FACULTAD DE INGENIERÍA E.A.P. E.A.P. INGENIERÍA DE SISTEMAS E INFORMÁTICA
MANUAL DEL CURSO:
Teoría de Lenguajes (Unidad I) Tema:
Introducción Introducción a la teoría de Lenguajes
Dictado por: DIANA CECILIA MUÑOZ CASANOVA M.S. en Ingeniería de Sistemas e Informática
CHIMBOTE – PERÚ 2007
CAPÍTULO I: HISTORIA DE LOS LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN 1.1. Introducci Introducción ón 1.2. Historia de los lenguajes de programación 1.3. Tendencias en los lenguajes de programación
2 3 7
CAPÍTULO II: EVOLUCIÓN DE LOS LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN 2.1. Evolución de los lenguajes de programación 2.1.1.Estructurados 2.1.1.Estructurados vs. No estructurados 2.1.2.1985-1990 2.1.2.1985 -1990 y el nacimiento nacimient o del xbase 2.1.3.Los primeros años, 1990-1995: las bases de datos relacionales 2.1.4.La segunda mitad, 1995-2000: la orientación a objetos 2.1.5.El fin de los lenguajes D.O.S. 2.1.6.2000 y más allá: lenguajes visuales 2.1.7.Una visión a la web y al futuro: html, perl, php, pithon, java y otros 2.2. Generaciones de lenguajes de programación 2.3. Tipos de lenguaje de programación según su campo de aplicación. 2.4. Tipos de lenguaje de programación en función al estilo de programar 2.5. Lenguaje Lenguajess imperativos imperativos 2.6. Lenguaje Lenguajess funcionale funcionaless 2.6.1.Concepto 2.6.1.Concepto matemático de función. 2.6.2.Concepto 2.6.2.Concepto de lenguajes funcionales. 2.6.3.Categorías de lenguajes funcionales. 2.6.4.Problemas del modelo imperativo 2.7. Lenguajes lógicos (declarativos) 2.8. Lenguajes orientados a objetos 2.9. Lenguaje Lenguajess con concurren concurrencia cia 2.10.Evolución de los lenguajes de programación declarativos 2.11.Evolución 2.11.Evolución de los lenguajes de programación orientado a objetos objetos e Imperativos
11 11 11 12 12 13 13 14 15 15 16 16 18 18 19 20 20 22 26 27 29 30
CAPÍTULO III: CONCEPTOS EN LOS LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN 3.1. ¿Qué es lo que constituye un buen lenguaje? 3.1.1.Atributos de un buen lenguaje 3.1.2.Estandarización 3.1.2.Estandarización de los lenguajes 3.2. Sintaxis de lenguajes de programación 3.3. Tipos Tipos de datos 3.4. Abstracci Abstracción ón 3.5. Abstracci Abstracción ón en programac programación ión 3.6. Clases Clases de abstracció abstracciónn 3.6.1.Abstracción 3.6.1.Abstracción de control 3.6.2.Abstracción 3.6.2.Abstracción de datos.
31 31 32 32 33 34 34 35 35 37
3.7. Tipos abstractos de datos (TADS) (TADS) 3.8. Lenguajes de programación y TADS 3.9. Lenguajes de programación que deberías aprender 3.9.1.PHP 3.9.2.C# 3.9.3.AJAX 3.9.4.Javascript 3.9.5.PERL 3.9.6.C41 3.9.7.Ruby y ruby on rails 3.9.8.ASP
37 37 39 39 39 40 40 41 41 42
CAPÍTULO IV: LENGUAJES DE BAJO, MEDIO Y ALTO NIVEL 4.1. Introducci Introducción ón 4.2. Lenguaje Lenguajess de bajo nivel nivel 4.2.1.Lenguaje 4.2.1.Lenguaje máquina. 4.2.2.Ensamblador. ensamblad or A) Ventajas del lenguaje ensamblador B) Desventajas del lenguaje ensamblador 4.3. Lenguaje Lenguajess de medio nivel 4.4. Lenguaje Lenguajess De Alto Nivel 4.5. Generadores de aplicaciones o 4º nivel
43 43 44 44 45 48 49 52 53
CAPÍTULO V: ELEMENTOS DE UN LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN 5.1. Elementos sintácticos de un lenguaje 5.2. Tipos Tipos de datos 5.3. Notacione Notacioness de expresio expresiones nes 5.4. Propiedad asociativa y precedencia 5.5. Representación de árbol para expresiones 5.6. Evaluació Evaluaciónn de expresio expresiones nes 5.6.1.Evaluación 5.6.1.Evaluación mediante la reconstrucción de un árbol 5.6.2.Evaluación 5.6.2.Evaluación mediante una pila A) Algoritmo para transformar una notación infija a postfija priori dades. B) Tabla de prioridades. C) Algoritmo (pseudocódigo) (pseudocódigo)
54 55 56 56 57 57 57 58 58 60 60
CAPÍTULO I: HISTORIA DE LOS LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN 1.1. INTRODUCCIÓN Una computadora es una máquina que solo comprende las instrucciones que se le den en un determinado formato. Cada máquina reconoce y ejecuta un número de instrucciones diferentes que se agrupan en los distintos lenguajes de programación. Un lenguaje de programación es un conjunto limitado de palabras y de símbolos que representan procedimientos, cálculos, decisiones y otras operaciones que pueden ejecutar una computadora. A pesar de que en este trabajo parte de la división de lenguajes de programación en imperativos y declarativos (los cuales a su vez se dividen en numerosos subgrupos), la clasificación más común y básica que suele hacerse de los lenguajes de programación es la que los divide en lenguajes de bajo y de alto nivel. Los lenguajes de programación de bajo nivel fueron los primeros que surgieron y se llaman así porque están directamente relacionados con el hardware del computador, es decir, el usuario introduce una serie de códigos numéricos que la máquina va a interpretar como instrucciones. Para usar este lenguaje, el programador tenía que conocer el funcionamiento de la máquina al más bajo nivel y los errores de programación eran muy frecuentes. Los lenguajes de alto nivel surgieron con posterioridad con el primer compilador de FORTRAN (FORmula TRANslation), que, como su nombre indica, inició como un "simple" esfuerzo de traducir un lenguaje de fórmulas, al lenguaje ensamblador y por consiguiente al lenguaje de máquina, facilitando la labor a los programadores. A partir de FORTRAN, se han desarrollado innumerables lenguajes, que siguen el mismo concepto: facilitar la vida al programador, aumentando la productividad. Estos lenguajes usan un número reducido de instrucciones (normalmente en inglés) que siguen unas estrictas reglas gramaticales que se conocen como sintaxis del lenguaje. Pero aunque el programador de esta forma se distancie del hardware del computador, este sigue trabajando en lenguaje máquina. Por ello se hace necesaria una traducción a una
secuencia de instrucciones interpretables por el computador. Esta labor es llevada a cabo por los compiladores y los intérpretes. El compilador es un programa que se encarga de la traducción global del programa realizado por el usuario. Esta operación recibe el nombre de compilación. El programa es traducido completamente antes de que se ejecute, por lo que la ejecución se realiza en un periodo muy breve. El intérprete por el contrario lleva a cabo una traducción inmediata en el momento de la ejecución, es decir, irá ejecutando las instrucciones una a una haciendo que el proceso requiera un periodo de tiempo sensiblemente mayor del que necesitaría un compilador. Los intérpretes son usados para traducir programas de alta dificultad de implementación, en estos casos, las órdenes a traducir son de tal complejidad que no merece la pena crear un compilador ya que este también tendría que ser de una complejidad por encima de lo normal. Hay que mencionar la existencia de lenguajes que combinan características de los de alto nivel y los de bajo nivel (es decir, Ensamblador). Un ejemplo es C: contiene estructuras de programación de alto nivel; sin embargo, fue diseñado con muy pocas instrucciones, las cuales son sumamente sencillas, fáciles de traducir al lenguaje de la máquina; y requiere de un entendimiento apropiado de cómo funciona la máquina, el uso de la memoria, etcétera. Por ello, algunos consideran a lenguajes como C (que fue diseñado para hacer sistemas operativos), lenguajes de nivel medio, si bien, son considerados mayoritariamente de bajo nivel.
1.2. HISTORIA DE LOS LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN Los primeros lenguajes de programación surgieron de la idea de Charles Babagge, la cual se le ocurrió a este hombre a mediados del siglo XIX. Era un profesor matemático de la universidad de Cambridge e inventor ingles, que la principio del siglo XIX predijo muchas de las teorías en que se basan los actuales ordenadores. Consistía en lo que él denominaba la maquina analítica, pero que por motivos técnicos no pudo construirse hasta mediados del siglo XX. Con él colaboro Ada Lovedby, la cual es considerada como la primera programadora de la historia, pues realizo programas para aquélla supuesta maquina de Babagge, en tarjetas perforadas. Como la maquina no llego nunca a construirse, los programas de Ada, lógicamente, tampoco llegaron a ejecutarse, pero si suponen un punto de partida
de la programación, sobre todo si observamos que en cuanto se empezó a programar, programar, los programadores utilizaron las técnicas diseñadas por Charles Babagge, y Ada, que consistían entre otras, en la programación mediante tarjetas perforadas. A pesar de ello, Ada ha permanecido como la primera programadora de la historia. Se dice por tanto que estos dos genios de antaño, se adelantaron un siglo a su época, lo cual describe la inteligencia de la que se hallaban dotados. En 1823 el gobierno Británico lo apoyo para crear el proyecto de una máquina de diferencias, un dispositivo mecánico para efectuar sumas repetidas. Pero Babagge se dedico al proyecto de la máquina analítica, abandonando la maquina de diferencias, que se pudiera programar con tarjetas perforadas, gracias a la creación de Charles Jacquard (francés). Este hombre era un fabricante de tejidos y había creado un telar que podía reproducir automáticamente patrones de tejidos, leyendo la información codificada en patrones de agujeros perforados en tarjetas de papel rígido. Entonces Babagge intento crear la máquina que se pudiera programar con tarjetas perforadas para efectuar cualquier cálculo con una precisión de 20 dígitos. Pero la tecnología de la época no bastaba para hacer realidad sus ideas. Si bien las ideas de Babagge no llegaron a materializarse de forma definitiva, su contribución es decisiva, ya que los ordenadores actuales responden a un esquema análogo al de la máquina analítica. En su diseño, la máquina constaba de cinco unidades básicas: 1) Unidad Unidad de entrada, entrada, para para introduc introducir ir datos e instru instruccion cciones. es. 2) Memoria, Memoria, donde donde se almacenab almacenaban an datos datos y resultados resultados intermed intermedios. ios. 3) Unidad Unidad de control, control, para regular regular la secuencia secuencia de ejecución ejecución de las operacion operaciones. es. 4) Unidad Unidad Aritméti Aritmético-Ló co-Lógica, gica, que que efectúa efectúa las operacio operaciones. nes. 5) Unidad Unidad de salida, salida, encarga encargada da de comunica comunicarr al exterior los resulta resultados. dos. Charles Babbage, conocido como el "padre de la informática" no pudo completar en aquella época la construcción del computador que había soñado, dado que faltaba algo fundamental: la electrónica. El camino señalado de Babbage, no fue nunca abandonado y siguiéndolo, se construyeron las primeras computadoras. Al desarrollarse las primeras computadoras electrónicas, se vio la necesidad de programarlas, es decir, decir, de almacenar en memoria la información sobre la tarea que que iban iban a ejecut ejecutar ar.. Las primer primeras as se usaba usabann como como calcul calculado adoras ras simple simples; s; se les indicaban los pasos de cálculo, uno por uno.
