C (lenguaje de programación), 1ª Parte, Concepto de “programa” – La función main( )

C, God's programming language (image, logo).
C, God's programming language (image, logo).
C, God’s programming language (image, logo).

Concepto de “programa”. Un programa –en sentido informático– está constituido por un conjunto de instrucciones que se ejecutan –ordinariamente– de modo secuencial, es decir, cada una a continuación de la anterior. Recientemente, con objeto de disminuir los tiempos de ejecución de programas críticos por su tamaño o complejidad, se está haciendo un gran esfuerzo en desarrollar programas paralelos, esto es, programas que se pueden ejecutar simultáneamente en varios procesadores. La programación paralela es mucho más complicada que la secuencial.

Análogamente a los datos que maneja, las instrucciones que un procesador digital es capaz de entender están constituidas por conjuntos de unos y ceros. A esto se llama lenguaje de máquina o binario, y es muy difícil de manejar. Por ello, desde casi los primeros años de los ordenadores, se comenzaron a desarrollar los llamados lenguajes de alto nivel (tales como el Fortran, el Cobol, etc.), que están mucho más cerca del lenguaje natural. Estos lenguajes están basados en el uso de identificadores, tanto para los datos como para las componentes elementales del programa, que en algunos lenguajes se llaman rutinas o procedimientos, y que en C se denominan funciones. Además, cada lenguaje dispone de una sintaxis o conjunto de reglas con las que se indica de modo inequívoco las operaciones que se quiere realizar.

Los lenguajes de alto nivel son más o menos comprensibles para el usuario, pero no para el procesador. Para que éste pueda ejecutarlos es necesario traducirlos a su propio lenguaje de máquina. Esta es una tarea que realiza un programa especial llamado compilador, que traduce el programa a lenguaje de máquina. Esta tarea se suele descomponer en dos etapas, que se pueden realizar juntas o por separado. El programa de alto nivel se suele almacenar en uno o más ficheros llamados ficheros fuente, que en casi todos los sistemas operativos se caracterizan por una terminación –también llamada extensión– especial. Así, todos los ficheros fuente de C deben terminar por (.c); ejemplos de nombres de estos ficheros son calculos.c, derivada.c, etc. La primera tarea del compilador es realizar una traducción directa del programa a un lenguaje más próximo al del computador (llamado ensamblador), produciendo un fichero objeto con el mismo nombre que el fichero original, pero con la extensión (.obj). En una segunda etapa se realiza el proceso de montaje (linkage) del programa, consistente en producir un programa ejecutable en lenguaje de máquina, en el que están ya incorporados todos los otros módulos que aporta el sistema sin intervención explícita del programador (funciones de librería, recursos del sistema operativo, etc.). En un PC con sistema operativo Windows el programa ejecutable se guarda en un fichero con extensión (*.exe). Este fichero es cargado por el sistema operativo en la memoria RAM cuando el programa va a ser ejecutado.

Una de las ventajas más importantes de los lenguajes de alto nivel es la portabilidad de los ficheros fuente resultantes. Quiere esto decir que un programa desarrollado en un PC podrá ser ejecutado en un Macintosh o en una máquina UNIX, con mínimas modificaciones y una simple recompilación. El lenguaje C, originalmente desarrollado por D. Ritchie en los laboratorios Bell de la AT&T, fue posteriormente estandarizado por un comité del ANSI (American National Standard Institute) con objeto de garantizar su portabilidad entre distintos computadores, dando lugar al ANSI C, que es la variante que actualmente se utiliza casi universalmente.

Dennis Ritchie y Ken Thompson
Ken Thompson (de espaldas) y Dennis Ritchie, creador del lenguaje de programación C.

Concepto de “función”. Las aplicaciones informáticas que habitualmente se utilizan, incluso a nivel de informática personal, suelen contener decenas y aún cientos de miles de líneas de código fuente. A medida que los programas se van desarrollando y aumentan de tamaño, se convertirían rápidamente en sistemas poco manejables si no fuera por la modularización, que es el proceso consistente en dividir un programa muy grande en una serie de módulos mucho más pequeños y manejables. A estos módulos se les ha solido denominar de distintas formas (subprogramas, subrutinas, procedimientos, funciones, etc.) según los distintos lenguajes. El lenguaje C hace uso del concepto de función (function). Sea cual sea la nomenclatura, la idea es sin embargo siempre la misma: dividir un programa grande en un conjunto de subprogramas o funciones más pequeñas que son llamadas por el programa principal; éstas a su vez llaman a otras funciones más específicas y así sucesivamente.

La división de un programa en unidades más pequeñas o funciones presenta –entre otras– las ventajas siguientes:

1. Modularización. Cada función tiene una misión muy concreta, de modo que nunca tiene un número de líneas excesivo y siempre se mantiene dentro de un tamaño manejable. Además, una misma función (por ejemplo, un producto de matrices, una resolución de un sistema de ecuaciones lineales, …) puede ser llamada muchas veces en un mismo programa, e incluso puede ser reutilizada por otros programas. Cada función puede ser desarrollada y comprobada por separado.

2. Ahorro de memoria y tiempo de desarrollo. En la medida en que una misma función es utilizada muchas veces, el número total de líneas de código del programa disminuye, y también lo hace la probabilidad de introducir errores en el programa.

