Datos, Operadores y Expresiones

1. Datos

Como se había mencionado antes, “Cada dato utilizado durante la ejecución del programa deberá ser DECLARADO para que el compilador lo reconozca, sepa cómo almacenarlo y recuperarlo; se deberá reservar memoria para que pueda almacenar la cantidad de datos necesarios.”

C++ NO tiene tipado Dinámico como Python.

La declaración de cada ítem de datos consiste en indicar

1. tipo de dato
2. nombre que lo identifique.

En C hay tipos básicos de datos:

• carácter (character)
• entero (integer)
• punto flotante (floating point) 
• puntero (point)
• lógico (bool)
• varios mas...

Los números son los datos fundamentales utilizados por los programas de computadoras. El contenido de la memoria consiste en números binarios almacenados en grupos de 8 bits (1 byte) o 16 bits (2 bytes). Aún cuando un programa de computadora trabaje con letras o gráficos, básicamente está involucrando una serie de números almacenados en memoria.

Los diferentes tipos de datos dependen, en realidad, de la cantidad de bytes que ocupen en memoria.

Cuando se desea definir ítems de datos que almacenen palabras (dos o más caracteres) nos encontramos ante el tipo de dato “string” o cadena de caracteres.
Por ejemplo:

'hola'  'Juan Pérez'

Este tipo de datos merece un desarrollo especial por ello se verá en el capítulo de arreglos.

Tipo de datos char NO es lo mismo que string.

2. Variables

El ítem de dato llamado variable, se refiere a un espacio de memoria cuyo contenido se modificará de acuerdo a las circunstancias durante la ejecución del programa.

Cada variable utilizada en el programa deberá ser declarada antes de ser utilizada.
La declaración de una variable le indica al lenguaje que se pretende utilizar una variable particular y qué tipo de dato almacenará. La declaración se forma por un tipo de dato seguido de uno o más nombres de variables.

La inicialización de una variable significa asignarle al espacio de memoria reservado un valor particular.

Resulta conveniente realizarlo porque cuando se declara una variable, el espacio de memoria reservado, podrá contener cualquier valor.

Una variable DECLARADA pero NO INICIALIZADA, no ocupa lugar en la memoria.

• int z;   // Variable Declarada como entera.
• float i=3.21; //Variable Declarada como float e inicializada a 3.21

La inicialización NO siempre es necesaria, por ejemplo:

#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc, char *argv[]) {
    float x; // declaro x como variable float
    cout<<"ingrese un valor";
    cin>>x; // ingreso por teclado un valor que es almacenado en x
    cout<<x+1; //sumo 1 a x y muestro por pantalla
    return 0;
}

En el caso anterior vemos que NO es necesario inicializar la variable en línea 5, ya que luego ( línea 6) se le "carga" un valor... esto sin duda debe hacerce antes de usar la variable x. (línea 7)

#include <iostream>
using namespace std;
int main(int argc, char *argv[]) {
    float x; // declaro x como variable float
    cout<<"ingrese un valor";
    //cin>>x; // ingreso por teclado un valor que es almacenado en x
    cout<<x+1; //sumo 1 a x y muestro por pantalla
    return 0;
}

Este código tiraría una ADVERTENCIA que no es lo mismo que un  error:

Donde claramente vemos que nos avisa, nos advierte que estamos usando una variable que NO fue inicializada (uninitialized)

2.1. Identificadores

Un identificador es el nombre que permite identificar un espacio de memoria (o nombres de varaibles) mediante un nombre válido para el lenguaje.
El lenguaje C++ es flexible pero posee ciertas reglas que debemos respetar cuando definimos identificadores para las variables que utilizaremos en el programa.