John Von Neumann desarrolló el modelo que lleva su nombre, para describir este concepto de "programa almacenado". En este modelo, se tiene una abstracción de la memoria como un conjunto de celdas, que almacenan simplemente números. Estos números pueden representar dos cosas: los datos, sobre los que va a trabajar el programa; o bien, el programa en sí. ¿Cómo es que describimos un programa como números? Se tenía el problema de representar las acciones que iba a realizar la computadora, y que la memoria, al estar compuesta por switches correspondientes al concepto de bit, solamente nos permitía almacenar números números binarios. La solución que se tomó fue la siguiente: a cada acción que sea capaz de realizar nuestra computadora, asociarle un número, que será su código de operación (opcode). Por ejemplo, una calculadora programable simple podría asignar los opcodes: 1 = SUMA, 2 = RESTA, 3 = MULTIPLICA, 4 = DIVIDE. Supongamos que queremos realizar la operación 5 * 3 + 2, en la calculadora descrita arriba. En memoria, podríamos "escribir" el programa de la siguiente forma: forma: Locali Localidad dad Opc Opcode ode Signif Significa icado do Coment Comentari arioo 0 5 5 En esta esta locali localidad dad,, tenemos el primer número de la fórmula 1 3 * En esta localidad, tenemos el opcode que representa la multiplicación. 2 3 3 En esta localidad, tenemos el segundo número de la fórmula 3 1 + En esta localidad, tenemos el opcode que representa la suma. 4 2 2 En esta localidad, tenemos el último número de la fórmul fórmula. a. Podemo Podemoss ver ver que que con esta esta repres represen entac tación ión,, es simple simple expre expresar sar las operaciones de las que es capaz el hardware (en este caso, nuestra calculadora imaginaria), en la memoria. La descripción y uso de los opcodes es lo que llamamos lenguaje de máquina. Es decir, la lista de códigos que la máquina va a interpretar como instrucciones, describe las capacidades de programación que tenemos de ella; es el lenguaje más primitivo, depende directamente del hardware, y requiere del programador que conozca el funcionamiento de la máquina al más bajo nivel. Los lenguajes más primitivos fueron los lenguajes de máquina. Esto, ya que el hardware se desarrolló antes del software, y además cualquier software finalmente tiene que expresarse en el lenguaje que maneja el hardware. La programación en esos momentos era sumamente tediosa, pues el programador tenía que "bajarse" al nivel de la máquina y decirle, paso a pasito, cada punto de la
tarea que tenía que realizar. Además, debía expresarlo en forma numérica; y por supuesto, este proceso era propenso a errores, con lo que la productividad del programador era muy limitada. Sin embargo, hay que recordar que en estos momentos, simplemente aún no existía alternativa. El primer gran avance que se dio, fue la abstracción dada por el Lenguaje Ensamblador, y con él, el nacimiento de las primeras herramientas automáticas para generar el código máquina. Esto redujo los errores triviales, t riviales, como podía ser el número que correspondía a una operación, que son sumamente engorrosos y difíciles de detectar, pero fáciles de cometer. Sin embargo, embargo, aún aquí es fácil para el programador perderse y cometer errores de lógica, pues debe bajar al nivel de la forma en que trabaja el CPU, y entender bien todo lo que sucede dentro de él. Con el desarrollo en los 50s y 60s de algoritmos de más elevado nivel, y el aumento de poder del hardware, empezaron a entrar al uso de computadoras científicos de otras ramas; ellos conocían mucho de Física, Química y otras ramas similares, pero no de Computación, y por supuesto, les era sumamente complicado trabajar con lenguaje Ensamblador en vez de fórmulas. Así, nació el concepto de Lenguaje de Alto Nivel, con el primer compilador de FORTRAN (FORmula TRANslation), que, como su nombre indica, inició como un "simple" esfuerzo de traducir un lenguaje de fórmulas, al lenguaje ensamblador y por consiguiente al lenguaje de máquina. A partir de FORTRAN, se han desarrollado innumerables lenguajes, que siguen el mismo concepto: buscar la mayor abstracción posible, y facilitar la vida al programador, aumentando la productividad, encargándose los compiladores o intérpretes de traducir el lenguaje de alto nivel, al lenguaje de computadora. Hay que notar la existencia de lenguajes que combinan características de los de alto nivel y los de bajo nivel (es decir, Ensamblador). El ejemplo mas apropiado podría ser el lenguaje C ya que puede acceder a los registros del sistema, trabajar con direcciones de memoria, todas ellas características de lenguajes de bajo nivel y a la vez realizar operaciones de alto nivel.
1.3. TENDENCIAS EN LOS LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN El estudio de los lenguajes de programación agrupa tres intereses diferentes; el del programador profesional, el del diseñador del lenguaje y del Implementador del lenguaje. Además, estos tres trabajos han de realizarse dentro de las ligaduras y capacidades de la organización de una computadora y de las limitaciones fundamentales de la propia "calculabilidad".
El termino "el programador " es un tanto amorfo, en el sentido de que camufla importantes diferencias entre distintos niveles y aplicaciones de la programación. Claramente el programador que ha realizado un curso de doce semanas en COBOL y luego entra en el campo del procesamiento de datos es diferente del programador que escribe un compilador en Pascal, o del programador que diseña un experimento de inteligencia artificial en LISP, o del programador que combina sus rutinas de FORTRAN para resolver un problema de ingeniería complejo, o del programador que desarrolla un sistema operativo multiprocesador en ADA.
El "diseñador del lenguaje " es también un termino algo nebuloso. Algunos lenguajes (como APL y LISP) fueron diseñados por una sola persona con un concepto único, mientras que otros (FORTRAN y COBOL) son el producto de desarrollo de varios años realizados por comités de diseño de lenguajes.
El "Implementador del lenguaje " es la persona o grupo que desarrolla un compilador o interprete para un lenguaje sobre una maquina particular o tipos de maquinas. Mas frecuentemente, el primer compilador para el lenguaje Y sobre la maquina X es desarrollada por la corporación que manufactura la maquina X. Por ejemplo, hay varios compiladores de Fortran en uso; uno desarrollado por IBM para una maquina IBM, otro desarrollado por DEC para una maquina DEC, otro por CDC, y así sucesivamente. Las compañías de software también desarrollan compiladores y también lo hacen los grupos de investigación de las universidades
Hay también muchos aspectos compartidos entre los programadores, diseñadores de un lenguaje implementadores del mismo. Cada uno debe comprender las necesidades y ligaduras que gobiernan las actividades de los otros dos.
Hay, al menos, dos formas fundamentales desde las que pueden verse o clasificarse los
lenguajes de programación: por su nivel y por principales
aplicaciones. Además, estas visiones están condicionadas por la visión histórica por la que ha transcurrido el lenguaje Los "Lenguajes Declarativos" son los más parecidos al castellano o ingles en su potencia expresiva y funcionalidad están en el nivel mas alto respecto a los otros. Son fundamentalmente lenguajes de ordenes, dominados por sentencias que expresan "Lo que hay que hacer" en ves de "Como hacerlo". Los lenguajes de " Alto Nivel" son los mas utilizados como lenguaje de programación. Aunque no son fundamentalmente declarativos, estos lenguajes permiten que los algoritmos se expresen en un nivel y estilo de escritura fácilmente legible y comprensible por otros programadores. Los "Lenguajes Ensambladores" y los "Lenguajes Maquina" son dependientes de la maquina. Cada tipo de maquina, tal como VAX de digital, tiene su propio lenguaje maquina distinto y su lenguaje ensamblador asociado. El lenguaje Ensamblador es simplemente una representación simbólica del lenguaje maquina asociado, lo cual permite una programación menos tediosa que con el anterior. La programación de un lenguaje de alto nivel o en un lenguaje ensamblador requiere, por tanto, algún tipo de interfaz con el lenguaje maquina para que el programa pueda ejecutarse. Las tres interfaces mas comunes: un "ensamblador" , un "compilador" y un "interprete". El ensamblador y el compilador traduce el programa a otro equivalente en el lenguaje X de la maquina "residente" como un paso separado antes de la ejecución. Por otra parte, el interprete ejecuta directamente las instrucciones en un lenguaje Y de alto nivel, sin un paso de procesamiento previo. Algunos lenguajes son lenguajes principalmente interpretados, como APL, PROLOG y LISP. El resto de los lenguajes -- Pascal, FORTRAN, COBOL, PL/I, SNOBOL, C, Ada y Modula-2 – son normalmente lenguajes compilados. En algunos casos, un compilador estará utilizable alternativamente para un lenguaje interpretado (tal como LISP) e inversamente (tal como el interprete SNOBOL4 de los laboratorios Bell). Frecuentemente la interpretación es preferible a la compilación en un entorno de programación experimental o de educación, donde cada nueva ejecución de un programa implicado un cambio en el propio texto del programa. La calidad de diagnosis y depuración que soportan los lenguajes interpretados es generalmente mejor que la de los lenguajes compilados, puesto que los mensajes de error se refieren directamente a sentencias del texto del programa original. Además, la ventaja de la eficiencia que se adjudica tradicionalmente a los lenguajes compilados frente a los interpretados puede pronto ser
eliminado, debido a la evolución de las maquinas cuyos lenguajes son ellos mismos1lenguajes de alto nivel. Como ejemplo de estos están las nuevas maquinas LISP, las cuales han sido diseñadas recientemente por Symbolics y Xerox Corporations. Los lenguajes de Programación son tomados de diferentes perspectivas. Es importante para un programador decidir cuales conceptos emitir o cuales incluir en la programación. Con frecuencia el programador es osado a usar combinaciones de conceptos que hacen al lenguaje "DURO" de usar, de entender e implementar. Cada programador tiene en mente un estilo particular de programación, la decisión de incluir u omitir ciertos tipos de datos que pueden tener una significativa influencia en la forma en que el Lenguaje es usado, la decisión de usar u omitir conceptos de programación o modelos. Existen cinco estilo de programación y son los siguientes:
1. Imperativa : Entrada, procesamiento y salidas de Datos. 2. Funcional : "Funciones", los datos son funciones, los resultados pueden ser un valor o una función.
3. Lógico : {T,F} + operaciones lógicos (Inteligencia Artificial). 4. Orientados a Objetos: Clases, encapsulamiento de datos Herencia de datos, polimorfismo
5. Concurrente. El programador, diseñador e implementador de un lenguaje de programación deben comprender la evolución histórica de los lenguajes para poder apreciar por que presentan características diferentes. Por ejemplo, los lenguajes "mas jóvenes" desaconsejan (o prohiben) el uso de las sentencias GOTO como mecanismo de control inferior, y esto es correcto en el contexto de las filosofías actuales de ingeniería del software y programación estructurada. Pero hubo un tiempo en que la GOTO, combinada con la IF, era la única estructura de control disponible; el programador no dispone de algo como la construcción WHILE o un IF-THEN-ELSE para elegir. Por tanto, cuando se ve un lenguaje como FORTRAN, el cual tiene sus raíces en los comienzos de la historia de los lenguajes de programación, uno no debe sorprenderse de ver la antigua sentencia GOTO dentro de su repertorio. Lo mas importante es que la historia nos permite ver la evolución de familias de lenguajes de programación, ver la influencia que ejercer las arquitecturas y aplicaciones de las computadoras sobre el diseño de lenguajes y evitar futuros defectos de diseño aprendido las lecciones del pasado. Los que estudian se han elegido debido a su mayor influencia y amplio uso entre los programadores, así como por sus distintas características de diseño e implementacion. Colectivamente cubren los aspectos más importantes con los
que ha de enfrentarse el diseñado de lenguajes y la mayoría de las aplicaciones con las que se enfrenta el programador. También varios lenguajes están prefijados por las letras ANSI. Esto significa que el American National Standards Institute ha adoptado esa versión del lenguaje como el estándar nacional. Una vez que un lenguaje esta estandarizado, las maquinas que implementan este lenguaje deben cumplir todas las especificaciones estándares, reforzando así el máximo de transportabilidad de programas de una maquina a otra. La policía federal de no comprar maquinas que no cumplan la versión estándar de cualquier lenguaje que soporte tiende a "fortalecer" el proceso de estandarizacion, puesto que el gobierno es, con mucho, el mayor comprador de computadoras de la nación. Finalmente, la notación algebraica ordinaria, por ejemplo, influyo fuertemente en el diseño de FORTRAN y ALGOL. Por otra parte, el ingles influyo en el desarrollo del COBOL. El lambda calculo de Church dio los fundamentos de la notación funcional de LISP, mientras que el algoritmo de Markov motivo el estilo de reconocimiento de formas de SNOBOL. La arquitectura de computadoras de Von Neumann, la cual fue una evolución de la maquina mas antigua de Turing, es el modelo básico de la mayoría de los diseños de computadoras de las ultimas tres décadas. Esta maquina no solo influyeron en los primeros lenguajes sino que también suministraron el esqueleto operacional sobre el que evoluciono la mayoría de la programación de sistemas. Una discusión mas directa de todos estos primeros modelos no están entre los objetivos de este texto. Sin embargo, es importante apuntar aquí debido a su fundamental influencia en la evolución de los primeros lenguajes de programación, por una parte, y por su estado en el núcleo de la teoría de la computadora, por otra. Mas sobre este punto, cualquier algoritmo que pueda describirse en ingles o castellano puede escribirse igualmente como una maquina de Turing (maquina de Von Neumann), un algoritmo de Markov o una función recursiva. Esta sección, conocida ampliamente como "tesis de Church", nos permite escribir algoritmos en distintos estilos de programación (lenguajes) sin sacrificar ninguna medida de generalidad, o potencia de programación, en la transición.
CAPÍTULO II: EVOLUCIÓN DE LOS LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN 2.1. EVOLUCIÓN DE LOS LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN 2.1.1.ESTRUCTURADOS VS. NO ESTRUCTURADOS A partir de C el gran lenguaje, y Pascal; se dividen los lenguajes en estructurados (aquellos que en su codificación usaban una estructura jerárquica de procedimientos y funciones), en contraposición a los lenguajes no estructurados como el Basic cuya codificación se basaba en líneas de programación, permitiendo al programador "saltar" de una línea de instrucción a otra, haciendo que el código fuera algunas veces inentendible y muy difícil de mantener (modificar) porque no seguía una estructura. Basic de todos modos evolucionó, primero con el ahora primitivo GW Basic, teniendo su máxima expresión con el Quick Basic del D.O.S. 5.0, el cual ya incluía algunos conceptos mas de avanzada y más "aggiornados" a lo que eran sus contrapartes estructuradas.
