First Steps

Overview

Teaching: 15 min
Exercises: 5 min

Questions

• ¿Cómo creo, compilo y ejecuto mi primer programa en C++?

Objectives

• Utilizar la sintaxis básica de C++, esencialmente basada en el lenguaje C

• Ser capaz de crear, compilar y ejecutar este programa

Este episodio se centra en la forma de compilar y ejecutar programas C++ en la shell UNIX. Aunque (en cierto modo) C++ es un superconjunto del lenguaje C, nos centraremos en la sintaxis específica de C++ e intentaremos sacar partido a las capacidades introducidas en las últimas versiones (C++03, C++11, C++14).

Un primer programa en C++

Un programa de ordenador es una secuencia de instrucciones que actúan sobre un conjunto de datos. Todo programa debe tenr un punto de entrada a estas instrucciones. Como en el lenguaje C, el punto de entrada para un programa C++ es la función main, que en su forma más simple se escribe como

int main(int argc, char** argv) {
}

Como en C, la función main toma dos argumentos, un entero argc y una lista de cadenas de caracteres, argv, que en este caso no son usados. De hecho, el programa anterior no realiza ninguna tarea pues la función main no contiene ninguna instrucción. Añadiremos dos nuevas líneas de código para que el programa muestre en la consola :

#include <iostream>
int main(int argc, char** argv)
{
  std::cout << "¡Hola mundo!" << std::endl;
}

La primera línea, carga la biblioteca estándar iostream (que contiene los servicios básicos de entrada/salida en C++). Ésta biblioteca es usada por la única intrucción del programa, contenida entre llaves { }. En esta instrucción se envía (usando el operador <<) a la salida estándar std::cout (que habitualmente coincide con la consola UNIX) el texto “¡Hola mundo!” seguido por un carácter de fin de línea std::endl.

El espacio de nombres estándar

• La expresión std:: en el programa anterior especifica de forma explícita que el nombre cout se puede encontrar en el espacio de nombres de la biblioteca estándar (y lo mismo para endl). Esta biblioteca contiene muchos otros objetos y funciones interesantes, algunos de los cuales se detallarán más adelante.
• Todo espacio de nombres puede usarse, además, de forma implícita mediante la orden using namespace. Por ejemplo, el programa anterior es equivalente al siguiente (nota: C++ usa // para comentarios):

#include <iostream>
using namespace std // Los nombres de std serán visibles sin std::
int main(int argc, char** argv)
{
 cout << "¡Hola mundo!" << endl;
}

Como se puede observar en C++ se usa // para los comentarios

Compilación con GNU C++

Con frecuencia se utilizan editores especializados o entornos integrados para la compilación de ficheros C++, que permiten combinar la edición, compilación y ejecución de los programas en entornos de escritorio. Muchos de estos entornos permiten utilizar proyectos de compilación en formatos Make y/o CMake.

Algunos editores y entornos integrados recomendados

Los siguientes editores tiene en común tener una licencia libre y ser multi-plataforma (GNU/Linux, MacOS, Windows). Se presentan de menor a mayor facilidad de uso (definida como pendiente inicial de la curva de aprendizaje).

• Code::Blocks
• Eclipse
• Emacs
• Vim

En vez de optar por un entorno integrado, los conceptos serán independientes del editor utilizado. Se incluye así la posibilidad de utilizar editores (como Emacs, Vi o Nano) dentro de terminales UNIX. Este caso es usual en sesiones remotas (en entornos UNIX que son ejecutados en servidores remotos).

Edición del programa holamundo.cpp

Ejercicio: utilizando la consola UNIX:

1. Crear, dentro del directorio de inicio del usuario, un directorio llamado proyectos y dentro de él uno nuevo llamado c++
2. Crear, dentro del directorio c++, un fichero llamado holamundo.cpp que contenga el código C++ que fue introducido anteriormente

Antes de procesar el programa anterior, debemos asegurarnos de contar con un compilador C++ adecuado. Aquí nos centraremos en el compilador GNU C++, que forma parte de GCC (GNU Compiler Collection).

