C++ es un
lenguaje de programación diseñado en 1979 por Bjarne Stroustrup. La intención
de su creación fue extender al lenguaje de programación C mecanismos que
permiten la manipulación de objetos. En ese sentido, desde el punto de vista de
los lenguajes orientados a objetos, el C++ es un lenguaje híbrido.
Posteriormente
se añadieron facilidades de programación genérica, que se sumaron a los
paradigmas de programación estructurada y programación orientada a objetos. Por
esto se suele decir que el C++ es un lenguaje de programación multiparadigma.
Actualmente
existe un estándar, denominado ISO C++, al que se han adherido la mayoría de
los fabricantes de compiladores más modernos. Existen también algunos
intérpretes, tales como ROOT.
El nombre
"C++" fue propuesto por Rick Mascitti en el año 1983, cuando el
lenguaje fue utilizado por primera vez fuera de un laboratorio científico.
Antes se había usado el nombre "C con clases". En C++, la expresión
"C++" significa "incremento de C" y se refiere a que C++ es
una extensión de C.
Características
de C++
Su sintaxis
es heredada del lenguaje C.
Programa
orientado a objetos (POO).
Permite la
agrupación de instrucciones.
Lenguaje
muy didáctico, con este lenguaje puedes aprender muchos otros lenguajes con
gran facilidad.
Es portátil
y tiene un gran número de compiladores en diferentes plataformas y sistemas
operativos.
Permite la
separación de un programa en módulos que admiten compilación independiente.
Es un
lenguaje de alto nivel.
Ejemplos
A
continuación se cita un programa de ejemplo Hola mundo escrito en C++:
/* Esta
cabecera permite usar los objetos que encapsulan los descriptores stdout
y stdin:
cout(<<) y cin(>>)*/
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
cout <<
"Hola mundo" << endl;
return 0;
}
Al usar la
directiva #include se le dice al compilador que busque e interprete todos los
elementos definidos en el archivo que acompaña la directiva (en este caso,
iostream). Para evitar sobrescribir los elementos ya definidos al ponerles
igual nombre, se crearon los espacios de nombres o namespace del singular en
inglés. En este caso hay un espacio de nombres llamado std, que es donde se
incluyen las definiciones de todas las funciones y clases que conforman la
biblioteca estándar de C++. Al incluir la sentencia using namespace std le
estamos diciendo al compilador que usaremos el espacio de nombres std por lo
que no tendremos que incluirlo cuando usemos elementos de este espacio de
nombres, como pueden ser los objetos cout y cin, que representan el flujo de
salida estándar (típicamente la pantalla o una ventana de texto) y el flujo de
entrada estándar (típicamente el teclado).
La
definición de funciones es igual que en C, salvo por la característica de que
si main no va a recoger argumentos, no tenemos por qué ponérselos, a diferencia
de C, donde había que ponerlos explícitamente, aunque no se fueran a usar.
Queda solo comentar que el símbolo << se conoce como operador de
inserción, y grosso modo está enviando a cout lo que queremos mostrar por pantalla
para que lo pinte, en este caso la cadena "Hola mundo". El mismo
operador << se puede usar varias veces en la misma sentencia, de forma
que gracias a esta característica podremos concatenar el objeto endl al final,
cuyo resultado será imprimir un retorno de línea.
Tipos de
datos
C++ tiene
los siguientes tipos fundamentales:
Caracteres:
char (también es un entero), wchar_t
Enteros: short, int, long, long long
Números en
coma flotante: float, double, long double
Booleanos:
bool
Vacío: void
El
modificador unsigned se puede aplicar a enteros para obtener números sin signo
(por omisión los enteros contienen signo), con lo que se consigue un rango
mayor de números naturales.
Tamaños
asociados
Según la
máquina y el compilador que se utilice los tipos primitivos pueden ocupar un
determinado tamaño en memoria. La siguiente lista ilustra el número de bits que
ocupan los distintos tipos primitivos en la arquitectura x86.
Tamaños de
tipos primitivos bajo i386 (GCC)
Tipo Número de bits
char 8
short 16
int 32
float 32
double 64
Otras
arquitecturas pueden requerir distintos tamaños de tipos de datos primitivos.
C++ no dice nada acerca de cuál es el número de bits en un byte, ni del tamaño
de estos tipos; más bien, ofrece solamente las siguientes "garantías de
tipos":
De acuerdo
al estándar C99, un tipo char debe ocupar exactamente un byte compuesto de un
mínimo de 8 bits independientemente de la arquitectura de la máquina.
El tamaño
reconocido de char es de 1. Es decir, sizeof(char) siempre devuelve 1.
Un tipo
short tiene al menos el mismo tamaño que un tipo char.
Un tipo
long tiene al menos el doble tamaño en bytes que un tipo short.
Un tipo int
tiene un tamaño entre el de short y el de long, ambos inclusive,
preferentemente el tamaño de un apuntador de memoria de la máquina. Su valor
máximo es 2147488281, usando 32 bits.
Un tipo
unsigned tiene el mismo tamaño que su versión signed.
Wchar_t
Para la
versión del estándar que se publicó en 1998, se decidió añadir el tipo de dato
wchar_t, que permite el uso de caracteres UNICODE, a diferencia del tradicional
char, que contempla simplemente al código de caracteres ASCII extendido. A su
vez, se ha definido para la mayoría de las funciones y clases, tanto de C como
de C++, una versión para trabajar con wchar_t, donde usualmente se prefija el
carácter w al nombre de la función (en ocasiones el carácter es un infijo). Por
ejemplo:
strcpy - wstrcpy
std::string - std::wstring
std::cout - std::wcout
Cabe
resaltar que en C se define wchar_t como:
typedef unsigned short wchar_t;
Mientras
que en C++ es en sí mismo un tipo de dato.