2.1.2.1985-1990 Y EL NACIMIENTO DEL XBASE DBase fue el gran desarrollo para base de datos de los años 80. Bajo la batuta de la firma Ashton Tate, empresa que dio origen a un interprete de bases de datos muy sencillo y poderoso: dBbase II. Luego vinieron el dBase III+ que hizo furor, y la etapa de la decadencia para dBase: el dBase IV, ya bajo la dirección de Borland. Así surgió el gran compilador Clipper, de Nantucket Corp., en su versión Autumm 86 que permitía generar ejecutables libres de royalties y sin runtimes, incluso tomando en forma directa el código dBase. Pero no solo era eso, proveia cientos de comandos y funciones para potenciar al dBase. Al ver el éxito de dBase y Clipper, surgió la empresa Fox Software que desarrollo el FoxBase (un clon de dBase III+) y supero al "maestro" con su versión Fox Plus, pero aun así, nunca pudo superar a Clipper ya que siempre lidio con su política de necesitar de runtimes para su ejecución, cosa que Clipper nunca necesitó.
2.1.3.LOS PRIMEROS AÑOS, 1990-1995: LAS BASES DE DATOS RELACIONALES A principios de la década pasada, se nota la evolución de los lenguajes de programación. En forma profesional y aplicaciones de alto nivel, el lenguaje preferido era C. Para el aprendizaje se usaba Pascal, que permitía inculcar el concepto de programación estructurada. También Basic, era un lenguaje utilizado, no en pocas ocasiones en forma profesional, aunque con ciertas limitaciones; su reinado estuvo en los años 80. En lenguaje C, fue y todavía es el gran artífice de la computación actual. A partir de el se desarrollaron compiladores que realmente constituían otros lenguajes de programación. Es decir un lenguaje que crea otros lenguajes. Tal es el caso de la estrella de la primera mitad de la década pasada: Clipper de Nantucket Corp., el gran compilador de lenguaje Xbase. Clipper fue criticado por los profesionales de la programación quienes aducían que no era un lenguaje, sino un simple compilador nacido de la necesidad de aligerar la ejecución de código del Interprete que le dio su origen, es decir el dBase. Pero realmente Clipper, gracias a llevar dentro su código un corazón de lenguaje C, fue muy fácil de utilizar y alcanzo gran popularidad. Se desarrollaron librería externas, y con la programación al estilo C a partir de su versión 5.0 y la inclusión de objetos, se convirtió en uno de los favoritos de la programación administrativa, junto con Pascal. Todos los lenguajes Xbase se basaban en el concepto de bases de datos relacionales, es decir la agrupación de la información en forma de tablas, denominadas campos y registros, cada uno de ellos preformateados para recibir cierto tipo de dato (ej: fechas, caracteres, números, valores lógicos, etc.); pudiendo "unir" diferentes bases por medio de campos comunes.
2.1.4.LA SEGUNDA MITAD, 1995-2000: LA ORIENTACIÓN A OBJETOS A medida que los años van pasando el concepto de Bases relacionales empieza a decaer relativamente, surge entonces una variante que se aplica a todos los lenguajes: La orientación a objetos. Ya no solo se habla de programación estructurada, sino que los módulos de programación son vistos como objetos, las estructuras representan objetos y/o funciones que se adaptan en forma
general a procesos específicos es la maximización de la programación modular. El modelo de objetos engloba los conceptos de encapsulación, herencia y poliformismo, el cual se aplica a los datos y al tipo de bases de datos que almacena la información. La orientación a objetos significa la agrupación de entidades de datos de forma global, de tal manera que puedan ser interpretados de una forma común por una misma estructura de programación.
2.1.5.EL FIN DE LOS LENGUAJES D.O.S. Windows 95 marca el comienzo del fin de la programación D.O.S. y por lo tanto de los lenguajes basados en este. Este proceso no fue enérgico, todavía hoy, estamos viviendo esta etapa. Todavía hay numerosos y excelentes sistemas desarrollados bajo entorno D.O.S. ejecutándose pero cada vez son los menos. Veamos que hicieron los lenguajes D.O.S. para mantenerse en el mercado: Clipper trato de evolucionar hacia Windows bajo la batuta de Computer Associates con el nombre de Visual Objects, el cual fue un fracaso. Al igual que Visual Dbase 5.0 bajo la órbita de Borland. Los únicos "sobrevivientes" al menos en esencia son Visual Fox (Microsoft), Visual Basic (Microsoft), Delphi (Borland) y Visual C (Microsoft)
2.1.6.2000 Y MÁS ALLÁ: LENGUAJES VISUALES Con al llegada de Windows todo es Visual, todo es iconos, todo es botones, todo es Ventanas. Para programar en lenguajes visuales, primero hay que comprender lo que es Windows. La forma de programar los sistemas evolucionó radicalmente. Con Windows es preciso programar conservando las convenciones del mismo, guardando sus características y funcionalidades. Los sistemas hechos para Windows, deben ser tan Windows como el propio sistema operativo. La forma de programar se basa en objetos, cada uno de los cuales tiene sus Propiedades y funciones. Se basa en la programación de eventos para dichos objetos. Otro detalle es que la programación se basa en componentes (OLE, OCX, ActiveX), los cuales reducen notablemente el trabajo de la
programación al proporcionar herramientas antes impensadas en la programación D.O.S. Todos los lenguajes visuales ofrecen RAD (Rapid Aplication Development) o Wizzards; con lo cual comenzaron a prometer hacer aplicaciones en poco tiempo, incluso para inexpertos. Lejos estaban ya los tiempos en que programar era solo usar un simple editor de textos. Ahora las herramientas de programación son poderosas. Son casi un sistema operativo, por asi decirlo; con entornos de desarrollo avanzado y excelentes Debuggers. Las incursiones cada vez mas innovadoras de Microsoft parecen imponer a la web como el centro de desarrollo de aplicaciones: Microsoft .NET
2.1.7.UNA VISIÓN A LA WEB Y AL FUTURO: HTML, PERL, PHP, PITHON, JAVA Y OTROS Internet ha sido el disparador de nuevos lenguajes tales como el HTML que es el lenguaje de programación de las páginas WEB para hipertexto. El mismo constituye una codificación bastante simple, basada en marcadores (TAGs). De la misma manera, cuando se hace necesario proveer de funciones adicionales a un servicio web se recurre a Perl o a Pithon que son lenguajes que nos permiten escribir scripts para ser alojados en los servidores a efectos de proveer contadores, estadísticas, rankings, etc. Por otra parte Java, bajo la dirección de SUN, constituye la idea de la programación abierta y universal para las aplicaciones de escritorio, pero todavía los estándares visuales (C, Basic y Delphi), son demasiado poderosos como para desplazarlos, a pesar de que Java promete también ser un lenguaje de excelentes prestaciones. Las nuevas tecnologías WEB inundan el mercado: PHP, ASP, XML, DHTML, XHTML, AJAX lo cual enriquecen la forma de manejar la información y su presentación al usuario final.
2.2. GENERACIONES DE LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN La evolución de los lenguajes de programación se puede dividir en 5 etapas o generaciones.
1. Primera generación: lenguaje maquina. 2. Segunda generación: se crearon los primeros lenguajes ensambladores. 3. Tercera generación: se crean los primeros lenguajes de alto nivel. Ej. C, Pascal, Cobol…
4. Cuarta generación. Son los lenguajes capaces de generar código por si solos, son los llamados RAD, con lo cuales se pueden realizar aplicaciones sin ser un experto en el lenguaje. Aquí también se encuentran los lenguajes orientados a objetos, haciendo posible la reutilización d partes del código para otros programas.
5. Quinta generación: aquí se encuentran los lenguajes orientados a la inteligencia artificial.. Ej. PROLOG
2.3. TIPOS DE LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN SEGÚN SU CAMPO DE APLICACIÓN.
Aplicaciones científicas. En este tipo de aplicaciones predominan las operaciones numéricas o matriciales propias de algoritmos matemáticos. Lenguajes adecuados son FORTRAN y PASCAL
Aplicaciones en procesamiento de datos. En estas aplicaciones son frecuentes las operaciones de creación, mantenimiento y consulta sobre ficheros y bases de datos. Dentro de este campo estarían aplicaciones de gestión empresarial, como programas de nominas, contabilidad facturación, control de inventario, etc. Lenguajes aptos para este tipo de aplicaciones son COBOL y SQL.
Aplicaciones de tratamiento de textos. Estas aplicaciones están asociadas al manejo de textos en lenguaje natural. Un lenguaje muy adecuado para este tipo de aplicaciones es el C.
Aplicaciones en inteligencia artificial. Dentro de este campo, destacan las aplicaciones en sistemas expertos, juegos, visión artificial, robótica. Los lenguajes más populares dentro del campo de la inteligencia artificial son LISP y PROLOG
Aplicaciones de programación de sistemas. En este campo se incluirían la programación de software de interfaz entre el usuario y el hardware, como son los módulos de un sistema operativo y los traductores. Tradicionalmente para estas aplicaciones se utilizaba el Ensamblador, no obstante en la actualidad se muestran muy adecuados los lenguajes ADA, MODULA-2 y C.
Lenguajes de Internet. HTML, JAVA, Perl, PHP, etc
2.4. TIPOS DE LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN EN FUNCIÓN AL ESTILO DE PROGRAMAR
Lenguajes imperativos
Lenguajes funcionales
Lenguajes lógicos (declarativos)
Lenguajes orientados a objetos
Lenguajes con concurrencia
2.5. LENGUAJES IMPERATIVOS En este tipo de lenguajes, cuyo origen está ligado a la propia arquitectura de von Neumann, la arquitectura consta de una secuencia de celdas, llamadas memoria, en la cual se pueden guardar en forma codificada, lo mismo datos que instrucciones; y de un procesador, el cual es capaz de ejecutar de manera secuencial una serie de operaciones, principalmente aritméticas y booleanas, llamadas comandos. En general, un lenguaje imperativo ofrece al programador conceptos que se traducen de forma natural al modelo de la máquina.Los
lenguajes imperativos más destacados de la historia han sido: FORTRAN, Algol,
Pascal, C, Modula-2, Ada El programador, al utilizar un lenguaje imperativo, por lo general tiene que traducir la solución abstracta del problema a términos muy primitivos, cercanos a la máquina. La distancia entre el nivel del razonamiento humano y lo expresable por los lenguajes imperativos causa que sus programas sean más "comprensibles" para la máquina que para el hombre. Esta desventaja para nosotros, reflejada en la dificultad que tenemos al construir programas en un lenguaje imperativo, se vuelve una ventaja en el momento de la generación del código. El programa está expresado en términos tan cercanos a la máquina, que el código generado es relativamente parecido al programa original, lo que permite cierta eficiencia en la ejecución.
Ejemplo: Este sería el código de un programa que determina el factorial de un número en un lenguaje imperativo inventado: procedimiento factorial(entero n){ entero resultado = 1; mientras (n > 0) { resultado = resultado * n; n = n - 1; } devuelve resultado; } Este procedimiento (o función) recibe un número entero n. Declara una variable resultado que será el resultado final a devolver. Inicialmente, tiene como valor el 1. Después llega una estructura de control denominada bucle, que se ejecuta mientras la condición expresada entre los paréntesis (n > 0) sea cierta. Dentro del bucle se multiplica la variable resultado por n y el valor se deja de nuevo en resultado. La siguiente sentencia (n = n - 1) es necesaria para ir haciendo el factorial, así como para salir en algún momento del bucle. Por último, tras salir del bucle ya podemos devolver el valor final, que estará en la variable resultado. Nótese que, si en un principio, la variable n es 0, no se entrará en el bucle al no ser
cierta la condición, por lo que pasaría directamente a devolver la variable resultado, que tiene valor inicial 1 (0! = 1).
2.6. LENGUAJES FUNCIONALES 2.6.1.CONCEPTO MATEMÁTICO DE FUNCIÓN. Puede ser definida como una correspondencia entre dos variables, una llamada variable dependiente y otra llamada variable dependiente. Veamos la siguiente notación:
y = f(x) Donde: y: Es la variable dependiente de la función. Se le llama dependiente porque para que pueda tomar un valor, depende de los valores que pueda tomar la variable x. También podemos decir que “ y esta en función de x”.
x: Es la variable independiente de la función. Se dice que es independiente ya que puede tomar los valores que quiera y no hay nada que se lo impida; o sea, tiene independencia.
f: Se puede decir que es el procedimiento o ecuación que tomará a x para devolverle un valor a y. Veamos una función muy común:
y = x2 + x La función anterior tiene a y como variable dependiente y a x como variable independiente, y el procedimiento es elevar a x (variable independiente) al cuadrado y sumarle x. Por cada valor que tome x, a y le corresponderá otro. También podemos tener una función con más de una variable dependiente...
y = x + z – 1 / (w + 3) En el sistema anterior podemos encontrar que la variable dependiente (en este caso y) esta en función de 3 variables independientes (en este caso x, z, w). Generalmente en las matemáticas las variables dependientes están representadas por la letra y, aunque también las podemos representar con letras como z, w, ó x, ó g, etc. siempre y cuando sean diferentes de las variables
independientes; así mismo, la o las variables independientes se pueden representar de la misma forma, teniendo en cuenta que no deben ser iguales a las dependientes.