Reglas para dar nombre a las variables:

• Sólo se pueden usar letras (mayúsculas o minúsculas), números y ciertos caracteres no alfanuméricos, como el '_', pero nunca un punto, coma, guión, comillas o símbolos matemáticos o interrogaciones.
• El primer carácter no puede ser un número.
• C y C++ distinguen entre mayúsculas y minúsculas, de modo que los identificadores número y Número son diferentes.
• Los primeros 32 caracteres son significativos, esto significa que La_cantidad_total_de_dinero_en_mi_cuenta y La_cantidad_total_de_dinero_en_mi_banco serán consideradas como la misma variable.

2.2. Declaración de variables

Una característica del C++ es la necesidad de la declaración de las variables que se usarán en el programa. Aunque esto resulta chocante para los que se aproximan al C++ desde otros lenguajes de programación, es en realidad una característica muy importante y útil de C++, ya que ayuda a conseguir códigos más compactos y eficaces, y contribuye a facilitar la depuración, la detección y corrección de errores.

Sintaxis:
     [tipo] [lista_de_identificadores];

Tipo debe ser un tipo de datos válido y lista_de_identificadores puede ser uno o más identificadores separados por coma (,). La declaración de variables puede considerarse como una sentencia. Desde este punto de vista, la declaración terminará con un ";".
Por ejemplo:
     int numero;
     float promedio, final;
     char letra;

También es posible inicializar las variables dentro de la misma declaración.
Por ejemplo:
     int a = 1234;
     bool seguir = true, encontrado;
     char letra = ‘k’;

Se declarara las variables "a", "seguir", "encontrado" y “letra”; y además se  inicia los valores de "a" en 1234, “seguir” en "true" y “letra” con ‘k’.

Mas ejemplos de declaraciones :

En C++, contrariamente a lo que sucede con otros lenguajes de programación, las variables no inicializadas tienen un valor indeterminado, contienen lo que normalmente se denomina "basura", también en esto hay excepciones como veremos más adelante.

Declaración de una variable de tipo entero (integer)

En C++ las posibilidades de declara varaibles enteras son MUCHAS mas que en Python, recordemos que cuando hablamos de esto no estamos refiriendo TIPO  indirectamente al TAMAÑO que usan en memoria las variables. Veamos algunos.

El ejemplo anterior es solo una parte de los posibles tipos de variables enteras en C++, en realidad la combinación de varias palabras claves nos darían el resto de tipos de variables, como ser:

[signed|unsigned] [short|long|long long] int <identificador o nombre >
[signed|unsigned] long long [int] <identificador o nombre>
[signed|unsigned] long [int] <identificador o nombre >
[signed|unsigned] short [int] <identificador o nombre >

Declaración de una variable de tipo punto flotante (float)

float <identificador o nombre >

Declaración de una variable de tipo punto flotante de doble precisión (double)

[long] double <identificador o nombre >

Veamos otro ejemplo, en este vamos a usar el operador sizeof() que me da el tamaño del argumento en bytes.

}

Declaración de una variable sin tipo (void)

void <identificador o nombre >

Este es una variable especial que indica la ausencia de tipo. Se usa en funciones que no devuelven ningún valor, también en funciones que no requieren parámetros, aunque este uso sólo es obligatorio en C, y opcional en C++, también se usará en la declaración de punteros genéricos. Es algo veremos mas adelante, por el momento profundizaremos en este tipo de variable.

Declaración de una variable de tipo enumerado (enum)

Una enumeración es un tipo de dato distinto, es un tipo de dato definido por el usuario o programador, que contiene un conjunto de nombres llamados "enumeradores " de allí el nombre de enum, los cuales son constantes enteras. Veamos un ejemplo de como sería la declaración

enum [<nombre_o_identificador_de_enum>] { <nombre> [= <valor>], ...} [lista_de_variables];

La idea de este tipo de datos es agrupar constantes simbólicas para dar mas claridad al programa. Una constante simbólica en un nombre que luego al compilar se reemplaza por un valor, pero al momento de codificar el código fuente es mas legible y evitar que aparezcan en el código números mágicos.

Ejemplo de Constante Simbólica.