La palabra
reservada "void"
La palabra
reservada void define en C++ el concepto de no existencia o no atribución de un
tipo en una variable o declaración. Es decir, una función declarada como void
no devolverá ningún valor. Esta palabra reservada también puede usarse para
indicar que una función no recibe parámetros, como en la siguiente declaración:
int funcion
(void);
Aunque la
tendencia actual es la de no colocar la palabra "void".
Además se
utiliza para determinar que una función no retorna un valor, como en:
void
funcion (int parametro);
Cabe
destacar que void no es un tipo. Una función como la declarada anteriormente no
puede retornar un valor por medio de return: la palabra clave va sola. No es
posible una declaración del tipo:
void t;
//Está mal
En este
sentido, void se comporta de forma ligeramente diferente a como lo hace en C,
especialmente en cuanto a su significado en declaraciones y prototipos de
funciones.
Sin
embargo, la forma especial void * indica que el tipo de datos es un puntero.
Por ejemplo:
void
*memoria;
Indica que
memoria es un puntero a alguna parte, donde se guarda información de algún
tipo. El programador es responsable de definir estos "algún",
eliminando toda ambigüedad. Una ventaja de la declaración "void *" es
que puede representar a la vez varios tipos de datos, dependiendo de la
operación de cast escogida. La memoria que hemos apuntado en alguna parte, en
el ejemplo anterior, bien podría almacenar un entero, un flotante, una cadena
de texto o un programa, o combinaciones de estos. Es responsabilidad del
programador recordar qué tipo de datos hay y garantizar el acceso adecuado.
La palabra
"NULL"
Además de
los valores que pueden tomar los tipos anteriormente mencionados, existe un
valor llamado NULL, sea el caso numérico para los enteros, carácter para el
tipo char, cadena de texto para el tipo string, etc. El valor NULL, expresa,
por lo regular, la representación de una Macro, asignada al valor
"0".
Tenemos
entonces que:
void*
puntero = NULL;
int entero
= NULL;
bool
boleana = NULL;
char
caracter = NULL;
El valor de
las variables anteriores nos daría 0. A diferencia de la variable
"caracter", que nos daría el equivalente a NULL, '\0', para caracteres.
Principios
Todo
programa en C++ debe tener la función principal main() (a no ser que se
especifique en tiempo de compilación otro punto de entrada, que en realidad es
la función que tiene el main())
int main()
{}
La función
principal del código fuente main debe tener uno de los siguientes prototipos:
int main()
int main(int argc, char** argv)
Aunque no
es estándar algunas implementaciones permiten
int main(int argc, char** argv, char** env)
La primera
es la forma por omisión de un programa que no recibe parámetros ni argumentos.
La segunda forma tiene dos parámetros: argc, un número que describe el número
de argumentos del programa (incluyendo el nombre del programa mismo), y argv,
un puntero a un array de punteros, de argc elementos, donde el elemento argv[i]
representa el i-ésimo argumento entregado al programa. En el tercer caso se
añade la posibilidad de poder acceder a las variables de entorno de ejecución
de la misma forma que se accede a los argumentos del programa, pero reflejados
sobre la variable env.
El tipo de
retorno de main es un valor entero int. Al finalizar la función main, debe
incluirse el valor de retorno (por ejemplo, return 0;, aunque el estándar prevé
solamente dos posibles valores de retorno: EXIT_SUCCESS y EXIT_FAILURE,
definidas en el archivo cstdlib), o salir por medio de la función exit.
Alternativamente puede dejarse en blanco, en cuyo caso el compilador es
responsable de agregar la salida adecuada.
El concepto
de clase
Véase
también: Clase (informática)
Los objetos
en C++ son abstraídos mediante una clase. Según el paradigma de la programación
orientada a objetos un objeto consta de:
Identidad,
que lo diferencia de otros objetos (Nombre que llevará la clase a la que
pertenece dicho objeto).
Métodos o
funciones miembro.
Atributos o
variables miembro.
Un ejemplo
de clase que podemos tomar es la clase perro. Cada perro comparte unas
características (atributos). Su número de patas, el color de su pelaje o su
tamaño son algunos de sus atributos. Las funciones que lo hagan ladrar, cambiar
su comportamiento... esas son las funciones de la clase.
Este es
otro ejemplo de una clase:
class Punto
{
//por
omisión, los miembros son 'private' para que solo se puedan modificar desde la
propia clase.
private:
// Variable miembro privada
int id;
protected:
// Variables miembro protegidas
int x;
int y;
public:
// Constructor
Punto();
// Destructor
~Punto();
// Funciones miembro o métodos
int ObtenerX();
int ObtenerY();
};
Constructores
Véase
también: Constructor (informática)
Son unos
métodos especiales que se ejecutan automáticamente al crear un objeto de la
clase. En su declaración no se especifica el tipo de dato que devuelven, y
poseen el mismo nombre que la clase a la que pertenecen. Al igual que otros
métodos, puede haber varios constructores sobrecargados, aunque no pueden
existir constructores virtuales.
Como
característica especial a la hora de implementar un constructor, justo después
de la declaración de los parámetros, se encuentra lo que se llama "lista
de inicializadores". Su objetivo es llamar a los constructores de los
atributos que conforman el objeto a construir.
Cabe
destacar que no es necesario declarar un constructor al igual que un
destructor, pues el compilador lo puede hacer, aunque no es la mejor forma de
programar.