2.6.2.CONCEPTO DE LENGUAJES FUNCIONALES. Los matemáticos desde hace un buen tiempo están resolviendo problemas usando el concepto de función. Una función convierte ciertos datos en resultados. Si supiéramos cómo evaluar una función, usando la computadora, podríamos resolver automáticamente muchos problemas. Así pensaron algunos matemáticos, que no le tenían miedo a la máquina, e inventaron los lenguajes de programación funcionales. Además, aprovecharon la posibilidad que tienen las funciones para manipular datos simbólicos, y no solamente numéricos, y la propiedad de las funciones que les permite componer, creando de esta manera, la oportunidad para resolver problemas complejos a partir de las soluciones a otros más sencillos. También se incluyó la posibilidad de definir funciones recursivamente. Un lenguaje funcional ofrece conceptos que son muy entendibles y relativamente fáciles de manejar para todos los que no se durmieron en las clases de matemáticas. El lenguaje funcional más antiguo, y seguramente el más popular hasta la fecha, es LISP, diseñado por McCarthy en la segunda mitad de los años 50. Su área de aplicación es principalmente la Inteligencia Artificial. En la década de los 80 hubo una nueva ola de interés por los lenguajes funcionales, añadiendo la tipificación y algunos conceptos modernos de modularización y polimorfismo, como es el caso del lenguaje ML. Programar en un lenguaje funcional significa construir funciones a partir de las ya existentes. Por lo tanto es importante conocer y comprender bien las funciones que conforman la base del lenguaje, así como las que ya fueron definidas previamente. De esta manera se pueden ir construyendo aplicaciones cada vez más complejas. La desventaja de este modelo es que resulta bastante alejado del modelo de la máquina de Von Neumann y, por lo tanto, la eficiencia de ejecución de los intérpretes de lenguajes funcionales no es comparable con la ejecución de los programas imperativos precompilados. Para remediar la deficiencia, se está buscando utilizar arquitecturas paralelas
que mejoren el desempeño de los programas funcionales, sin que hasta la fecha estos intentos tengan un impacto real importante.
2.6.3.CATEGORÍAS DE LENGUAJES FUNCIONALES. Existen dos categorías de lenguajes funcionales: los funcionales puros y los híbridos, La diferencia entre ambos estriba en que los lenguajes funcionales híbridos son menos dogmáticos que los puros, al admitir conceptos tomados de los lenguajes imperativos, como las secuencias de instrucciones o la asignación de variables. En contraste, los lenguajes funcionales puros tienen una mayor potencia expresiva, conservando a la vez su transparencia referencial, algo que no se cumple siempre con un lenguaje funcional híbrido. Entre los lenguajes funcionales puros, cabe destacar a Haskell y Miranda. Los lenguajes funcionales híbridos más conocidos son Lisp, Scheme, Ocaml y Standard ML (estos dos últimos, descendientes del lenguaje ML).
2.6.4.PROBLEMAS DEL MODELO IMPERATIVO Los programas escritos en lenguajes de programación tradicionales (imperativo) como Pascal, C, ADA, etc. forman una abstracción de la máquina de Von-Neumann caracterizada por:
Memoria Principal para almacenamiento de datos y código máquina.
Unidad Central de Proceso con una serie de registros de almacenamiento temporal y un conjunto instrucciones de cálculo aritmético, modificación de registros y acceso a la Memoria Principal.
Los programas imperativos están formados por una serie de datos globales y un conjunto de instrucciones ó código. Estos dos elementos forman una abstracción de los datos y código de la memoria principal. El programador trabaja en un nivel cercano a la máquina lo que le permite generar programas eficientes. Con esta proximidad aparece, sin embargo, una dependencia entre el algoritmo y la arquitectura que impide, por ejemplo, utilizar algoritmos programados para arquitecturas secuenciales en arquitecturas paralelas. Los algoritmos escritos en lenguajes imperativos se expresan mediante una secuencia de instrucciones que modifican el estado de un programa accediendo
a los datos globales de la memoria. En este punto es donde empiezan los problemas:
Ejemplo Program prueba; var flag:boolean; function f (n: integer):integer; begin flag:=not flag; if flag then f:=n; else f:=2*n; end; ........ --Programa principal begin flag:=true; ...... write(f(1));
retorna 2
write(f(1));
retorna 1
....... write(f(1) + f(2));
retorna 4
write(f(2) + f(1));
retorna 5
En el primer caso la expresión f(1) retorna valores diferentes dependiendo de la secuencia de ejecución y en el segundo no se cumplen propiedades matemáticas simples tales como la conmutatividad. Estos ejemplos ponen en evidencia que ciertas características de los lenguajes imperativos tales como la asignación pueden traer consigo efectos laterales inesperados que oscurecen la semántica del programa; en consecuencia se hace difícil demostrar que los programas cumplen con los requerimientos especificados y que estén libres de errores. Este y otros problemas son inherentes al modelo computacional utilizado, por ende una solución factible de ser aplicada puede ser cambiar el modelo
computacional. Entre otras alternativas se encuentran el modelo funcional o aplicativo cuyo objetivo es describir los problemas mediante funciones matemáticas sin efectos laterales, y el modelo lógico o declarativo que describe los problemas mediante relaciones entre objetos o entidades.
2.7. LENGUAJES LÓGICOS (DECLARATIVOS) Otra forma de razonar para resolver problemas en matemáticas se fundamenta en la lógica de primer orden. El conocimiento básico de las matemáticas se puede representar en la lógica en forma de axiomas, a los cuales se añaden reglas formales para deducir cosas verdaderas (teoremas) a partir de los axiomas. Gracias al trabajo de algunos matemáticos, de finales de siglo pasado y principios de éste, se encontró la manera de automatizar computacionalmente el razonamiento lógico -particularmente para un subconjunto significativo de la lógica de primer ordenque permitió que la lógica matemática diera origen a otro tipo de lenguajes de programación, conocidos como lenguajes lógicos. También se conoce a estos lenguajes, y a los funcionales, como lenguajes declarativos, porque el programador, parar solucionar un problema, todo lo que tiene que hacer es describirlo vía axiomas y reglas de deducción en el caso de la programación lógica y vía funciones en el caso de la programación funcional. En los lenguajes lógicos se utiliza el formalismo de la lógica para representar el conocimiento sobre un problema y para hacer preguntas que, si se demuestra que se pueden deducir a partir del conocimiento dado en forma de axiomas y de las reglas de deducción estipuladas, se vuelven teoremas. Así se encuentran soluciones a problemas formulados como preguntas. Con base en la información expresada dentro de la lógica de primer orden, se formulan las preguntas sobre el dominio del problema y el intérprete del lenguaje lógico trata de encontrar la respuesta automáticamente. El conocimiento sobre el problema se expresa en forma de predicados (axiomas) que establecen relaciones sobre los símbolos que representan los datos del dominio del problema. En el caso de la programación lógica, el trabajo del programador se restringe a la buena descripción del problema en forma de hechos y reglas. A partir de ésta se pueden encontrar muchas soluciones dependiendo de como se formulen las preguntas (metas), que tienen sentido para el problema. Si el programa está bien
definido, el sistema encuentra automáticamente las respuestas a las preguntas formuladas. En este caso ya no es necesario definir el algoritmo de solución, como en la programación imperativa, en cambio, lo fundamental aquí es expresar bien el conocimiento sobre el problema mismo. En programación lógica, al igual que en programación funcional, el programa, en este caso los hechos y las reglas, están muy alejados del modelo von Neumann que posee la máquina en la que tienen que ser interpretados; por lo tanto, la eficiencia de la ejecución no puede ser comparable con la de un programa equivalente escrito en un lenguaje imperativo. Sin embargo, para cierto tipo de problemas, la formulación del programa mismo puede ser mucho más sencilla y natural (para un programador experimentado, por supuesto).
PROLOG Prolog, proveniente del francés Programation et Logique, sus orígenes se remotan a los inicios de la década de los 70 con los trabajos del grupo de A. Colmerauer en Marsella, Francia. Es un lenguaje de programación lógico e interpretado, bastante popular en el medio de investigación en Inteligencia Artificial.
Historia Se trata de un lenguaje de programación ideado a principios de los años 70 en la universidad de Aix-Marseille por los profesores Alain Colmerauer y Phillipe Roussel. Inicialmente se trataba de un lenguaje totalmente interpretado hasta que, a mediados de los 70, David H.D. Warren desarrolló un compilador capaz de traducir Prolog en un conjunto de instrucciones de una máquina abstracta denominada Warren Abstract Machine, o abreviadamente, WAM. Desde entonces Prolog es un lenguaje semi-interpretado. Prolog se enmarca en el paradigma de los lenguajes lógicos, lo que lo diferencia enormemente de otros lenguajes más populares tales como Fortran, Pascal, C.
Retroseguimiento En todos los mencionados, las instrucciones se ejecutan normalmente en orden secuencial, es decir, una a continuación de otra, en el mismo orden en que están escritas, que sólo varía cuando se alcanza una instrucción de control (un bucle, una instrucción condicional o una transferencia). Los programas en Prolog se componen de cláusulas de Horn que constituyen reglas del tipo "modus ponendo ponens", es decir, "Si es verdad el antecedente, entonces es verdad el consecuente". No obstante, la forma de escribir las cláusulas de Horn es al contrario de lo habitual. Primero se escribe el consecuente y luego el antecedente. El antecedente puede ser una conjunción de condiciones que se denomina secuencia de objetivos. Cada objetivo se separa con una coma y puede considerarse similar a una instrucción o llamada a procedimiento de los lenguajes imperativos. En Prolog no existen instrucciones de control. Su ejecución se basa en dos conceptos: la unificación y el backtracking. Gracias a la unificación, cada objetivo determina un subconjunto de cláusulas susceptibles de ser ejecutadas. Cada una de ellas se denomina punto de elección. Prolog selecciona el primer punto de elección y sigue ejecutando el programa hasta determinar si el objetivo es verdadero o falso. En caso de ser falso entra en juego el 'backtracking', que consiste en deshacer todo lo ejecutado situando el programa en el mismo estado en el que estaba justo antes de llegar al punto de elección. Entonces se toma el siguiente punto de elección que estaba pendiente y se repite de nuevo el proceso. Todos los objetivos terminan su ejecución bien en éxito ("verdadero"), bien en fallo ("falso").
Expresiones Prolog cuenta con operadores para la unificación y comparación sea con evaluación o sea simbólica como lo siguiente:
X is Y
%unificación con evaluación.
X=Y
%unificación simbólica
X=:=Y
%comparación con evaluación
X==Y
%comparación simbólica.
Listas La representación de hechos simples no es lo común en la clasificación de elementos, sino que se agrupan los elementos de un mismo tipo en una lista.
Ejemplo: % Si queremos hallar la longitud de una lista. % La longitud de una lista vacia es 0. % La longitud de cualquier lista es la longitud de la cola + 1. longitud([],0). longitud([H|T],N):-longitud(T,N0), N is N0 + 1. ?- longitud([a,b,c],L). 3 ?- longitud([a,b,c],4). No % Si queremos determinar si un elemento es pertenece a una lista. % El elemento pertenece a la lista si coincide con la cabeza de la lista. % El elemento pertenece a la lista si es se encuentra en la cola de la lista. pertenece(X,[X|_]). pertenece(X,[_|R]):- pertenece(X,R). ?- pertenece(b,[a,b,c]). Yes ?- pertenece(b,[a,[b,c]]). No ?- pertenece([b,c],[a,[b,c]]). Yes % Si queremos eliminar un elemento de la lista. % Si X es la cabeza de la lista, la cola T es la lista sin X % Si X no es la cabeza de la lista, conservamos la cabeza de la lista %
como parte de la respuesta y continuamos eliminando X de la cola T.
elimina (X,[X|T],T). elimina (X,[H|T],[H|T1]):- elimina (X,T,T1).