#define temperatuta_ambiente 25

Por ejemplo de declaración de enum.

Para este caso enero=0, febrero=1, etc. el compilador asigna valores.
Si definimos de la siguiente manera:

El compilador dará a agosto el valor de 8 y 9 para septiembre.

 Los enumeradores o constantes simbólicos DEBEN ser únicos no se pueden repetir, y si no le damos valor el compilador les da valores.Los valores de las constantes SI se pueden REPETIR.

Observación: Si hubiera dos constantes simbólicas en DISTINTAS variables enum, el compilador tiraría ERROR.

El error sería:

Veamos otro ejemplo:

Se deja al alumno observar y razonar cada línea del código para entender como la variable mes que se declara como int se le asigna agosto..

Declaración de una variable de tipo boleana (boolean)

bool <identificador o nombre> 

Las variables de este tipo sólo pueden tomar dos valores "true" o "false". Sirven para evaluar expresiones lógicas.
Este tipo de variables se puede usar para almacenar respuestas, por ejemplo: ¿Posees carné de conducir? O para almacenar informaciones que sólo pueden tomar dos valores, por ejemplo: qué mano usas para escribir. En estos casos debemos acuñar una regla, en este ejemplo, podría ser diestro->"true", zurdo->"false".

Veamos un ejemplo:

Vemos que en la línea 7 la expresión que evalúa el if es el valor de la variable booleana SI que como vale true, se evalúa como verdadero, esto sería lo mismo que escribir:

para ambos casos la salida sería.

2.3. Inicialización de variables

En C se pueden asignar valores a la mayoría de las variables a la vez que se las declara.
La inicialización de una variable se realiza poniendo un signo igual y una constante después del identificador.

Sintaxis:

    tipo identificador = constante;

Por ejemplo:

    char a = ‘p’; int num = 0;

3. Constantes

En C++ se pueden definir constantes de dos formas, ambas válidas para nosotros. La primera es por medio del comando #define nombre_constante valor y la segunda es usando la palabra clave const, veamos ahora cada una de estas formas en detalle.

La instrucción #define nos permite declarar constantes (y algunas cosas más) de una manera rápida y sencilla. Hay que tener en cuenta que al declarar constantes con #define debemos hacerlo despues de los #include para importar librerías pero antes de declarar nuestras funciones y demás. NO VA EL TIPO DE DATO.

La instrucción const nos permite declarar constantes de una manera más adecuada y acorde. Las constantes declaradas con const poseen un tipo de dato asociado (como debería ser siempre) y se declaran al interior de nuestro código como un tipo cualquiera. VA EL TIPO DE DATO.

Las constantes son muy similares a las variables, con la diferencia que éstas solo pueden tomar un valor en el momento de la declaración, luego cualquier intento de modificación será tomado como un error por parte del compilador. Las constantes NO cambian de valor en un programa, por eso son constante.
Por ejemplo:

La salida sería :

Se pide al alumnos observar y razonar sobre las distintas formas de declarar constantes en el código anterior.

Constantes "long"

Para trabajar con valores constantes "long" debemos usar el sufijo "L". Esto resulta conveniente, sobre todo, al utilizar las constantes en expresiones condicionales y, por coherencia, también en expresiones de asignación.

Esta sentencia hará que el compilador emita un error ya que no puede usar un tamaño mayor sin una indicación explícita.
Hay casos en los que los tipos "long" e "int" tienen el mismo tamaño, en ese caso no se producirá error, pero no podemos predecir que nuestro programa se compilará en un tipo concreto de compilador o plataforma.

Constantes "long long"

Para trabajar con valores constantes "long long" debemos usar el  prefijo long long , sobre todo cuando esas constantes aparecen en expresiones condicionales o de asignación.

