es:
copy (inicio_origen, fin_origen, inicio_destino);
De este modo, todos los datos que
están entre inicio_origen y fin_origen, excluyendo el dato ubicado en este
último, son copiados a un lugar descrito o apuntado por inicio_destino.
Un algoritmo muy importante que
viene implementado en la biblioteca STL, es el sort. El algoritmo sort, ordena
cualquier tipo de contenedor, siempre y cuando se le pasen como argumentos,
desde donde y hasta donde se quiere ordenarlo.
#include <vector>
#include <deque>
#include <algorithm>
int main() {
vector<int> intVector;
intVector.push_back(60);
intVector.push_back(12);
intVector.push_back(54); //para este momento, el vector tiene 60,12,54
sort(intVector.begin(), intVector.end()); //listo, array ordenado, ahora tiene 12,54,60
/*Notar que si en vez de un vector, fuese una deque, se ordenaria de la misma manera. */
}
Entre las funciones más conocidas
están swap (variable1, variable2), que
simplemente intercambia los valores de variable1 y variable2; max
(variable1, variable2) y su
símil min (variable1, variable2), que
retornan el máximo o mínimo entre dos valores; find
(inicio, fin, valor) que busca
valor en el espacio de variables entre inicio y fin; etcétera.
Los algoritmos son muy variados,
algunos incluso tienen versiones específicas para operar con ciertos iteradores
o contenedores, y proveen un nivel de abstracción extra que permite obtener un
código más "limpio", que "describe" lo que se está
haciendo, en vez de hacerlo paso a paso explícitamente.
C++11
El 12 de agosto del 2011, Herb Sutter,
presidente del comité de estándares de C++, informó la aprobación unánime del
nuevo estándar.2 La publicación del mismo se espera para algún
momento del 2011.
Entre las características del
nuevo estándar se pueden destacar:
·
Funciones lambda;
·
Referencias rvalue;
·
La palabra reservada auto;
·
Inicialización uniforme;
·
Plantillas con número variable de
argumentos.
Además se ha actualizado la biblioteca estándar del lenguaje.
Diferencias de tipos respecto a C
En C++, cualquier tipo de datos
que sea declarado
completo (fully
qualified, en inglés) se convierte en un tipo de datos único. Las
condiciones para que un tipo de datos T sea declarado
completo son a grandes rasgos las siguientes:
·
Es posible al momento de
compilación conocer el espacio asociado al tipo de datos (es decir, el compilador
debe conocer el resultado de sizeof(T)).
·
T Tiene al
menos un constructor, y un destructor, bien
declarados.
·
Si T es
un tipo compuesto, o es una clase derivada, o es la especificación de una
plantilla, o cualquier combinación de las anteriores, entonces las dos
condiciones establecidas previamente deben aplicar para cada tipo de dato
constituyente.
En general, esto significa que
cualquier tipo de datos definido haciendo uso de las cabeceras completas, es un
tipo de datos completo.
En particular, y, a diferencia de
lo que ocurría en C, los tipos
definidos por medio de struct o enum son tipos
completos. Como tales, ahora son sujetos a sobrecarga, conversiones
implícitas, etcétera.
Los tipos enumerados,
entonces, ya no son simplemente alias para tipos enteros, sino que son tipos de
datos únicos en C++. El tipo de datos bool,
igualmente, pasa a ser un tipo de datos único, mientras que en C funcionaba en
algunos casos como un alias para alguna clase de dato de tipo entero.
Entornos de desarrollo
Bajo
Microsoft Windows
·
Embarcadero CodeGear
·
Code::Blocks
·
Dev-C++
·
Visual
C++
·
wxDev-C++
·
Zinjai
Bajo
MacOS
·
Xcode
·
Zinjai
Bajo DOS
·
Turbo C,
reemplazado por C++Builder
Bajo
GNU/Linux
·
Code::Blocks
·
NetBeans
·
Eclipse
·
Geany
·
Zinjai
·
Kdevelop
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