?- elimina(1,[1,2,3,4],R). R = [2,3,4] ?- elimina(1,R,[2,3]). R = [1, 2, 3] R = [2, 1, 3] R = [2, 3, 1] % Si queremos calcular la inversa de una lista. % La inversa de una lista vacia es una lista vacia. % La inversa de H|T es la inversa de T concatenada con H. inversa([],[]). inversa([H|T],L):- inversa(T,R), concatenar(R,[H],L). ?- inversa([a,b,c,d],[d,c,b,a]). Yes
2.8. LENGUAJES ORIENTADOS A OBJETOS A mediados de los años 60 se empezó a vislumbrar el uso de las computadoras para la simulación de problemas del mundo real. Pero el mundo real está lleno de objetos, en la mayoría de los casos complejos, los cuales difícilmente se traducen a los tipos de datos primitivos de los lenguajes imperativos. Así es que a dos noruegos, Dahl y Nygaard, se les ocurrió el concepto de objeto y sus colecciones, llamadas clases de objetos, que permitieron introducir abstracciones de datos a los lenguajes de programación. La posibilidad de reutilización del código y sus indispensables modificaciones, se reflejaron en la idea de las jerarquías de herencia de clases. A ellos también les debemos el concepto de polimorfismo introducido vía procedimientos virtuales. Todos estos conceptos fueron presentados en el lenguaje Simula 67, desde el año 1967. Aunque pensado como lenguaje de propósito general, Simula tuvo su mayor éxito en las aplicaciones de simulación discreta, gracias a la clase SIMULATION que facilitaba considerablemente la programación. La comunidad informática ha tardado demasiado en entender la utilidad de los conceptos básicos de Simula 67, que hoy identificamos como conceptos del modelo de objetos. Tuvimos que esperar hasta los años 80 para vivir una verdadera ola de propuestas de lenguajes de programación con conceptos de
objetos encabezada por Smalltalk, C++, Eiffel, Modula-3, Ada 95 y terminando con Java. La moda de objetos se ha extendido de los lenguajes de programación a la Ingeniería de Software La reutilización de clases previamente probadas en distintos sistemas también es otro punto a favor. Sin embargo, el modelo de objetos, a la hora de ser interpretado en la arquitectura von Neumann conlleva un excesivo manejo dinámico de memoria debido a la constante creación de objetos, así como a una carga de código fuerte causada por la constante invocación de métodos. Por lo tanto, los programas en lenguajes orientados a objetos siempre pierden en eficiencia, en tiempo y memoria, contra los programas equivalentes en lenguajes imperativos. Para consolarnos, los expertos dicen que les ganan en la comprensión de código.
Características fundamentales de la POO: 1. Encapsulamiento: Es la ocultación de información. Significa mantener la información dentro del objeto y mantenerlo como una caja negra. Puede ser accedida por métodos. 2. Abstracción: Es la capacidad de aislar y encapsular la información del diseño y la ejecución. Es la capacidad para identificar atributos y métodos.
Herencia: Es la propiedad que permite a los objetos crearse a partir de otros objetos. 3. Polimorfismo: Es la capacidad de que diferentes objetos reaccionen de distinta forma a un mismo mensaje.
2.9. LENGUAJES CON CONCURRENCIA La necesidad de ofrecer concurrencia en el acceso a los recursos computacionales se remonta a los primeros sistemas operativos. Mientras que un programa realizaba una operación de entrada o salida otro podría gozar del tiempo del procesador para sumar dos números, por ejemplo. Aprovechar al máximo los recursos computacionales fue una necesidad apremiante, sobre todo en la época en que las computadoras eran caras y escasas; el sistema operativo tenía que ofrecer la ejecución concurrente y segura de programas de varios usuarios, que desde distintas terminales utilizaban un solo procesador, y así surgió la necesidad de
introducir algunos conceptos de programación concurrente para programar los sistemas operativos. Posteriormente, cuando los procesadores cambiaron de tamaño y de precio, se abrió la posibilidad de contar con varios procesadores en una máquina y ofrecer el procesamiento en paralelo, es decir, procesar varios programas al mismo tiempo. Esto dio el impulso a la creación de lenguajes que permitían expresar el paralelismo. Finalmente, llegaron las redes de computadoras, que también ofrecen la posibilidad de ejecución en paralelo, pero con procesadores distantes, lo cual conocemos como la programación distribuida. Históricamente encontramos en la literatura soluciones conceptuales y mecanismos tales como: semáforos, regiones críticas, monitores, envío de mensajes (CSP), llamadas a procedimientos remotos (RPC), que posteriormente se incluyeron como partes de los lenguajes de programación en Concurrent Pascal, Modula, Ada, OCCAM, y últimamente en Java. Uno de los ejemplos más importantes es el modelo de envío de mensajes de CSP de Hoare, para las arquitecturas paralelas y distribuidas, el cual no solamente fructificó en una propuesta del lenguaje de programación OCCAM, sino dio origen a una nueva familia de procesadores, llamados "transputers", que fácilmente se componen en una arquitectura paralela. Es difícil evaluar las propuestas existentes de lenguajes para la programación concurrente, paralela y distribuida. Primero, porque los programadores están acostumbrados a la programación secuencial y cualquier uso de estos mecanismos les dificulta la construcción y el análisis de programas. Por otro lado, este tipo de conceptos en el pasado fue manejado principalmente a nivel de sistemas operativos, protocolos de comunicación, etcétera, donde la eficiencia era crucial, y por lo tanto no se utilizaban lenguajes de alto nivel para la programación. Hoy en día, la programación de sistemas complejos tiene que incluir las partes de comunicaciones, programación distribuida y concurrencia. Esto lo saben los creadores de los lenguajes más recientes, que integran conceptos para manejar: los hilos de control, comunicación, sincronización y no determinismo; el hardware y las aplicaciones se los exigen.
2.10.EVOLUCIÓN
DE
LOS
LENGUAJES
DE
PROGRAMACIÓN
DECLARATIVOS
Gráfico Nº 1: Evolución de los lenguajes de programación Declarativos
2.11.EVOLUCIÓN DE LOS LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN ORIENTADO A OBJETOS E IMPERATIVOS
Gráfico Nº 2: Evolución de los lenguajes de programación OO e Imperativos
CAPÍTULO III: CONCEPTOS EN LOS LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN 3.1. ¿QUÉ ES LO QUE CONSTITUYE UN BUEN LENGUAJE? 3.1.1.ATRIBUTOS DE UN BUEN LENGUAJE
Claridad, sencillez y unidad (legibilidad): La sintaxis del lenguaje afecta la facilidad con la que un programa se puede escribir, por a prueba, y más tarde entender y modificar.
Ortogonalidad: Capacidad para combinar varias características de un lenguaje en todas las combinaciones posibles, de manera que todas ellas tengan significado.
Naturalidad para la aplicación: La sintaxis del programa debe permitir que la estructura del programa refleje la estructura lógica subyacente.
Apoyo para la abstracción: Una parte importante de la tarea del programador es proyectar las abstracciones adecuadas para la solución del problema y luego implementar esas abstracciones empleando las capacidades más primitivas que provee el lenguaje de programación mismo.
Facilidad para verificar programas: La sencillez de la estructura semántica y sintáctica ayuda a simplificar la verificación de programas.
Entorno de programación: Facilita el trabajo con un lenguaje técnicamente débil en comparación con un lenguaje más fuerte con poco apoyo externo.
Portabilidad de programas
Costo de uso: 1. Costo de ejecución del programa. 2. Costo de traducción de programas. 3. Costo de creación, prueba y uso de programas. 4. Costo de mantenimiento de los programas: costo total del ciclo de vida.
3.1.2.ESTANDARIZACIÓN DE LOS LENGUAJES Los estándares son en general de dos clases:
Estándares patentados: Son las definiciones elaboradas por la compañía que desarrolló el lenguaje y que es su propietaria.
Estándares de consenso: Se trata de documentos elaborados por organizaciones con base en un acuerdo entre los participantes pertinentes. Método
principal
para
asegurar
la
uniformidad
entre
varias
implementaciones de un lenguaje. Ejemplo: ANSI, IEEE, ISO, etc..
3.2. SINTAXIS DE LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN La sintaxis suministra información significativa que se necesita para entender un programa y proporciona información imprescindible para la traducción del programa fuente a un programa objeto. Se necesita algo más que sólo estructuras sintácticas para la plena descripción de un lenguaje de programación. Otros atributos bajo el término general de semántica, como el uso de declaraciones, operaciones, control de secuencia y entornos de refinamiento, afectan a una variable y no siempre están determinados por reglas de sintaxis.
CRITERIOS GENERALES DE SINTAXIS El propósito primordial de la sintaxis es proveer una notación para la comunicación entre el programador y el procesador de lenguajes de programación. Los detalles de la sintaxis se eligen en gran medida con base en criterios secundarios, como:
Legibilidad: Un programa es legible si la estructura subyacente del algoritmo y los datos que el programa representa quedan de manifiesto al inspeccionar el texto del programa.
Facilidad de escritura: Suele hallarse en conflicto con las características que facilitan su lectura. Este atributo mejora a través del uso de estructuras sintácticas concisas y regulares.
Una sintaxis es redundante si comunica el mismo elemento de información en más de una forma. Cierta redundancia es útil en la sintaxis de lenguajes de programación porque facilita la lectura del programa y también permite revisar en busca de errores durante la traducción.
Facilidad de verificación : Tiene relación con la legibilidad y facilidad de escritura. Se necesitan técnicas que permitan comprobar que el programa es matemáticamente correcto.
Facilidad de traducción: Los programas deben ser fáciles de traducir a una forma ejecutable. Está relacionado con las necesidades del traductor que procesa el programa escrito. La traducción de los programas se dificulta conforme aumenta el número de construcciones sintácticas especiales.
Carencia de ambigüedad: Una construcción ambigua permite dos o más interpretaciones distintas. El problema de ambigüedad surge por lo común no en la estructura de elementos individuales del programa, sino en la interacción entre diferentes estructuras (Ej. Condicionales).
3.3. TIPOS DE DATOS
Numéricos: Entero, Real.
Booleano.
Carácter.
Definidos por el usuario: tipos especificados por el usuario como limitaciones de los básicos.
Enumerados, subrangos, modulares…
Arrays: son tipos con tamaño fijo y todos los elementos del mismo tipo.
String está definido e muchos lenguajes como un array de caracteres.
Registros: Es una estructura de datos formada por un numero fijo de componentes de distinto tipo.
Punteros: almacena la dirección de memoria de otro objeto de datos.
Referencia: no se pueden manejar directamente, lo hace el compilador.
Tipo función: se considera un tipo por poderse incluir en una expresión, y suele ir acompañado de su descriptor.
3.4. ABSTRACCIÓN La abstracción nos permite simplificar el análisis y resolución de un problema separando las características que son relevantes de aquellas que no lo son. La relevancia dependerá fuertemente del contexto. Un ejemplo típico de abstracción es una jerarquía de objetos determinada por sus características comunes. Aunque la abstracción es un concepto general aplicable a cualquier campo nosotros estamos interesados en la abstracción que proporciona un lenguaje de programación. En este sentido la aportación más importante ha sido el desarrollo de los lenguajes de alto nivel, éstos nos permiten utilizar ciertas construcciones de alto nivel en lugar de una secuencia de instrucciones máquina. Aún así, el nivel de abstracción proporcionado por un lenguaje de programación resulta insuficiente. Podemos aumentar el nivel de abstracción haciendo que el lenguaje de programación incluya mecanismos que permitan construir al usuario sus propias abstracciones. El mecanismo más común para tal fin es el uso de funciones y procedimientos, aunque existen otros mecanismos. Los lenguajes de programación orientados a objetos ofrecen un cada vez más amplio abanico de estructuras de datos organizadas jerárquicamente (listas, pilas, colas, etc.) junto con primitivas para manejarlas agrupadas en lo que habitualmente se conoce como clase, además, el usuario puede definir nuevas clases
3.5. ABSTRACCIÓN EN PROGRAMACIÓN Cuando la computación estaba en su infancia, la mayoría de los programas se escribían en ensamblador por un programador, y no se considerarían como grandes programas según los estándares de hoy en día. Aún así, en la medida en que los programas se hicieron más complejos, los programadores encontraron más dificultades para recordar toda la información que necesitaban para desarrollar o eliminar errores de sus programas. Aunque la introducción de lenguajes de alto nivel resolvió algunas dificultades, al mismo tiempo incrementó las expectativas de la gente acerca de lo que podría hacer una computadora, de tal forma que sólo provocó la aparición de un mayor número de problemas. Así, a medida que se intentaban resolver problemas más
complejos por medio de una computadora, mayor era la tarea que debía desarrollar el programador, rebasando la capacidad incluso de los mejores programadores. En consecuencia, comenzaron a proliferar equipos de programadores que trabajaban conjuntamente para emprender grandes tareas de programación. Se observó entonces un problema que aún hoy no se ha abordado de forma completamente satisfactoria: los sistemas de software son sistemas complejos con un alto grado de interconexión. La interconexión es la dependencia de una parte del código de otra sección de código. Surgieron así diversas técnicas y mecanismos para tratar de reducir el problema de la complejidad. La abstracción es uno de estos mecanismos y es posiblemente el más importante de todos. El mecanismo de abstracción permite descomponer de forma productiva un problema mediante el cambio del nivel de detalle a considerar, pero es algo intangible. Surge por tanto la necesidad de describirla de alguna forma, la especificación es esta descripción. La abstracción funcional; es decir, la idea de crear procedimientos y funciones e invocarlos mediante un nombre, fue uno de los primeros mecanismos de abstracción que se usaron ampliamente en los lenguajes de programación. Los procedimientos permitían que las tareas que se ejecutaban varias veces, fueran agrupadas en un lugar para reutilizarlas, en vez de duplicar el código una y otra vez. Es este tipo de abstracción lo importante es qué hace la función y no importa cómo lo hace. El usuario del procedimiento solo necesita conocer la especificación de la abstracción y puede ignorar el resto de detalles.