Constantes "unsigned"

Del mismo modo, cuando trabajamos con valores constantes "unsigned" debemos usar el prefijo unsigned en la declacración" para las mismas situaciones que hemos indicado 

Constantes en punto flotante

En este último caso, cuando la constante de punto flotante se pueda confundir con un entero, debemos añadir el ".0".Para expresar constantes en punto flotante también podemos usar notación exponencial, por ejemplo:

El formato exponencial consiste en un número, llamado mantisa, que puede ser entero o con decimales, seguido de una letra 'e' o 'E' y por último, otro número, en este caso un número entero, que es el exponente de una potencia de base 10.

Los valores anteriores equivalen a:

• x = 10 x 10⁴ = 100000

• y = 4,12 x 10² = 412

• pi = 3.141592 x 10⁰ = 3.141592

La salida sería:

Constantes "double"

Constantes "long double"

Constantes "char"

Las constantes de tipo "char" se representan entre comillas sencillas o simples , por ejemplo 'a', '8', 'F'.

Al igual que las variables, las constantes dependiendo del tipo van a usar mas o menos espacio en memoria.

La salida de este código sería:

4. Operadores

Los operadores son elementos que disparan ciertos cálculos cuando son aplicados a variables o a otros objetos en una expresión.
Un operador es un símbolo que le dice al compilador que realice manipulaciones matemáticas o lógicas específicas.
El lenguaje C++ tiene las siguientes clases de operadores: aritméticos, relacionales, lógicos y sobre bits.
Hay varios tipos de operadores, clasificados según el tipo de objetos sobre los que actúan.

Los tipos de operadores que veremos son:

4.1. Operadores aritméticos

Los operadores aritméticos se utilizan para crear expresiones matemáticas.

Operadores aritméticos unitarios

Los operadores aritméticos unitarios que utiliza C++ son: '+', '-','++', '--'

Sintaxis:

    + <expresión>
    - <expresión>
    <variable> ++ /* post-incremento */
    ++ <variable> /* pre-incremento */
    <variable>-- /* post-decremento */
    -- <variable> /* pre-decremento */

Operadores '+'  y  '-‘

Los operadores aritméticos unitarios '+' y '-' asignan valores positivos o negativos a la expresión a la que se aplican.

Operadores '++' y '--'

Los otros dos operadores unitarios '++' y '--' son un tanto especiales, ya que sólo pueden trabajar sobre variables, pues implican una asignación.
El primero ('++') incrementa el valor del operando y el segundo ('--') lo decrementa, ambos en una unidad.

Existen dos modalidades, dependiendo de que se use el operador en la forma de prefijo o de sufijo.
En su forma de prefijo, el operador es aplicado antes de que se evalúe el resto de la expresión; en la forma de sufijo, se aplica después de que se evalúe el resto de la expresión.

Por ejemplo:
en las siguientes expresiones "a" vale 100 y "b" vale 10:

    c = a + ++b;

En este primer ejemplo primero se aplica el pre-incremento, y b valdrá 11 a continuación se evalúa la expresión "a+b", que dará como resultado 111, y por último se asignará este valor a c, que valdrá 111.

Por ejemplo:

     c = a + b++;

En este segundo ejemplo primero se avalúa la expresión "a+b", que dará como resultado 110, y se asignará este valor a c, que valdrá 110.
Finalmente se aplica en post-incremento, y b valdrá 11.
Los operadores unitarios sufijos (post-incremento y post-decremento) se evalúan después de que se han evaluado el resto de las expresiones.
En el primer ejemplo primero se evalúa ++b, después a+b y finalmente c=<resultado>.
En el segundo ejemplo, primero se evalúa a+b, después c = <resultado> y finalmente b++.

Es muy importante no pensar o resolver las expresiones C++ como ecuaciones matemáticas, NO SON EXPRESIONES MATEMÁTICAS.

No veas estas expresiones como ecuaciones, NO SON ECUACIONES.

La salida de correr este código sería:

Se pide al alumno analizar la salida para comprender el pre y pos incremento/decremento.

Operadores aritméticos binarios.