3. Independencia de datos y ocultamiento de información. Una de las fuentes más comunes de errores en los programas de computador son los efectos colaterales o perturbaciones que se pueden producir entre distintas partes del programa. Es muy frecuente que al hacer una modificación para añadir una funcionalidad o corregir un error, se introduzcan nuevos errores en partes del programa que antes funcionaban correctamente. Una función es capaz de mantener una gran independencia con el resto del programa, manteniendo sus propios datos y definiendo muy claramente la interfaz o comunicación con la función que la ha llamado y con las funciones a las que llama, y no teniendo ninguna posibilidad de acceso a la información que no le compete. Las funciones de C están implementadas con un particular cuidado y riqueza, constituyendo uno de los aspectos más potentes del lenguaje. Es muy importante entender bien su funcionamiento y sus posibilidades.

Nombre, Valor de retorno Y Argumentos de la función. Una función de C es una porción de código o programa que realiza una determinada tarea. Una función está asociada con un identificador o nombre, que se utiliza para referirse a ella desde el resto del programa. En toda función utilizada en C hay que distinguir entre su definición, su declaración y su llamada. Para explicar estos conceptos hay que introducir los conceptos de valor de retorno y de argumentos.

Lenguaje C
Lenguaje C

Quizás lo mejor sea empezar por el concepto más próximo al usuario, que es el concepto de llamada. Las funciones en C se llaman incluyendo su nombre, seguido de los argumentos, en una sentencia del programa principal o de otra función de rango superior. Los argumentos son datos que se envían a la función incluyéndolos entre paréntesis a continuación del nombre, separados por comas. Por ejemplo, supóngase una función llamada power que calcula x elevado a y. Una forma de llamar a esta función es escribir la siguiente sentencia (las sentencias de C terminan con punto y coma):

power(x,y);

En este ejemplo power es el nombre de la función, y x e y son los argumentos, que en este caso constituyen los datos necesarios para calcular el resultado deseado. ¿Qué pasa con el resultado? ¿Dónde aparece? Pues en el ejemplo anterior el resultado es el valor de retorno de la función, que está disponible pero no se utiliza. En efecto, el resultado de la llamada a power está disponible, pues aparece sustituyendo al nombre de la función en el mismo lugar donde se ha hecho la llamada; en el ejemplo anterior, el resultado aparece, pero no se hace nada con él. A este mecanismo de sustitución de la llamada por el resultado es a lo que se llama valor de retorno. Otra forma de llamar a esta función utilizando el resultado podría ser la siguiente:

distancia = power(x+3, y)*escala;

En este caso el primer argumento (x+3) es elevado al segundo argumento y, el resultado de la potencia –el valor de retorno– es multiplicado por escala, y este nuevo resultado se almacena en la posición de memoria asociada con el identificador distancia. Este ejemplo resulta típico de lo que es una instrucción o sentencia que incluye una llamada a una función en el lenguaje C.

Para poder llamar a una función es necesario que en algún otro lado, en el mismo o en algún otro fichero fuente, aparezca la definición de dicha función, que en el ejemplo anterior es la función power. La definición de una función es ni más ni menos que el conjunto de sentencias o instrucciones necesarias para que la función pueda realizar su tarea cuando sea llamada. En otras palabras, la definición es el código correspondiente a la función. Además del código, la definición de la función incluye la definición del tipo del valor de retorno y de cada uno de los argumentos. A continuación se presenta un ejemplo –incompleto– de cómo podría ser la definición de la función power utilizada en el ejemplo anterior.

double power(double base, double exponente)

{

double resultado;

resultado = … ;

return resultado;

}

La primera línea de la definición es particularmente importante. La primera palabra double indica el tipo del valor de retorno. Esto quiere decir que el resultado de la función será un número de punto flotante con unas 16 cifras de precisión (así es el tipo double, como se verá más adelante). Después viene el nombre de la función seguido de –entre paréntesis– la definición de los argumentos y de sus tipos respectivos. En este caso hay dos argumentos, base y exponente, que son ambos de tipo double. A continuación se abren las llaves que contienen el código de la función1. La primera sentencia declara la variable resultado, que es también de tipo double. Después vendrían las sentencias necesarias para calcular resultado como base elevado a exponente. Finalmente, con la sentencia return se devuelve resultado al programa o función que ha llamado a power.

Conviene notar que las variables base y exponente han sido declaradas en la cabecera –primera línea– de la definición, y por tanto ya no hace falta declararlas después, como se ha hecho con resultado. Cuando la función es llamada, las variables base y exponente reciben sendas copias de los valores del primer y segundo argumento que siguen al nombre de la función en la llamada.

Una función debe ser también declarada antes de ser llamada. Además de la llamada y la definición, está también la declaración de la función. Ya se verá más adelante dónde se puede realizar esta declaración. La declaración de una función se puede realizar por medio de la primera línea de la definición, de la que pueden suprimirse los nombres de los argumentos, pero no sus tipos; al final debe incluirse el punto y coma (;). Por ejemplo, la función power se puede declarar en otra función que la va a llamar incluyendo la línea siguiente:

double power(double, double);

La declaración de una función permite que el compilador chequee el número y tipo de los argumentos, así como el tipo del valor de retorno. La declaración de la función se conoce también con el nombre de prototipo de la función.

LA FUNCIÓN MAIN( ). Todo programa C, desde el más pequeño hasta el más complejo, tiene un programa principal que es con el que se comienza la ejecución del programa. Este programa principal es también una función, pero una función que está por encima de todas las demás. Esta función se llama main() y tiene la forma siguiente (la palabra void es opcional en este caso):

void main(void)

{

sentencia_1

sentencia_2

}

Las llaves {…} constituyen el modo utilizado por el lenguaje C para agrupar varias sentencias de modo que se comporten como una sentencia única (sentencia compuesta o bloque). Todo el cuerpo de la función debe ir comprendido entre las llaves de apertura y cierre.

Un Saludo. Dejo una pequeña galería con las imágenes que he puesto en la entrada:

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