3.6. CLASES DE ABSTRACCIÓN 3.6.1.ABSTRACCIÓN DE CONTROL Hace referencia a los mecanismos necesarios para representar el flujo de control de un programa, evitando detalles de bajo nivel. Se subdivide en: nivel de sentencias básicas y a nivel de subprogramas o unidades de programa.
Sentencias condicionales: If/else, alternativa múltiple (swith).
Sentencias iterativas: For, While y repeat.
Abstracción procedimental
Subprograma : conjunto de líneas de código con cierta independencia del resto.
Procedimientos: subprogramas que tienen de 0 a n parámetros, sin tipo, no pueden ser usados en expresiones y pueden devolver de 0 a n resultados distintos.
Funciones: pueden tener de 0 a n argumentos de entrada, devuelve solo 1 resultado siempre. Tiene tipo y se puede usar en una expresión.
Paso de parámetros:
Formas de paso de parámetros:
Por referencia: se pasa la dirección de memoria del parámetro (E/S).
Por copia:
Copia por valor: se crea una var temporal copiándole el valor del parámetro.(E)
Copia por resultado: se crea una var local, y al acabar se devuelve el resultado (S)
Copia por valor-resultado: se crea una var local pasándole el valor, con la que se trabaja, y al acabar se devuelve el resultado
Formas de asignar los argumentos:
Por posición: se asignan los parámetros formales con los reales por orden.
Por nombre: en la llamada se añade el nombre del parámetro formal.
Por defecto: toma un valor por defecto especificado en compilación si no se le da ninguno.
Ejemplo: Void ordenar (int a[],int n)
el usuario no necesita conocer los detalles de
cómo se realiza el ordenamiento, solo debe suministrar un arreglo y su tamaño y recibirá el arreglo ordenado (en un orden predeterminado como ascendente)
3.6.2.ABSTRACCIÓN DE DATOS. Una abstracción de datos (tipo de dato o tipo abstracto de dato) es un nuevo tipo de dato más un conjunto de operaciones que permiten manipular los objetos de dicho tipo. En esta definición juega un papel importante el uso de la palabra objeto en lugar de variable. La diferencia entre ambos conceptos se explicará más adelante. La correcta utilización de los tipos abstractos de datos (TADs en lo sucesivo) en el diseño de programas da lugar a programas de gran modularidad y calidad:
Son más legibles
Son más fáciles de interpretar
Son más fáciles de modificar
3.7. TIPOS ABSTRACTOS DE DATOS (TADS) Es una estructura de datos junto a las instrucciones para manejarlo, haciendo invisible ciertas partes al usuario programador. Permite la asociación de una representación con sus operaciones concretas en una unidad adecuada de lenguaje que incorpora los nuevos tipos y el ocultamiento de la representación del nuevo tipo a las unidades que lo usan. Tipos genéricos, genericidad: consiste en que las entidades de programa puedan trabajar con independencia de los tipos de datos concretos. Para usarse hay que instanciarlos.
3.8. LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN Y TADS La abstracción de datos es una técnica de diseño de programas que promete un alto grado de modularidad y un desarrollo independiente de la implementación de dicha abstracción y de la aplicación del programa. Por tratarse de una técnica de diseño, su utilización es en su mayor parte independiente del lenguaje de programación, sin embargo, el uso e implementación de TADs con lenguajes de programación que no los soportan convenientemente puede dar lugar a deficiencias en algunos de los aspectos siguientes:
Ocultación de la representación. Los lenguajes que no soportan TADs no pueden chequear el buen uso de la abstracción de datos, dada la imposibilidad de ocultar a los usuarios de la abstracción la representación de los objetos
Inicialización de las estructuras de datos . Los lenguajes que no soportan TADs no disponen de un procedimiento automático de inicialización de las estructuras de datos que se utilizan para representar a los objetos del TAD. Esto supone que al principio de los programas que utilicen un TAD debe invocarse a una acción para inicializar convenientemente dichas estructuras (operación no relacionada con los objetos
Compilación independiente. En los lenguajes que soportan TADs, el código de estos se puede separar del código de los programas de aplicación y compilarlos independientemente. En todo caso, esta facilidad se tiene en cualquier lenguaje que soporte la compilación independiente.
Parametrización de tipos. En los lenguajes que no soportan TADs no se puede parametrizar una definición de tipo con otro tipo; es decir, no se pueden realizar abstracciones (funcionales o de datos) de tipos desconocidos.
Abstracciones polimórficas. En los lenguajes que no soportan TADs no se pueden construir abstracciones que puedan ser utilizadas por objetos de diferentes tipos.
Los tipos definidos por el usuario no se comportan como los predefinidos del lenguaje. Así, por ejemplo, un objeto de tipo Racional no se crea por completo al declararlo siendo necesario realizar una llamada posterior a la operación Crear_Racional para inicializarlo convenientemente.
Esta última deficiencia provoca que en un lenguaje de programación que no soporte TADs puedan existir objetos cuya representación no sea válida sin que ello sea detectado por el compilador. Esto obliga al usuario a utilizar escrupulosamente el TAD, o bien, al desarrollador de la abstracción de datos a realizar implementaciones de éste que tuvieran en cuenta éste hecho.
3.9. LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN QUE DEBERÍAS APRENDER 3.9.1.PHP PHP usa una mezcla entre interpretación y compilación para intentar ofrecer a los programadores la mejor mezcla entre rendimiento y flexibilidad. PHP compila para tu codigo una serie de instrucciones (llamadas opcodes) siempre que estas son accedidas. Estas instrucciones son entonces ejecutadas una por una hasta que el script termina. Esto es diferente a la manera convencional de compilacion de lenguajes como C++ donde el código es compilado a código ejecutable que es despues ejecutado. Php es recompilado cada vez que se solicita un script. Una ventaja importante de interpretar el código es que toda la memoria usada por tu código es manejada por PHP, y el lenguaje automáticamente vacía esta memoria cuando el script finaliza. Esto significa que tu no tienes que preocuparte de las conexiones a la base de datos, porque PHP lo hará por ti.
¿Por qué deberías aprenderlo? Es uno de los lenguajes de programación más populares, la gran fluidez y rapidez de sus scripts y su prometedor futuro, desarrollar aplicaciones Webs utilizando lenguajes como C o COBOL son cosas del pasado.
3.9.2.C# C# es un lenguaje de propósito general orientado a objetos creado por Microsoft para su plataforma .NET. Su sintaxis básica deriva de C/C++ y utiliza el modelo de objetos de la plataforma .NET el cual es similar al de Java aunque incluye mejoras derivadas de otros lenguajes. C# fue diseñado para combinar el control a bajo nivel de lenguajes como C y la velocidad de programación de lenguajes como Visual Basic.
¿Por qué deberías aprenderlo? Es una parte esencial de la plataforma .Net, C# combina los mejores elementos de múltiples lenguajes de amplia difusión como C++, Java, Visual Basic o Delphi. De hecho, su creador Anders Heljsberg fue también el creador de muchos otros lenguajes y entornos como Turbo Pascal, Delphi o Visual J++. La idea principal detrás del lenguaje es combinar la potencia de lenguajes
como C++ con la sencillez de lenguajes como Visual Basic, y que además la migración a este lenguaje por los programadores de C/C++/Java sea lo más inmediata posible.
3.9.3.AJAX AJAX no es un lenguaje exactamente su nombre viene dado por el acrónimo de Asynchronous JavaScript And XML y es posiblemente la mayor novedad en cuanto a programación web en estos últimos años. El corazón de Ajax es el objeto XMLHttpRequest que nos permite realizar una conexión al servidor y al enviarle una petición y recibir la respuesta que procesaremos en nuestro código Javascript, estamos hablando del verdadero motor de Ajax, por ejemplo gracias a este objeto podemos desde una página HTML leer datos de una web o enviar datos de un formulario sin necesidad de recargar la página.
¿Por qué deberías aprenderlo? La demanda de AJAX no sólo es amplía sino que de calidad debido a la dificultad de aprendizaje que conlleva, si la herramienta de Microsoft, Atlas, destinada a la realización de aplicaciones AJAX tiene éxito puede supone un aumento en la demanda de esta tecnología.
3.9.4.JAVASCRIPT Se trata de un lenguaje de programación del lado del cliente, porque es el navegador el que soporta la carga de procesamiento. Gracias a su compatibilidad con la mayoría de los navegadores modernos, es el lenguaje de programación del lado del cliente más utilizado.
¿Por qué deberías aprenderlo? La razón de mayor peso es que es utilizado por millones de páginas webs para validar formularios, crear cookies, detectar navegadores y mejorar el diseño, su fácil aprendizaje lo hace un lenguaje muy demandado.
3.9.5.PERL Perl es la alternativa más popular a PHP, seguramente porque es el lenguaje más antiguo tambien dentro de las alternativas. En internet nos encontramos numerosos recursos que utilizan Perl, muchos de las aplicaciones "open source" requieren tener Perl instalado correctamente. Perl tiene una ventaja y es que es muy flexible, y tambien tiene un gran cantidad de modulos ya escritos. Bien escritos los scripts en Perl se asemejan bastante a PHP. La principal causa de la sucía apariencia de Perl es por la afición de sus desarrolladores a la escritura en "una línea" empaquetanto numerosas funcionalidades en una sola línea de código.
¿Por qué deberías aprenderlo? La potencía de Perl a la hora de procesar grandes cantidades de datos lo hace realmente popular a la hora de desarrollar aplicaciones del lado del servidor, aprender Perl o Php es básico a la hora de desarrollar aplicaciones Web.
3.9.6.C Es un lenguaje de "medio nivel" pero con numerosas características de bajo nivel. Dispone de las estructuras típicas de los lenguajes de alto nivel pero, a su vez, dispone de construcciones del lenguaje que permiten un control a muy bajo nivel.
¿Por qué deberías aprenderlo? Aprender C es básico mientras aprendes C estas aprendiendo conceptos básicos de lenguajes cómo Java o C#, además no sólo es mas sencillo que estos últimos sino que comporten gran parte de su sintaxis.
3.9.7.RUBY Y RUBY ON RAILS Ruby on Rails, también conocido como RoR o Rails es un framework de aplicaciones web de código abierto escrito en el lenguaje de programación Ruby. Ruby apareció en el año 1995 y creo que su principal problema había sido la falta de documentación en otro idioma que no sea japonés. Eso se ha ido solucionando y crece la popularidad del lenguaje. Su aplicación insignia, por decirlo de algún modo parece ser RoR. Su mecanismo de gem parece al CPAN de Perl y al Pear de PHP
¿Por qué deberías aprenderlo? Simple y funcional, el uso de Active Record de forma eficiente simplifica y agiliza el desarrollo de forma notable. Al minimizar el trabajo con la base de datos (escribiendo triggers y procedimientos almacenados) y emplear un único lenguaje para todo el desarrollo, se consigue acortar los tiempos de desarrollo (time2market).
3.9.8.ASP Active Server Pages (ASP) y ASP.NET es un intento de Microsoft para introducirse en el mercado del desarrollo Web, y viene a ser como su estandar para su servidor Web, IIS. ASP ha sido atacado por la comunidad open source desde que este
apareció, y dan numerosas razones
para ello:
El propietario, una única plataforma, la lentitud... ASP ha sido implementado en otras plataformas y que cuando esta funcionando bajo su servidor predeterminado IIS es relativamente rápido.
¿Por qué deberías aprenderlo? Simplemente porqué en algunas ocasiones no tienes otra opción debido a la popularidad que ha alcanzado.
CAPÍTULO IV: LENGUAJES DE BAJO, MEDIO Y ALTO NIVEL 4.1. INTRODUCCIÓN El ordenador sólo entiende un lenguaje conocido como código binario o código máquina, consistente en ceros y unos. Es decir, sólo utiliza 0 y 1 para codificar cualquier acción. Los lenguajes más próximos a la arquitectura hardware se denominan lenguajes de bajo nivel y los que se encuentran más cercanos a los programadores y usuarios se denominan lenguajes de alto nivel.