Los operadores binarios que utiliza el lenguaje C++ son: ' +', ' - ',  ' * ', ' / ', ‘ % '

Sintaxis:

    <expresión>  +  <expresión> /*Sintaxis de operador suma */
    <expresión>  -  <expresión> /* Sintaxis de operador resta */
    <expresión>  *  <expresión> /* Sintaxis de operador multiplicación */
    <expresión>  /  <expresión> /* Sintaxis de operador división */
    <expresión>  %  <expresión> /* Sintaxis de operador resto */

Evidentemente se trata de las conocidas operaciones aritméticas de suma, resta, multiplicación y división y los operadores se comportan como en cualquier lenguaje de computadoras.

Debemos tener en cuenta, por ejemplo, que el operador división ( / ) aplicado a un entero truncará (perderá) cualquier resto.

Por ejemplo:

La salida de este código será 3.

Se pide al alumno analizar y ver si puede anticipar las salidas de los siguientes códigos:

A)	B)	C)	D)

Operador Módulo:

El operador módulo '%', devuelve el resto de la división entera del primer operando entre el segundo. Por esta razón no puede ser aplicado a operando en coma flotante (ya que al ser números de punto flotante no hay resto).

La salida de este código seria :1  ya que es el resto de dividir 10 sobre 3, sin tomar decimales.

Se pide al alumno analizar los códigos, y ver si puede anticipar y justificar la salida de los mismos.

A)	B)	C)

4.2. Operadores relacionales

Los operadores relacionales permiten determinar las relaciones que un valor o cantidad puede tener con otro.

4.3. Operadores lógicos

Los operadores lógicos conforman expresiones lógicas y se utilizan para determinar cómo se presentan las relaciones entre las expresiones involucradas.
La siguiente tabla presenta los operadores lógicos y su sintaxis:

4.4. Operadores de asignación

La asignación consiste en un nombre de variable, seguido de un signo igual y el valor a ser asignado.
Por ejemplo:

    a = 14;

Existen varios operadores de asignación, el más evidente y el más usado es el "=", pero no es el único.
Los operadores de asignación y sus diferentes usos se describen a continuación:

4.5. Operador "sizeof"

El operador “sizeof” es un operador del tiempo de compilación.
Este operador tiene dos usos diferentes. Devuelve el tamaño de la variable o tipo que está como operando. Si el operador funciona sobre un tipo de dato, éste deberá ir entre paréntesis.

Sintaxis:

   sizeof <expresión>
   sizeof (nombre_de_tipo)

En ambos casos, el resultado es una constante entera que da el tamaño en bytes del espacio de memoria usada por el argumento, que es determinado por su tipo.
El espacio reservado por cada tipo depende de la plataforma, NO es el mismo para todos los equipos.
En el primer caso, el tipo del operando es determinado sin evaluar la expresión, y por lo tanto sin efectos secundarios.

Por ejemplo:
si el operando es de tipo "char", el resultado es 1.

A pesar de su apariencia, sizeof() NO es una función, sino un OPERADOR.

4.6. Operador condicional (?)

El operador "?:" se trata de un operador ternario (es decir tiene TRES operandos)

Sintaxis:

    <expresión lógica> ? <expresión> : <expresión>

En la expresión E1? E2:E3, primero se evalúa la expresión E1, si el valor es verdadero ("true"), se evaluará la expresión E2 y E3 será ignorada, si es falso ("false"), se evaluará E3 y E2 será ignorada.
Hay ciertas limitaciones en cuanto al tipo de los argumentos:

Veamos un ejemplo:

En este ejemplo usamos una función cin, esta pertenece a la librería iostream y se usa para ingresar por teclados valores que son almacenado en una varaible.

Se pide al alumno, correr el código, probar para la siguientes entradas de datos  y luego analizar la salida.

• a=10.5  b=105.2  , cuanto valen las variables min y max?
• a=105.3   b=10.2 cuanto valen las variables min y max?

En algunas programas se pueden llegar a observar este operador ternario en el #define.