Tomando el
ejemplo de la Clase Punto, si deseamos que cada vez que se cree un objeto de
esta clase las coordenadas del punto sean igual a cero podemos agregar un
constructor como se muestra a continuación:
class Punto
{
public:
float x;
// Coordenadas del punto
float y;
// Constructor
Punto() : x(0), y(0){ // Inicializamos las
variables "x" e "y"
}
};
// Main
para demostrar el funcionamiento de la clase
# include
<iostream> // Esto nos permite utilizar "cout"
using namespace std;
int main () {
Punto MiPunto; // creamos un elemento de la clase
Punto llamado MiPunto
cout << "Coordenada X: "
<< MiPunto.x << endl; //
mostramos el valor acumulado en la variable x
cout << "Coordenada Y: "
<< MiPunto.y << endl; //
mostramos el valor acumulado en la variable y
getchar(); // le indicamos al programa que
espere al buffer de entrada (detenerse)
return 0;
}
Si
compilamos y ejecutamos el anterior programa, obtenemos una salida que debe ser
similar a la siguiente:
Coordenada
X: 0 Coordenada Y: 0
Existen
varios tipos de constructores en C++:
Constructor
predeterminado. Es el constructor que no recibe ningún parámetro en la función.
Si no se definiera ningún constructor, el sistema proporcionaría uno
predeterminado. Es necesario para la construcción de estructuras y contenedores
de la STL.
Constructor
de copia. Es un constructor que recibe un objeto de la misma clase, y realiza
una copia de los atributos del mismo. Al igual que el predeterminado, si no se
define, el sistema proporciona uno.
Constructor
de conversión. Este constructor, recibe como único parámetro, un objeto o
variable de otro tipo distinto al suyo propio. Es decir, convierte un objeto de
un tipo determinado a otro objeto del tipo que estamos generando.
Constructores
+ Memoria heap Un objeto creado de la forma que se vio hasta ahora, es un
objeto que vive dentro del scope(las llaves { }) en el que fue creado. Para que
un objeto pueda seguir viviendo cuando se saque del scope en el que se creó, se
lo debe crear en memoria heap. Para esto, se utiliza el operador new, el cual
asigna memoria para almacenar al objeto creado, y además llama a su
constructor(por lo que se le pueden enviar parámetros). El operador new se
utiliza de la siguiente manera:
int main()
{
Punto *unPunto = new Punto(); //esto llama al
constructor que se describe más arriba
delete unPunto; //no hay que olvidarse de
liberar la memoria ocupada por el objeto(ver la sección destructores, más
abajo)
return 0;
}
Además, con
el operador new[] se pueden crear arrays (colecciones o listas ordenadas) de
tamaño dinámico:
Punto
*asignar(int cuantos) {
return new Punto[cuantos]; //asigna un array
de 'cuantos' puntos(se llama el constructor que se muestra más arriba), y se
retorna.
}
Destructores
Véase
también: Destructor (informática)
Los
destructores son funciones miembro especiales llamadas automáticamente en la
ejecución del programa, y por tanto no tienen por qué ser llamadas
explícitamente por el programador. Sus principales cometidos son:
Liberar los
recursos computacionales que el objeto de dicha clase haya adquirido en tiempo
de ejecución al expirar este.
Quitar los
vínculos que pudiesen tener otros recursos u objetos con este.
Los
destructores son invocados automáticamente al alcanzar el flujo del programa el
fin del ámbito en el que está declarado el objeto. El único caso en el que se
debe invocar explícitamente al destructor de un objeto, es cuando este fue
creado mediante el operador new, es decir, que este vive en memoria heap, y no
en la pila de ejecución del programa. La invocación del destructor de un objeto
que vive en heap se realiza a través del operador delete o delete[] para
arrays. Ejemplo:
int main()
{
int *unEntero = new int(12); //asignamos un entero en memoria heap
con el valor 12
int *arrayDeEnteros = new int[25];
//asignamos memoria para 25 enteros(no están inicializados)
delete unEntero; //liberamos la memoria que
ocupaba unEntero
delete[] arrayDeEnteros; //liberamos la memoria ocupada por
arrayDeEnteros
return 0;
}
Si no se
utilizara el operador delete y delete[] en ese caso, la memoria ocupada por
unEntero y arrayDeEnteros respectivamente, quedaría ocupada sin sentido. Cuando
una porción de memoria queda ocupada por una variable que ya no se utiliza, y
no hay forma de acceder a ella, se denomina un 'memory leak'. En aplicaciones
grandes, si ocurren muchos memory leaks, el programa puede terminar ocupando
bastante más memoria RAM de la que debería, lo que no es para nada conveniente.
Es por esto, que el manejo de memoria heap debe usarse conscientemente.
Existen dos
tipos de destructores pueden ser públicos o privados, según si se declaran:
Si es
público se llama desde cualquier parte del programa para destruir el objeto.
Si es
privado no se permite la destrucción del objeto por el usuario.
El uso de
destructores es clave en el concepto de Adquirir Recursos es Inicializar.
Funciones
miembro
Función
miembro es aquella que está declarada en ámbito de clase. Son similares a las
funciones habituales, con la salvedad de que el compilador realizara el proceso
de Decoración de nombre (Name Mangling en inglés): Cambiará el nombre de la
función añadiendo un identificador de la clase en la que está declarada,
pudiendo incluir caracteres especiales o identificadores numéricos. Este
proceso es invisible al programador. Además, las funciones miembro reciben
implícitamente un parámetro adicional: El puntero this, que referencia al
objeto que ejecuta la función.
Las
funciones miembro se invocan accediendo primero al objeto al cual refieren, con
la sintaxis: myobject.mymemberfunction(), esto es un claro ejemplo de una
función miembro.