Instalación del compilador GNU C++

• GNU C++ tiene licencia libre y puede instalarse en todos los sistemas operativos usuales.
• En entornos GNU/Linux basados en Debian (como Ubuntu), es suficiente teclear en la consola UNIX la siguiente orden (que instalará además otras herramienteas como el compilador GNU C o la herramienta de compilación Make:

sudo apt-get install build-essential

Utilizando este compilador y suponiendo que nos encontramos, dentro de la consola UNIX, en el directorio c++, podemos compilar el programa holamundo.cpp mediante la siguiente orden:

g++ holamundo.cpp -o holamundo

Como resultado, contaremos con un programa ejecutable llamado holamundo, situado en el directorio actual. Por supuesto, el nombre holamundo puede modificarse o, incluso, la opción -o holamundo puede ser eliminada (y en este caso, el programa resultante se llamará a.out). A continuación, podemos ejecutar el programa de la siguiente forma,

./holamundo

obteniendo el siguiente resultado:

¡Hola mundo!

Otras opciones de compilación

El compilador g++ admite muchas otras opciones, entre ellas:

• -l: Utilizar una biblioteca
• -I: Explicitar un directorio desde donde incluir ficheros
• -Wall: Al compilar, mostrar tanos mensajes de aviso (warnings) como sea posible (para poder localizar posibles errores).

Por ejemplo, consideremos el siguiente programa, al que llamaremos ejemplo2.cpp

#include <iostream>
#include <cmath> // Biblioteca matemática de C
int main()
{
  // Declaramos dos números en doble precisión.
  double x, y=3; // A y le asignamos un valor
  std::cout << "La raíz de " << y << " es " << sqrt(y) << std::endl;
}

En él se calcula la raíz de y=3. Se declara una variable, x, que no se utiliza, lo que podría ser un indicio de errores en futuras versiones. Si compilamos con la opción -Wall, el compilador nos advertirá de este heho:

g++ -Wall ejemplo1 -o ejemplo1

math.cpp: In function ‘int main()’:
math.cpp:7:10: warning: unused variable ‘x’ [-Wunused-variable]
   double x, y=3; // A y le asignamos un valor
          ^

Tipos de datos, variables, funciones y aritmética

La sintaxis básica de C++ está basada en C con algunas extensiones, como muestran el siguiente ejemplos. Para conocer más detalles, puede consultarse un tutorial como el contenido en el capítulo 2 de [B. Stroustrup (4th edition)]

Un ejemplo más extenso

En el siguiente ejemplo se muestra un programa C++ que define dos funciones y, utilizándolas junto a un bucle for, las aplica a un rango de valores

#include <iostream>

// Calculate the square of double precision floating-point number
double square(double x)
{
  return x*x;
}

// Print a formated string showing the square of x
void print_square(double x)
{
  std::cout << "The square of " << x
	    << " is: " << square(x) << std::endl;
}

int main()
{
  int nSquares = 5;
  double x=1;
  for (int i=0; i<nSquares; i++)
    {
      print_square(x);
      x++;
    }
}

El resultado debe ser el siguiente:

The square of 1 is: 1
The square of 2 is: 4
The square of 3 is: 9
The square of 4 is: 16
The square of 5 is: 25

En el programa anterior se pueden observar algunas diferencias con el clásico lenguaje C. Entre ellas, la posibilidad de declarar e inicializar las variables en el cuerpo de las funciones. Por ejemplo, en el bucle for anterior, se declara y se utiliza directamente la variable que actuará como contador (int i=0).

Variantes del programa anterior

Como ejercicio, se propone programar una variante del programa anterior que:

• Sustituya la función square por $f(x)=\cos(x^2+1)$
• Sustituya el bucle for por un bucle while

Key Points

• La sintaxis de C++ es similar a la del lenguaje C (a la que extiende)

• Para imprimir hacia la consola, dirigimos los datos a la salida estándar std::cout

• Podemos usar cualquier editor para crear un programa C++

• Podemos compilarlo con GNU/C++ mediante la orden g++