    #define max (a,b) (((a) > (b)) ? (a) : (b))

De este ejemplo sólo nos interesa la parte de la derecha. La interpretación es: si "a" es mayor que "b", se debe evaluar "a", en caso contrario evaluar "b", en resumen, evalúa siempre el máximo!!

4.7. Operador coma (,)

El operador coma se utiliza para encadenar diversas expresiones. Provoca una secuencia de operaciones a realizar, se puede pensar como “hacer esto y luego esto”.
Tiene una doble función:  separa elementos de una lista de argumentos de una función.  Puede ser usado como separador en expresiones "de coma".
Ambas funciones pueden ser mezcladas, pero hay que añadir paréntesis para resolver las ambigüedades y evitar provocar errores, ya que el operador coma tiene precedencia más baja, por ejemplo, que el operador de asignación.

Sintaxis:

    E1, E2, ... , En

En una expresión "de coma", cada operando es evaluado como una expresión, pero los resultados obtenidos se tienen en cuenta en la próxima evaluación.

Por ejemplo:

    x = (y=3,y+1);

En primer lugar asigna el valor 3 a la variable y, y después asigna el valor 4 a la variable x.

5. Expresiones

La combinación de variables, constantes definidas o números con uno o más operadores dan como resultado un valor.

Esta combinación de variables, constantes y operadores recibe el nombre de expresión.
Una expresión es, según el diccionario, un "conjunto de términos que representan una cantidad", entre nosotros es cualquier conjunto de operadores y varios operando, que dan como resultado una cantidad.
Operando es cada una de las cantidades, constantes, variables o expresiones que intervienen en una expresión.
Existe una división, en los operadores, atendiendo al número de operando que afectan. Según esta clasificación pueden ser unitarios, binarios o ternarios, los primeros afectan a un solo operando, los segundos a dos y los ternarios como era de esperar a tres.
Las variables y constantes se pueden procesar utilizando operaciones y funciones adecuadas a sus tipos.
Cada expresión toma un valor que se determina tomando los valores de las variables y constantes implicadas y la ejecución de las operaciones indicadas.

Las expresiones se pueden clasificar, según los tipos de objetos que manipulan, en:

• Aritméticas: cuyo resultado sería de tipo numérico.
• Lógicas: cuyo resultado sería de tipo lógico.
• Carácter: cuyo resultado sería de tipo carácter.

5.1. Expresiones aritméticas

Una expresión aritmética es un conjunto de variables y/o constantes unidas o relacionadas por paréntesis y operadores aritméticos.
Son análogas a las fórmulas matemáticas. Las variables y constantes son numéricas (enteras o punto flotante) y las operaciones son aritméticas.

Por ejemplo:

    sueldo = sueldo_base + 0.15 * monto_ventas
    e = a*b*b / 3 + (a*a + b) / (b + c)

Cuando se utilizan expresiones aritméticas se debe tener en cuenta que:

5.2. Expresiones lógicas

Una expresión lógica o booleana es un conjunto de variables y/o constantes unidas mediante operadores lógicos y operadores relacionales.
Las expresiones lógicas se forman combinando constantes lógicas, variables lógicas y otras expresiones lógicas, utilizando operadores lógicos y relacionales; y su valor siempre es verdadero o falso.
Una expresión lógica solo puede tomar uno de dos valores: verdadero o falso (booleano SOLAMENTE).
Las expresiones lógicas son ampliamente utilizadas en las estructuras selectivas y las estructuras repetitivas.

Expresiones comparativas

    int A = 4
    int B = 3
    A > B             //da como resultado Verdadero
    (A – 2) < (B – 4) //da como resultado Falso.

En las expresiones lógicas se pueden mezclar operadores de relación y lógicos.

Por Ejemplo:
(1 < 5) and (5 < 10)    da como resultado Verdadero.
(5 < 10) or (‘A’ < ‘B’)    da como resultado Verdadero.