Caso
especial es el de las funciones miembro estáticas. A pesar de que son declaradas
dentro de la clase, con el uso de la palabra clave static no recibirán el
puntero this. Gracias a esto no es necesario crear ninguna instancia de la
clase para llamar a esta función, sin embargo, solo se podrá acceder a los
miembros estáticos de la clase dado que estos no están asociados al objeto sino
al tipo. La sintaxis para llamar a esta función estática es
mytype::mystaticmember().
Plantillas
Las
plantillas son el mecanismo de C++ para implantar el paradigma de la
programación genérica. Permiten que una clase o función trabaje con tipos de
datos abstractos, especificándose más adelante cuales son los que se quieren
usar. Por ejemplo, es posible construir un vector genérico que pueda contener
cualquier tipo de estructura de datos. De esta forma se pueden declarar objetos
de la clase de este vector que contengan enteros, flotantes, polígonos,
figuras, fichas de personal, etc.
La
declaración de una plantilla se realiza anteponiendo la declaración template
<typename A,....> a la declaración de la estructura (clase, estructura o
función) deseado.
Por
ejemplo:
template
<typename T>
T max(const T &x, const T &y) {
return (x > y) ? x : y; //si x > y,
retorna x, sino retorna y
}
La función
max() es un ejemplo de programación genérica, y dados dos parámetros de un tipo
T (que puede ser int, long, float, double, etc.) devolverá el mayor de ellos
(usando el operador >). Al ejecutar la función con parámetros de un cierto
tipo, el compilador intentará "calzar" la plantilla a ese tipo de
datos, o bien generará un mensaje de error si fracasa en ese proceso.
Especialización
El
siguiente ejemplo:
template
<typename A> int myfunction(A a);
crea una
plantilla bajo la cual pueden ser definidas en el código de cabecera
cualesquiera funciones especializadas para un tipo de datos como int
myfunction(int), int myfunction(std::string), int myfunction(bool), etcétera:
int myfunction (int a) {
return a + 5;
};
int myfunction (std::string a) {
return -a.size();
};
int myfunction (bool a) {
return (a & rand()); //Si a es verdadero,
devuelve un número aleatorio; en caso contrario devuelve 0
};
Cada una de
estas funciones tiene su propia definición (cuerpo). Cada cuerpo diferente, no
equivalente ("no convertible") corresponde a una especialización. Si
una de estas funciones no fuera definida, el compilador tratará de aplicar las
conversiones de tipos de datos que le fuesen permitidas para "calzar"
una de las plantillas, o generará un mensaje de error si fracasa en ese
proceso.
Todas las
definiciones habilitadas de una plantilla deben estar disponibles al momento de
la compilación, por lo cual no es posible actualmente "compilar" una
plantilla como archivo de objeto, sino simplemente compilar especializaciones
de la plantilla. Por lo tanto, las plantillas se distribuyen junto con el
código fuente de la aplicación. En otras palabras, no es posible compilar la
plantilla std::vector< > a código objeto, pero sí es posible, por
ejemplo, compilar un tipo de datos std::vector<std::string>.
Clases abstractas
En C++ es
posible definir clases abstractas. Una clase abstracta, o clase base abstracta
(ABC), es una que está diseñada solo como clase padre de las cuales se deben
derivar clases hijas. Una clase abstracta se usa para representar aquellas
entidades o métodos que después se implementarán en las clases derivadas, pero
la clase abstracta en sí no contiene ninguna implementación -- solamente
representa los métodos que se deben implementar. Por ello, no es posible
instanciar una clase abstracta, pero sí una clase concreta que implemente los
métodos definidos en ella.
Las clases
abstractas son útiles para definir interfaces, es decir, un conjunto de métodos
que definen el comportamiento de un módulo determinado. Estas definiciones
pueden utilizarse sin tener en cuenta la implementación que se hará de ellos.
En C++ los
métodos de las clases abstractas se definen como funciones virtuales puras.
class Abstracta
{
public:
virtual int
metodo() = 0;
}
class ConcretaA : public Abstracta
{
public:
int metodo()
{
//haz algo
return foo () +
2;
}
};
class ConcretaB : public Abstracta
{
public:
int metodo()
{
//otra implementación
return baz () - 5;
}
};
En el
ejemplo, la clase ConcretaA es una implementación de la clase Abstracta, y la
clase ConcretaB es otra implementación. Debe notarse que el = 0 es la notación
que emplea C++ para definir funciones virtuales puras.
Espacios de
nombres
Una adición
a las características de C son los espacios de nombre (namespace en inglés),
los cuales pueden describirse como áreas virtuales bajo las cuales ciertos
nombres de variable o tipos tienen validez. Esto permite evitar las ocurrencias
de conflictos entre nombres de funciones, variables o clases.
El ejemplo
más conocido en C++ es el espacio de nombres std::, el cual almacena todas las
definiciones nuevas en C++ que difieren de C (algunas estructuras y funciones),
así como las funcionalidades propias de C++ (streams) y los componentes de la
biblioteca STL.
Por
ejemplo:
# include
<iostream>
// Las
funciones en esta cabecera existen dentro del espacio de nombres std::
namespace
mi_paquete{
int mi_valor;
};
int main()
{
int mi_valor = 3;
mi_paquete::mi_valor = 4;
std::cout << mi_valor << '\n';
// imprime '3'
std::cout << mi_paquete::mi_valor
<< '\n'; // imprime '4'
return 0;
}
Como puede
verse, las invocaciones directas a mi_valor darán acceso solamente a la
variable descrita localmente; para acceder a la variable del espacio de nombres
mi_paquete es necesario acceder específicamente el espacio de nombres. Un atajo
recomendado para programas sencillos es la directiva using namespace, que
permite acceder a los nombres de variables del paquete deseado en forma
directa, siempre y cuando no se produzca alguna ambigüedad o conflicto de
nombres.