4.2. LENGUAJES DE BAJO NIVEL Vistos a muy bajo nivel, los microprocesadores procesan exclusivamente señales electrónicas binarias. Dar una instrucción a un microprocesador supone en realidad enviar series de unos y ceros espaciadas en el tiempo de una forma determinada. Esta secuencia de señales se denomina código máquina. El código representa normalmente datos y números e instrucciones para manipularlos. Un modo más fácil de comprender el código máquina es dando a cada instrucción un mnemónico, como por ejemplo STORE, ADD o JUMP. Esta abstracción da como resultado el ensamblador, un lenguaje de muy bajo nivel que es específico de cada microprocesador. Los lenguajes de bajo nivel permiten crear programas muy rápidos, pero que son a menudo difíciles de aprender. Más importante es el hecho de que los programas escritos en un bajo nivel son totalmente dependientes de la máquina o de cada procesador. Si se lleva el programa a otra máquina se debe reescribir el programa desde el principio. Al estar prácticamente diseñados a medida del hardware, aprovechan al máximo las características del mismo. Dentro de este grupo se encuentran:
LENGUAJE MÁQUINA.
ENSAMBLADOR.
4.2.1.LENGUAJE MÁQUINA. El lenguaje máquina es el único lenguaje que entiende directamente la computadora. Por esta razón, su estructura esta totalmente adaptada a los circuitos de la máquina y muy alejado de la forma de expresión y análisis de los problemas propia de los humanos. Esto hace que la programación en este lenguaje resulte tediosa y complicada, requiriéndose un conocimiento profundo de la arquitectura física del ordenador. Frente a esto, el código máquina hace posible que el programador utilice la totalidad de los recursos que ofrece el ordenador, obteniéndose programas muy eficientes (es decir, que aprovechan al máximo los recursos existentes) en tiempo de ejecución y en ocupación de memoria.
4.2.2.ENSAMBLADOR. El lenguaje ensamblador constituye el primer intento de sustitución del lenguaje máquina por uno más cercano al usado por los humanos. Este acercamiento a las personas se plasma en las siguientes aportaciones:
Uso de una notación simbólica o nemotécnica para representar los códigos de operación
direccionamiento simbólico
Se permite el uso de comentarios entre las líneas de instrucciones, haciendo posible la redacción de programas más legibles.
Aparte de esto él LE presenta la mayoría de los inconvenientes del lenguaje máquina, como son su repertorio muy reducido de instrucciones, el rígido formato de instrucciones, la baja potabilidad y la fuerte dependencia del hardware. Por otro lado mantiene la ventaja del uso óptimo de los recursos hardware, permitiendo la obtención de un código muy eficiente. Ese tipo de lenguajes hacen corresponder a cada instrucción en ensamblador una instrucción en código máquina. Esta transducción es llevada a cabo por un programa traductor denominado Ensamblador. Para solventar en cierta medida la limitación que supone poseer un repertorio de instrucciones, tan reducido, se han desarrollado unos ensambladores especiales denominados macroensambladores.
Los lenguajes que traducen los macroensambladores disponen de macroinstrucciones cuya traducción da lugar a varias instrucciones máquina y no a una sola. Dado que el lenguaje ensamblador esta fuertemente condicionado por la arquitectura del ordenador que soporta, los programadores no suelen escribir programas de tamaño considerable en ensamblador. Mas bien usan este lenguaje para afinar partes importantes de programas escritos en lenguajes de más alto nivel. Hay un distinto Lenguaje de Máquina (y, por consiguiente, un distinto Lenguaje Ensamblador) para cada CPU. Por ejemplo, podemos mencionar tres lenguajes completamente diferentes, que sin embargo vienen de la aplicación de los conceptos anteriores:
Lenguaje Ensamblador de la familia Intel 80x86
Lenguaje Ensamblador de la familia Motorola 68000
Lenguaje Ensamblador del procesador POWER, usado en las IBM RS/6000.
Tenemos 3 fabricantes distintos, compitiendo entre sí y cada uno aplicando conceptos distintos en la manufactura de sus procesadores, su arquitectura y programación; todos estos aspectos, influyen en que el lenguaje de máquina y ensamblador cambie bastante.
A) VENTAJAS DEL LENGUAJE ENSAMBLADOR Una vez que hemos visto la evolución de los lenguajes, cabe preguntarse: ¿En estos tiempos "modernos", para qué quiero el Lenguaje Ensamblador? El proceso de evolución trajo consigo algunas desventajas, que ahora veremos como las ventajas de usar el Lenguaje Ensamblador, respecto a un lenguaje de alto nivel:
1. Velocidad El proceso de traducción que realizan los intérpretes, implica un proceso de cómputo adicional al que el programador quiere realizar. Por ello, nos encontraremos con que un intérprete es siempre más
lento que realizar la misma acción en Lenguaje Ensamblador, simplemente porque tiene el costo adicional de estar traduciendo el programa, cada vez que lo ejecutamos. De ahí nacieron los compiladores, que son mucho más rápidos que los intérpretes, pues hacen la traducción una vez y dejan el código objeto, que ya es Lenguaje de Máquina, y se puede ejecutar muy rápidamente. Aunque el proceso de traducción es más complejo y costoso que el de ensamblar un programa, normalmente podemos despreciarlo, contra las ventajas de codificar el programa más rápidamente. Sin embargo, la mayor parte de las veces, el código generado por un compilador es menos eficiente que el código equivalente que un programador escribiría. La razón es que el compilador no tiene tanta inteligencia, y requiere ser capaz de crear código genérico, que sirva tanto para un programa como para otro; en cambio, un programador humano puede aprovechar las características específicas del problema, reduciendo la generalidad pero al mismo tiempo, no desperdicia ninguna instrucción, no hace ningún proceso que no sea necesario. Para darnos una idea, en una PC, y suponiendo que todos son buenos programadores, un programa para ordenar una lista tardará cerca de 20 veces más en Visual Basic (un intérprete), y 2 veces más en C (un compilador), que el equivalente en Ensamblador. Por ello, cuando es crítica la velocidad del programa, Ensamblador se vuelve un candidato lógico como lenguaje. Ahora bien, esto no es un absoluto; un programa bien hecho en C puede ser muchas veces más rápido que un programa mal hecho en Ensamblador; sigue siendo sumamente importante la elección apropiada de algoritmos y estructuras de datos. Por ello, se recomienda buscar optimizar primero estos aspectos, en el lenguaje que se desee, y solamente usar Ensamblador cuando se requiere más optimización y no se puede lograr por estos medios.
2. Eficiencia de tamaño Por las mismas razones que vimos en el aspecto de velocidad, los compiladores e intérpretes generan más código máquina del necesario; por ello, el programa ejecutable crece. Así, cuando es importante reducir el tamaño del ejecutable, mejorando el uso de la memoria y teniendo también beneficios en velocidad, puede convenir usar el lenguaje Ensamblador. Entre los programas que es crítico el uso mínimo de memoria, tenemos a los virus y manejadores de dispositivos (drivers). Muchos de ellos, por supuesto, están escritos en lenguaje Ensamblador.
3. Flexibilidad Las razones anteriores son cuestión de grado: podemos hacer las cosas en otro lenguaje, pero queremos hacerlas más eficientemente. Pero todos los lenguajes de alto nivel tienen limitantes en el control; al hacer abstracciones, limitan su propia capacidad. Es decir, existen tareas que la máquina puede hacer, pero que un lenguaje de alto nivel no permite. Por ejemplo, en Visual Basic no es posible cambiar la resolución del monitor a medio programa; es una limitante, impuesta por la abstracción del GUI Windows. En cambio, en ensamblador es sumamente sencillo, pues tenemos el acceso directo al hardware del monitor. Resumiendo, la flexibilidad consiste en reconocer el hecho de que Todo lo que puede hacerse con una máquina, puede hacerse en el lenguaje ensamblador de esta máquina; los lenguajes de alto nivel tienen en una u otra forma limitante para explotar al máximo los recursos de la máquina.
B) DESVENTAJAS DEL LENGUAJE ENSAMBLADOR Por otro lado, al ser un lenguaje más primitivo, el Ensamblador tiene ciertas desventajas respecto a los lenguajes de alto nivel:
1. Tiempo de programación. Al ser de bajo nivel, el Lenguaje Ensamblador requiere más instrucciones para realizar el mismo proceso, en comparación con un lenguaje de alto nivel. Por otro lado, requiere de más cuidado por parte del programador, pues es propenso a que los errores de lógica se reflejen más fuertemente en la ejecución. Por todo esto, es más lento el desarrollo de programas comparables en Lenguaje Ensamblador que en un lenguaje de alto nivel, pues el programador goza de una menor abstracción.
2. Programas fuente grandes Por las mismas razones que aumenta el tiempo, crecen los programas fuentes; simplemente, requerimos más instrucciones primitivas para describir procesos equivalentes. Esto es una desventaja porque dificulta el mantenimiento de los programas, y nuevamente reduce la productividad de los programadores.
3. Peligro de afectar recursos inesperadamente Tenemos la ventaja de que todo lo que se puede hacer en la máquina, se puede hacer con el Lenguaje Ensamblador (flexibilidad). El problema es que todo error que podamos cometer, o todo riesgo que podamos tener, podemos tenerlo también en este Lenguaje. Dicho de otra forma, tener mucho poder es útil pero también es peligroso. En la vida práctica, afortunadamente no ocurre mucho; sin embargo, al programar en este lenguaje verán que es mucho más común que la máquina se "cuelgue", "bloquee" o "se le vaya el avión"; y que se reinicialize. ¿Por qué?, porque con este lenguaje es perfectamente posible (y sencillo) realizar secuencias de instrucciones inválidas, que normalmente no aparecen al usar un lenguaje de alto nivel.
En ciertos casos extremos, puede llegarse a sobreescribir información del CMOS de la máquina (no he visto efectos más riesgosos); pero, si no la conservamos, esto puede causar que dejemos de "ver" el disco duro, junto con toda su información.
4. Falta de portabilidad Como ya se mencionó, existe un lenguaje ensamblador para cada máquina; por ello, evidentemente no es una selección apropiada de lenguaje cuando deseamos codificar en una máquina y luego llevar los programas a otros sistemas operativos o modelos de computadoras. Si bien esto es un problema general a todos los lenguajes, es mucho más notorio en ensamblador: yo puedo reutilizar un 90% o más del código que desarrollo en "C", en una PC, al llevarlo a una RS/6000 con UNIX, y lo mismo si después lo llevo a una Macintosh, siempre y cuando esté bien hecho y siga los estándares de "C", y los principios de la programación estructurada. En cambio, si escribimos el programa en Ensamblador de la PC, por bien que lo desarrollemos y muchos estándares que sigamos, tendremos prácticamente que reescribir el 100 % del código al llevarlo a UNIX, y otra vez lo mismo al llevarlo a MAC.
4.3. LENGUAJES DE MEDIO NIVEL Un lenguaje intermedio se puede definir como una manera de representar procedimientos y estructuras de datos que sirva como entrada para una MV (Maquina Virtual) en alguna parte de su jerarquía, entre el lenguaje de entrada (el nivel más alto) y el código ejecutado en la máquina (el nivel más bajo) tanto en el tiempo de compilación como en el de ejecución. Para considerar el papel de los lenguajes intermedios y sus ventajas y desventajas, conviene destacar la diferencia entre la traducción de un lenguaje de alto nivel a código máquina anteriormente a su ejecución (su compilación) y su interpretación, es decir, la conversión de cada instrucción del lenguaje a código máquina y su ejecución, una por una, al ejecutar el programa. Este proceso se realiza a través de una MV de interpretación que simula un ordenador cuyo código máquina es el
lenguaje de alto nivel que está siendo interpretado. Y típicamente, esta MV se construye a través de un conjunto de programas de código máquina que representa los algoritmos y estructuras de datos necesarios para la ejecución de las instrucciones del lenguaje de alto nivel. Hay ventajas y desventajas en cada manera de convertir los lenguajes de alto nivel a código máquina, que se pueden resumir así:
Compilación No hay que repetir la conversión de la misma 1. instrucción a código maquina cada vez que aparece Ventajas 2. Los programas corren muy rápido 1. Perdida de claridad e información sobre el programa Desventajas 2. Dificultad en localizar la fuente exacta de error Ejemplo ADA, C , C++, FORTRAN, Pascal
Ventajas
Desventajas
Interpretación No hay pérdida de claridad ni de información sobre 1. un programa ni sobre donde están los errores. No hay que decodificar código que no se va a 2. ejecutar Los programas corren mucho mas lento – se paga el 1. coste de decodificar cada instrucción
Ejemplo HTML, Lisp , ML, Perl, Postscrip, Smalltalk Estos dos casos representan los dos extremos porque existe también lo que se llama la compilación parcial, que es una mezcla de los dos enfoques, donde se compila el lenguaje de alto nivel a un lenguaje intermedio (más cerca de las estructuras presentes en el código máquina que las del código fuente) y luego se interpreta este lenguaje al ejecutar el programa. Como puede imaginarse, esta técnica combina las ventajas y desventajas de los dos enfoques anteriores. Un ejemplo de esta combinación existe en el lenguaje de programación Java y su entorno. Como se puede ver en los cuadros superiores, tanto los programas compilados parcialmente a un lenguaje intermedio (como Java) como los programas escritos en lenguajes de alto nivel que se interpretan (como Lisp) requieren una MV para interpretar el programa. La principal ventaja del lenguaje intermedio en este caso
es su proximidad al nivel del código máquina, en el sentido de que supone menos trabajo a la hora de ejecutarlo y, por lo tanto, los programas corren más rápidamente que los puramente interpretados. Además del papel de los lenguajes intermedios en la compilación parcial, se puede destacar su papel en la compilación estándar. Como ejemplo se puede considerar C como lenguaje intermedio para un lenguaje compilado nuevo. Si el autor de un nuevo lenguaje decide utilizar C, por ejemplo, como su lenguaje intermedio, sólo tendrá que implementar una MV para convertir el código fuente de su lenguaje a C, ahorrando mucho trabajo. Las ventajas de utilizar un lenguaje tan establecido como C como lenguaje intermedio son:
La facilidad de portar el lenguaje a una nueva máquina (sólo hay que tener un compilador C disponible allí).