Herencia
Existen
varios tipos de herencia entre clases en el lenguaje de programación C++. Estos
son:
Herencia
simple
La herencia
en C++ es un mecanismo de abstracción creado para poder facilitar y mejorar el
diseño de las clases de un programa. Con ella se pueden crear nuevas clases a
partir de clases ya hechas, siempre y cuando tengan un tipo de relación
especial.
En la
herencia, las clases derivadas "heredan" los datos y las funciones
miembro de las clases base, pudiendo las clases derivadas redefinir estos
comportamientos (polimorfismo) y añadir comportamientos nuevos propios de las
clases derivadas. Para no romper el principio de encapsulamiento (ocultar datos
cuyo conocimiento no es necesario para el uso de las clases), se proporciona un
nuevo modo de visibilidad de los datos/funciones: "protected".
Cualquier cosa que tenga visibilidad protected se comportará como pública en la
clase Base y en las que componen la jerarquía de herencia, y como privada en
las clases que NO sean de la jerarquía de la herencia.
Antes de
utilizar la herencia, nos tenemos que hacer una pregunta, y si tiene sentido,
podemos intentar usar esta jerarquía: Si la frase <claseB> ES-UN
<claseA> tiene sentido, entonces estamos ante un posible caso de herencia
donde clase A será la clase base y clase B la derivada.
Ejemplo:
clases Barco, Acorazado, Carguero, etc. Un Acorazado ES-UN Barco, un Carguero
ES-UN Barco, un Trasatlántico ES-UN Barco, etc.
En este
ejemplo tendríamos las cosas generales de un Barco (en C++)
class Barco
{
protected:
char* nombre;
float peso;
public:
//Constructores y demás funciones básicas
de barco
};
y ahora las
características de las clases derivadas, podrían (a la vez que heredan las de
barco) añadir cosas propias del subtipo de barco que vamos a crear, por
ejemplo:
class
Carguero: public Barco { // Esta es la manera de especificar que hereda de Barco
private:
float carga;
//El resto de cosas
};
class
Acorazado: public Barco {
private:
int numeroArmas;
int Soldados;
// El resto de cosas
};
Por último,
hay que mencionar que existen 3 clases de herencia que se diferencian en el
modo de manejar la visibilidad de los componentes de la clase resultante:
Herencia
pública (class Derivada: public Base ): Con este tipo de herencia se respetan
los comportamientos originales de las visibilidades de la clase Base en la clase
Derivada.
Herencia
privada (clase Derivada: private Base): Con este tipo de herencia todo
componente de la clase Base, será privado en la clase Derivada (las propiedades
heredadas serán privadas aunque estas sean públicas en la clase Base)
Herencia
protegida (clase Derivada: protected Base): Con este tipo de herencia, todo
componente público y protegido de la clase Base, será protegido en la clase
Derivada, y los componentes privados, siguen siendo privados.
Herencia
múltiple
La herencia
múltiple es el mecanismo que permite al programador hacer clases derivadas a
partir, no de una sola clase base, sino de varias. Para entender esto mejor,
pongamos un ejemplo: Cuando ves a quien te atiende en una tienda, como persona
que es, podrás suponer que puede hablar, comer, andar, pero, por otro lado,
como empleado que es, también podrás suponer que tiene un jefe, que puede
cobrarte dinero por la compra, que puede devolverte el cambio, etc. Si esto lo
trasladamos a la programación sería herencia múltiple (clase empleado_tienda):
class
Persona {
...
Hablar();
Caminar();
...
};
class
Empleado {
Persona jefe;
int sueldo;
Cobrar();
...
};
class
EmpleadoTienda: public Persona, Empleado {
...
AlmacenarStock();
ComprobarExistencias();
...
};
Por tanto,
es posible utilizar más de una clase para que otra herede sus características.
Sobrecarga
de operadores
La
sobrecarga de operadores es una forma de hacer polimorfismo. Es posible definir
el comportamiento de un operador del lenguaje para que trabaje con tipos de
datos definidos por el usuario. No todos los operadores de C++ son factibles de
sobrecargar, y, entre aquellos que pueden ser sobrecargados, se deben cumplir
condiciones especiales. En particular, los operadores sizeof y :: no son sobrecargables.
No es
posible en C++ crear un operador nuevo.
Los
comportamientos de los operadores sobrecargados se implementan de la misma
manera que una función, salvo que esta tendrá un nombre especial: Tipo de dato
de devolución operator<token del operador>(parámetros)
Los
siguientes operadores pueden ser sobrecargados:
Operadores
Unarios
Operador *
(de indirección)
Operador
-> (de indirección)
Operador
& (de dirección)
Operador +
Operador -
Operador ++
Operador --
Operadores
Binarios
Operador ==
Operador +
Operador -
Operador *
Operador /
Operador %
Operador
<<
Operador
>>
Operador
&
Operador ^
Operador |
Operador []
Operador ()
Operadores
de Asignación
Operador =
Operador +=
Operador -=
Operador *=
Operador /=
Operador %=
Operador
<<=
Operador
>>=
Operador
&=
Operador ^=
Operador |=
Dado que
estos operadores son definidos para un tipo de datos definido por el usuario,
este es libre de asignarles cualquiera semántica que desee. Sin embargo, se
considera de primera importancia que las semánticas sean tan parecidas al
comportamiento natural de los operadores como para que el uso de los operadores
sobrecargados sea intuitivo. Por ejemplo, el uso del operador unario - debiera
cambiar el "signo" de un "valor".
Los
operadores sobrecargados no dejan de ser funciones, por lo que pueden devolver
un valor, si este valor es del tipo de datos con el que trabaja el operador,
permite el encadenamiento de sentencias. Por ejemplo, si tenemos 3 variables A,
B y C de un tipo T y sobrecargamos el operador = para que trabaje con el tipo
de datos T, hay dos opciones: si el operador no devuelve nada una sentencia
como "A=B=C;" (sin las comillas) daría error, pero si se devuelve un
tipo de datos T al implementar el operador, permitiría concatenar cuantos
elementos se quisieran, permitiendo algo como "A=B=C=D=...;"
Standard
Template Library (STL)
Artículo
principal: Standard Template Library
Los
lenguajes de programación suelen tener una serie de bibliotecas de funciones
integradas para la manipulación de datos a nivel más básico. En C++, además de
poder usar las bibliotecas de C, se puede usar la nativa STL (Standard Template
Library), propia del lenguaje. Proporciona una serie plantillas (templates) que
permiten efectuar operaciones sobre el almacenado de datos, procesado de
entrada/salida.
Biblioteca
de entrada y salida
Las clases
basic_ostream y basic_stream, y los objetos cout y cin, proporcionan la entrada
y salida estándar de datos (teclado/pantalla). También está disponible cerr,
similar a cout, usado para la salida estándar de errores. Estas clases tienen
sobrecargados los operadores << y >>, respectivamente, con el
objeto de ser útiles en la inserción/extracción de datos a dichos flujos. Son
operadores inteligentes, ya que son capaces de adaptarse al tipo de datos que
reciben, aunque tendremos que definir el comportamiento de dicha entrada/salida
para clases/tipos de datos definidos por el usuario. Por ejemplo:
ostream&
operator<<(ostream& fs, const Punto& punto)
{
return fs << punto.x <<
"," << punto.y;
}
De esta
forma, para mostrar un punto, solo habría que realizar la siguiente expresión:
//...
Punto
p(4,5);
//...
cout
<< "Las coordenadas son: " << p << endl;
//...
Es posible
formatear la entrada/salida, indicando el número de dígitos decimales a
mostrar, si los textos se pasarán a minúsculas o mayúsculas, si los números
recibidos están en formato octal o hexadecimal, etc.
Fstreams
Tipo de
flujo para el manejo de ficheros. La definición previa de ostreams/istreams es
aplicable a este apartado. Existen tres clases (ficheros de lectura, de
escritura o de lectura/escritura): ifstream,ofstream y fstream.
Como abrir
un fichero: (nombre_variable_fichero).open("nombre_fichero.dat/txt",
ios::in); para abrirlo en modo lectura.
(nombrevariablefichero).open("nombre_fichero.dat/txt", ios::out);
para abrirlo en modo escritura.
Ejemplo:
f.open("datos.txt", ios::in);
Como cerrar
el fichero: nombre_variable_fichero.close();
Ejemplo:
f.close();
Leer un
fichero:
1-Si es
fichero de texto plano:
#include <fstream>
#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
ifstream entrada;
entrada.open("textoPlano.txt");
string unString;
while(entrada >> unString)
cout << "Lei: "
<< unString << endl;
return 0;
}
2-Si es un
fichero binario(.dat);
nombre_variable_fichero.read((char*)&nombre_variable, sizeof(tipo_variable));
Ejemplo:
f.read((char*)&e,
sizeof(int));
Escribir un
fichero:
1-Si es
fichero de texto(.txt):
nombrevariable<<"texto";
donde "texto" puede ser también una variable de cualquier tipo
primitivo, o un string.
Ejemplo: f<<HOLA;
2-Si es un
fichero binario(.dat);
nombre_variable_fichero.write((char*)&nombre_variable,
sizeof(tipo_variable));
Ejemplo:
f.write((char*)&e,
sizeof(int));
Pueden
abrirse pasando al constructor los parámetros relativos a la ubicación del
fichero y el modo de apertura:
Sstreams
Se destacan
dos clases, ostringstream e istringstream. Todo lo anteriormente dicho es
aplicable a estas clases. Tratan a una cadena como si de un flujo de datos se
tratase. ostringstream permite elaborar una cadena de texto insertando datos
cual flujo, e istringstream puede extraer la información contenida en una
cadena (pasada como parámetro en su constructor) con el operador >>.
Ejemplos:
ostringstream
s;
s <<
nombre << "," << edad << "," <<
estatura << "," << punto(5,6) << endl;
cout
<< s.str();
istringstream
s(cadena);
s >>
nombre >> edad >> estatura >> p;
Contenedores
Son clases
plantillas especiales utilizadas para almacenar tipos de datos genéricos, sean
cuales sean. Todos los contenedores son homogéneos, es decir, una vez que se
declaran para contener un tipo de dato determinado, en ese contenedor, solo se
podrán meter elementos de ese tipo. Según la naturaleza del almacenado,
disponemos de varios tipos:
Vectores:
Se definen por
vector<tipo_de_dato>
nombre_del_vector;
Son arrays
(o listas ordenadas) que se redimensionan automáticamente al agregar nuevos
elementos, por lo que se le pueden agregar "teóricamente", infinitos
elementos. Los vectores nos permiten acceder a cualquier elemento que contenga,
mediante el operador[]. Debe tenerse en cuenta que si se intenta acceder a una
posición que excede los límites del vector, este no hará ningún chequeo, por lo
que se debe ser cuidadoso al utilizar este operador. Para asegurar un acceso
seguro al vector, se puede utilizar el método at(int), que lanza una excepción
de tipo std::out_of_range en caso de que esto ocurra.
Para añadir
elementos al final del vector, se utiliza el método push_back(const T&).