La generación de código máquina es una tarea muy compleja que requiere un conocimiento profundo de la arquitectura de la máquina en cuestión y de cada máquina en que se quiere una versión del lenguaje.
La facilidad de modificar algún rasgo del comportamiento del lenguaje en alguna máquina en concreto (por ejemplo, características de memoria o rendimiento se pueden añadir librerías C customizadas sin grandes problemas).
Las posibilidades disponibles para mapear estructuras intermedias del nuevo lenguaje a estructuras de datos de C.
Y las desventajas son:
La depuración es muy difícil porque, entre otras cosas, los errores que ocurren en el código C no son muy fáciles de localizar en lo que ha escrito el programador originalmente en el nuevo lenguaje.
Las características de rendimiento y eficiencia del lenguaje están determinadas por el compilador C.
Habrá ocasiones en las que no exista una buena traducción entre una estructura en el nuevo lenguaje y las estructuras de datos en C, por lo que habrá una pérdida de eficiencia en el programa resultante (como, por ejemplo, ocurre en la mayoría de las ocasiones en que se compilan estructuras de Prolog a C – sólo se puede expresar iteración en Prolog utilizando recursión).
4.4. LENGUAJES DE ALTO NIVEL El avance en el desarrollo de "compiladores" e "intérpretes" (los dos tipos de programas traductores) ha sido por lo tanto fundamental en el desarrollo de los lenguajes de "3º generación" cuyas ventajas además de la facilidad de aprendizaje y lectura/escritura son las facilidades de corrección, transformación y conversión de un lenguaje a otro. Los lenguajes de alto nivel tienen normalmente las características de “Transportabilidad”. Es decir, están implementadas sobre varias maquinas de forma que un programa puede ser fácilmente “Transportado” (Transferido) de una maquina a otra sin una revisión sustancial. En ese sentido se llama "Independientes de la maquina". Los lenguajes de “Alto Nivel” son los más utilizados como lenguaje de programación. Aunque no son fundamentalmente declarativos, estos lenguajes permiten que los algoritmos se expresen en un nivel y estilo de escritura fácilmente legible y comprensible por otros programadores. Los lenguajes de alto nivel son normalmente fáciles de aprender porque están formados por elementos de lenguajes naturales, como el inglés. En BASIC, el lenguaje de alto nivel más conocido, los comandos como "IF CONTADOR = 10 THEN STOP" pueden utilizarse para pedir a la computadora que pare si CONTADOR es igual a 10. Están dirigidos a solucionar problemas mediante el uso de EDD's (Estructuras Dinámicas de Datos: Son estructuras que pueden cambiar de tamaño durante la ejecución del programa. Nos permiten crear estructuras de datos que se adapten a las necesidades reales de un programa). Estos lenguajes permiten al programador olvidarse por completo del funcionamiento interno de la maquina/s para la que están diseñando el programa. Tan solo necesitan un traductor que entiendan el código fuente como las características de la maquina. Suelen usar tipos de datos para la programación y hay lenguajes de propósito general (cualquier tipo de aplicación) y de propósito especifico (como FORTRAN para trabajos científicos). Ejemplos de estos lenguajes de alto nivel son PASCAL, APL y FORTRAN (para aplicaciones científicas), COBOL (para aplicaciones de procesamiento de datos),
SNOBOL (para aplicaciones de procesamiento de textos), LISP y PROLOG (para aplicaciones de inteligencia artificial), C y ADA (para aplicaciones de programación de sistemas) y PL/I (para aplicaciones de propósitos generales) .
4.5. GENERADORES DE APLICACIONES ó 4º NIVEL Posteriormente, usando estos lenguajes, se han redactado programas destinados a facilitar un número variado de operaciones en campos de aplicación específicos como simulación de fenómenos físicos, manipulación de datos estadísticos, etc. Los más avanzados y flexibles de estos programas son las planillas electrónicas u hojas de cálculo y los programas de administración de archivos o bases de datos Dados que tales aplicaciones no "hacen nada" sin que el usuario defina ciertas estructuras y ciertas operaciones, pueden ser consideradas como "generadores" de aplicaciones, aunque este nombre se reserva habitualmente para niveles más avanzados en que los usuarios pueden generar sistemas muy diferentes unos de otros, con "herramientas" que se parecen a lenguajes de programación. Estas herramientas conforman los lenguajes de cuarto nivel que son por esencia "programas para crear programas" con una finalidad específica, como el "CASE" destinado a facilitar el trabajo de los analistas de sistemas.
CAPÍTULO V: ELEMENTOS DE UN LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN 5.1. ELEMENTOS SINTÁCTICOS DE UN LENGUAJE El estilo sintáctico general de un lenguaje está dado por la selección de diversos elementos sintácticos básicos. Los más destacados son:
Conjunto de caracteres: La elección del conjunto de caracteres es la primera que se hace al proyectar una sintaxis de lenguaje. Se usan palabras de 8 bits aunque cada vez más se consideran las representaciones de 16 bits (65.536 caracteres diferentes).
Identificadores: La sintaxis básica para identificadores, una cadena de letras y dígitos que comienzan
con una
letra,
tiene amplia aceptación.
Las
variaciones entre lenguajes se encuentra entre los signos de puntuación admitidos (“.” , ”,” , ”-“, “_”...).
Símbolos de operadores: Casi todos los lenguajes emplean los caracteres especiales “+” y “-“ para representar las dos operaciones aritméticas básicas. También adoptan alguna combinación y utilización de caracteres especiales para ciertos operadores.
Palabras clave y palabras reservadas: Una palabra clave es un identificador que se usa como una parte fija de la sintaxis de un enunciado (ej. IF). El análisis sintáctico durante la traducción se facilita usando palabras reservadas. La adicción de una nueva palabra reservada al lenguaje significa que todo programa antiguo que utilice ese identificador como nombre de variable (u otro nombre) ya no es sintácticamente correcto.
Palabras pregoneras: Son palabras opcionales que se insertan en los enunciados para mejorar la legibilidad.
Comentarios: Ayudan a documentar el programa.
Espacios en blanco: Sus regla varían entre los lenguajes.
Delimitadores y corchetes: Un delimitador es un elemento sintáctico que se usa simplemente para señalar el principio o el final de alguna unidad sintáctica, como un enunciado o expresión. Se pueden usar simplemente para mejorar la legibilidad o simplificar el análisis sintáctico.
Formatos de campos libres y fijos: Una sintaxis es de campo fijo si los enunciados de programa se pueden escribir en cualquier parte de un renglón de entrada sin que importe la posición sobre el renglón o las interrupciones entre renglones. Una sintaxis de campo fijo utiliza la posición sobre un renglón de entrada para transmitir información.
Expresiones: Son los bloques sintácticos de construcción a partir de los cuales se construyen enunciados (y a veces programas).
Enunciados: Constituyen el componente sintáctico más destacado en los lenguajes imperativos. Su sintaxis tiene un efecto decisivo sobre la regularidad, legibilidad y facilidad de escritura generales del lenguajes.
5.2. TIPOS DE DATOS Un tipo de datos es una clase de objetos de datos ligados a un conjunto de operaciones para crearlos y manipularlos. Todo lenguaje tiene un conjunto de tipos primitivos de datos que están integrados el lenguaje. Además, un lenguaje puede proveer recursos que permitan al programador definir nuevos tipos de datos. Los elementos básicos de una especificación de un tipo de datos son: A. Los atributos que distinguen objetos de datos de ese tipo. B. Los valores que los objetos de datos de ese tipo puede tener, y
C. Las operaciones que definen las posibles manipulaciones de objetos de datos de ese tipo. Los elementos básicos de la implementación de un tipo de datos son: A. La representación de almacenamiento. B. La manera en que las operaciones definidas para el tipo de datos se representan en términos de algoritmos o procedimientos particulares que manipulan la representación de almacenamiento elegida para los objetos de datos.
5.3. NOTACIONES DE EXPRESIONES El operador binario se aplica a los operandos. En notación infija, un operador binario se coloca entre sus operandos, como en la expresión a + b. Otras opciones son la notación prefija (polaca) , en la cual el operador aparece primero, como en +ab , y la notación postfija (polaca inversa) en la cual el operador se escribe al final, como en ab+. Los paréntesis no son necesarios en notación prefija o postfija, debido a que los operandos de cada operador pueden encontrarse sin peligro de ambigüedad.
Ejemplo:
(X+Y)* Z
Notación Prefija: [ + XY ] * Z * + XYZ Notación Postfija: [ XY +] * Z XY + Z *
5.4. PROPIEDAD ASOCIATIVA Y PRECEDENCIA Convención Tradicional. ↑
Exponenciación
* , /
Multiplicación, división
+ , -
Suma, resta
5.5. REPRESENTACIÓN DE ÁRBOL PARA EXPRESIONES Ejemplo.
INFIJA : b * b - 4 * a * c PREFIJA : - * b b * * 4 a c POSTFIJA : b b * 4 a * c * -
Árbol de sintaxis abstracta
5.6. EVALUACIÓN DE EXPRESIONES 5.6.1.EVALUACIÓN MEDIANTE LA RECONSTRUCCIÓN DE UN ÁRBOL. 7 * 7- 4 *2 * 3
5.6.2.EVALUACIÓN MEDIANTE UNA PILA 1. Traduzca a notación postfija la expresión que se evaluará. 2. Recorra la notación postfija de izquierda a derecha. a) Al encontrar una constante introduzca su valor a la pila b) Al encontrar un operador binario extraiga dos valores de la pila,
aplique el operador a esos valores e introduzca el resultado en la pila. 3. Después de recorrer toda la notación postfija, el valor de la expresión se encuentra en el tope de la pila. Ejemplo: Expresión 77*42*3*7*42*3**42*3*42*3*2*3**3*3**-
Pila auxiliar 7 77 49 49 4 49 4 2 49 8 49 8 3 49 24 25
Comentario Introduzca 7 Introduzca 7 Multiplique Introduzca 4 Introduzca 2 Multiplique Introduzca 3 Multiplique Reste
A) Algoritmo para transformar una notación infija a postfija. Paréntesis
:()
Potenciación
: ↑
Mayor prioridad
Multiplicación , División : * , / Suma , Resta
:+,-
Descripción Solución: 1. La expresión se va leyendo carácter a carácter, los operandos pasan directamente a formar parte de la expresión en postfija. 2. Los operadores se meten en la pila siempre que esta este vacía o bien siempre que tengan mayor prioridad que el operador cima de la pila (o bien igual si es la máxima prioridad). Si la prioridad es menor o igual
se saca el elemento cima de la pila y se vuelve a hacer la comparación con el elemento cima. 3. Los paréntesis izquierdos siempre se meten en la pila con la mínima prioridad. Cuando se lee un paréntesis derecho, hay que sacar todos los operadores de la pila pasando a formar parte de la expresión postfija, hasta llegar a un paréntesis izquierdo, el cual se elimina, ya que los paréntesis no forman parte de la expresión postfija. 4. El algoritmo termina cuando no hay más caracteres en la expresión y la pila esta vacía.
Ejemplo: A* ( B +C - ( D /E ↑ F )- G ) – H caracter leído A * ( B + C ( D / E ↑ F ) G ) H
Expresión A A A AB AB ABC ABC+ AB C+ AB C+ D AB C+ D AB C+ D E AB C+ D E AB C+ D E AB C+ D E AB C+ D E AB C+ D E AB C+ D E AB C+ D E AB C+ D E AB C+ D E
F F ↑/ F ↑/ F↑/F↑/F ↑/ F ↑/ F ↑/ -
G GG- * G- *H G- * H -
Estado de la pila * *( *( *(+ *(+ *(*(-( *(-( *(-( / *(-( / *(-( / ↑ *(-( / ↑ *(*(*(* -
En la descripción realizada, se observa que el paréntesis izquierdo tiene la máxima prioridad fuera de la pila, es decir, en la notación infija; sin embargo, cuando esta dentro de la pila la prioridad es mínima. De igual forma, para tratar
el hecho de que
varios
operadores de
potenciación son evaluados de izquierda a derecha, este operador tendrá mayor prioridad cuando no esta metido en la pila que el mismo pero metido en la pila.