Por otro lado, para eliminar un elemento del final del vector, se debe usar el
método pop_back().
#include
<vector> //librería que contiene a la clase vector
#include
<iostream>
using
namespace std;
int main()
{
vector<int> intVector; //crea un vector de enteros (sin elementos)
intVector.push_back(25); //agrega el entero
25 al vector
cout << "El primer elemento es:
" << intVector.front() <<
" y mi vector tiene " <<
intVector.size() << " elementos." << endl; //imprime el
primer elemento, retornado por el método front()
intVector.push_back(32); //agrego el entero
32 al vector
cout << "El primer elemento es:
" << intVector[0] << endl; //imprime 25
intVector.pop_back(); //elimina el último elemento del vector (i.
e. 32)
cout << "Ahora tengo: "
<< intVector.size() << " elementos." << endl;
//imprimirá 1
return 0;
}
Colas
dobles: son parecidas a los vectores, pero tienen mejor eficiencia para agregar
o eliminar elementos en las "puntas".
deque<tipo_de_dato>
nombre_de_la_cola;
Además de
los métodos push_back(const T&) y pop_back(), se agregan los métodos
push_front(const T&) y pop_front(), que realizan lo mismo que los ya
explicados, pero en el comienzo de la cola.
#include
<deque> //librería de deques
using
namespace std;
int main()
{
deque<int> intDeque;
intDeque.push_front(25);
intDeque.push_back(12);
while(intDeque.size())
intDeque.pop_back(); //borra todos los
elementos
return 0;
}
Listas: Son
eficientes a la hora de agregar elementos. La diferencia con las colas dobles,
es que son más eficientes para eliminar elementos que no estén en alguna de las
"puntas"
list<tipo_de_dato>
nombre_de_la_lista;
Adaptadores
de secuencia.
Contenedores
asociativos: map y multimap, que permiten asociar una "clave" con un
"valor". map no permite valores repetidos, mientras que multimap si.
map<tipo_de_llave,
tipo_de_dato> nombre_del_map;
multimap<tipo_de_llave,
tipo_de_dato> nombre_del_multimap;
#include
<map> //librería que contiene a map y multimap
#include
<string> //librería de strings
#include
<iostream> //librería de entrada/salida
using
namespace std;
int main()
{
map<int, string> intAString;
intAString[1] = "uno";
intAString[10] = "diez";
cout << "En intAString[1]: "
<< intAString[1] << endl;
cout << "En intAString[10]: "
<< intAString[10] << endl;
return 0;
}
Contenedores
asociativos: set y multiset, que ofrecen solamente la condición de
"pertenencia", sin la necesidad de garantizar un ordenamiento
particular de los elementos que contienen.
Iteradores
Pueden
considerarse como una generalización de la clase de "puntero". Un
iterador es un tipo de dato que permite el recorrido y la búsqueda de elementos
en los contenedores. Como las estructuras de datos (contenedores) son clases
genéricas, y los operadores (algoritmos) que deben operar sobre ellas son
también genéricos (funciones genéricas), Stepanov y sus colaboradores tuvieron
que desarrollar el concepto de iterador como elemento o nexo de conexión entre
ambos. El nuevo concepto resulta ser una especie de punteros que señalan a los
diversos miembros del contenedor (punteros genéricos que como tales no existen
en el lenguaje).
Algoritmos
Combinando
la utilización de templates y un estilo específico para denotar tipos y
variables, la STL ofrece una serie de funciones que representan operaciones
comunes, y cuyo objetivo es "parametrizar" las operaciones en que
estas funciones se ven involucradas de modo que su lectura, comprensión y
mantenimiento, sean más fáciles de realizar.
Un ejemplo
es la función copy, la cual simplemente copia variables desde un lugar a otro.
Más estrictamente, copia los contenidos cuyas ubicaciones están delimitadas por
dos iteradores, al espacio indicado por un tercer iterador. La sintaxis es:
copy (inicio_origen,
fin_origen, inicio_destino);
De este
modo, todos los datos que están entre inicio_origen y fin_origen, excluyendo el
dato ubicado en este último, son copiados a un lugar descrito o apuntado por
inicio_destino.
Un
algoritmo muy importante que viene implementado en la biblioteca STL, es el
sort. El algoritmo sort, ordena cualquier tipo de contenedor, siempre y cuando
se le pasen como argumentos, desde donde y hasta donde se quiere ordenarlo.
#include
<vector>
#include
<deque>
#include
<algorithm>
int main()
{
vector<int> intVector;
intVector.push_back(60);
intVector.push_back(12);
intVector.push_back(54); //para este momento,
el vector tiene 60,12,54
sort(intVector.begin(), intVector.end());
//listo, array ordenado, ahora tiene 12,54,60
/*Notar que si en vez de un vector, fuese una
deque, se ordenaría de la misma manera. */
}
Entre las
funciones más conocidas están swap (variable1, variable2), que simplemente
intercambia los valores de variable1 y variable2; max (variable1, variable2) y
su símil min (variable1, variable2), que retornan el máximo o mínimo entre dos
valores; find (inicio, fin, valor) que busca valor en el espacio de variables
entre inicio y fin; etcétera.
Los
algoritmos son muy variados, algunos incluso tienen versiones específicas para
operar con ciertos iteradores o contenedores, y proveen un nivel de abstracción
extra que permite obtener un código más "limpio", que
"describe" lo que se está haciendo, en vez de hacerlo paso a paso
explícitamente.
C++11
Artículo
principal: C++11
El 12 de
agosto de 2011, Herb Sutter, presidente del comité de estándares de C++,
informó la aprobación unánime del nuevo estándar.2 La publicación del mismo se
realizó en algún momento del 2011.
Entre las
características del nuevo estándar se pueden destacar:
Funciones
lambda;
Referencias
rvalue;
La palabra
reservada auto;
Inicialización
uniforme;
Plantillas
con número variable de argumentos.
Además se
ha actualizado la biblioteca estándar del lenguaje.
Actualidad
y futuro
La
continuidad de C++14 es C++17, que es la versión actual, y en el futuro, se
estima que en 2020, será C++20
Diferencias
de tipos respecto a C
En C++,
cualquier tipo de datos que sea declarado completo (fully qualified, en inglés)
se convierte en un tipo de datos único. Las condiciones para que un tipo de
datos T sea declarado completo son a grandes rasgos las siguientes:
Es posible
al momento de compilación conocer el espacio asociado al tipo de datos (es
decir, el compilador debe conocer el resultado de sizeof(T)).
T Tiene al
menos un constructor, y un destructor, bien declarados.
Si T es un
tipo compuesto, o es una clase derivada, o es la especificación de una
plantilla, o cualquier combinación de las anteriores, entonces las dos
condiciones establecidas previamente deben aplicar para cada tipo de dato
constituyente.
En general,
esto significa que cualquier tipo de datos definido haciendo uso de las
cabeceras completas, es un tipo de datos completo.
En
particular, y, a diferencia de lo que ocurría en C, los tipos definidos por
medio de struct o enum son tipos completos. Como tales, ahora son sujetos a
sobrecarga, conversiones implícitas, etcétera.
Los tipos
enumerados, entonces, ya no son simplemente alias para tipos enteros, sino que
son tipos de datos únicos en C++. El tipo de datos bool, igualmente, pasa a ser
un tipo de datos único, mientras que en C funcionaba en algunos casos como un
alias para alguna clase de dato de tipo entero.
Compiladores
Uno de los
compiladores libres de C++ es el de GNU, el compilador G++ (parte del proyecto
GCC, que engloba varios compiladores para distintos lenguajes). Otros
compiladores comunes son Intel C++ Compiler, el compilador de Xcode, el
compilador de Borland C++, el compilador de CodeWarrior C++, el compilador g++
de Cygwin, el compilador g++ de MinGW, el compilador de Visual C++,
Carbide.c++, entre otros.
Ejemplo:
Cmd con colores
Para
cambiar el color de la interfaz del programa se necesita la librería
"cstdlib". Su aplicación sirve para cambiar el color de fondo del cmd
y el color de las letras. Nota: Esto únicamente funciona en sistemas Windows.
Uso
#include
<cstdlib>
using
namespace std;
system("color
45");
En este
caso se ha definido el fondo de pantalla de color rojo y las letras rosadas.
Entornos de
desarrollo
Véase
también: Entorno de desarrollo integrado
Bajo
Microsoft Windows
Visual
Studio Code
Code::Blocks
Dev-C++
Visual C++
wxDev-C++
Zinjai
Open Watcom
(IDE y Dialog Editor)
CodeLite
Bajo MacOS
Xcode
Zinjai
CodeLite
Geany
Bajo DOS
Turbo C,
reemplazado por C++Builder
Bajo
GNU/Linux
Code::Blocks
NetBeans
Eclipse
Geany
Emacs
Zinjai
Kdevelop
Open Watcom
(IDE y Dialog Editor)
CodeLite
Clion
(software)
Críticas
A pesar de
su adopción generalizada, muchos programadores han criticado el lenguaje C ++,
incluyendo Linus Torvalds,3 Richard Stallman,4 y Ken Thompson.5 Los
problemas incluyen una falta de reflexión o recolector de basura, tiempos de
compilación lentos, perceived feature creep,6 y mensajes de error detallados,
particularmente de la metaprogramación de plantilla.7
Para evitar
los problemas que existen en C ++, y para aumentar la productividad,8 algunas
personas sugieren lenguajes alternativos más recientes que C ++, como D, Go,
Rust y Vala.9
Véase
también
A++
C++/CX
C++11
C++14
C++17
Referencias
Stroustrup, Bjarne (1997). «1». The C++
Programming Language (Third edición). ISBN 0201889544. OCLC 59193992.
http://herbsutter.com/2011/08/12/we-have-an-international-standard-c0x-is-unanimously-approved/
«Re: [RFC Convert builin-mailinfo.c to use The
Better String Library]», 6 de septiembre de 2007, consultado el 31 de marzo de
2015.
«Re: Efforts to attract more users?», 12 de
julio de 2010, consultado el 31 de marzo de 2015.
Andrew Binstock (18 de mayo de 2011). «Dr.
Dobb's: Interview with Ken Thompson». Archivado desde el original el 13 de
marzo de 2014. Consultado el 7 de febrero de 2014.
Pike, Rob (2012). «Less is exponentially
more».
Kreinin, Yossi (13 de octubre de 2009).
«Defective C++». Consultado el 3 de febrero de 2016.
New Languages, and Why We Need Them, MIT
Technology Review
The New Native Languages | Dr Dobb's
Bibliografía
Bjarne
Stroustrup, El lenguaje de programación C++, Addison Wesley, Madrid, 1998, ISBN
84-7829-019-2
Bjarne
Stroustrup, The C++ Programming Language, Addison-Wesley Pub Co; Tercera
edición (15 de febrero de 2000); ISBN 0-201-70073-5
Bjarne
Stroustrup, The Design and Evolution of C++, Addison-Wesley Pub Cp; Primera
edición (29 de marzo de 1994); ISBN 0-201-54330-3
Margaret A. Ellis y Bjarne Stroustrup, The Annotated C++
Reference Manual, Addison-Wesley Pub Co; (1 de enero de 1990); ISBN
0-201-51459-1
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