Lenguaje C para Microcontroladores > Los compiladores de alto nivel
Introducción
Los compiladores de alto nivel
Los compiladores de alto nivel son las herramientas de programación mas potentes que existen. En resumidas cuentas, el compilador traducirá el programa escrito en su lenguaje (C, Basic, Pascal u otro) en código
ensamblador y luego generará los archivos de depuración (*.dbg, *.cof, *.d31, etc.) necesarios y de ejecución (*.hex).
Al trabajar con un lenguaje de alto nivel el programador ya no tiene que preocuparse (o lo hace muy poco) por las características hardware ni por el ensamblador nativo de cada microcontrolador. Esto simplifica de manera asombrosa el desarrrollo de proyectos.
Los compiladores se encargan de traducir el código fuente al código objeto de cada microcontrolador sin inportar mucho cuál sea. Por ejemplo, un código escrito para un PIC16F84 podría ser facilmente compilado para un PIC16F877A u otro, y viceversa. Inclusive es posible adaptar un código para un microcontrolador de otra marca, por ejemplo, de Freescale o Atmel. Eso se llama portabilidad.
¿Por qué C y no Basic?
Ciertamente, el Basic es el lenguaje más fácil de aprender (no es exactamente la razón de su nombre). Y aunque los programadores en C de ordenadores miren con desdén a los que usan el Basic, en el mundo de los microcontroladores los compiladores Basic no tienen motivo para sentirse menos. De hecho, algunos pueden ser casi tan eficientes como los mejores compiladores C.
Las características (muchas veces complejas) del C fueron ideadas para el trabajo con sofisticados proyectos, propios de los ordenadores. Muchas de esas características ya no resultan tan ventajosas en el limitado hardware de los microcontroladors y se convierten en prescindibles.
Además, la simplicidad de los compiladores Basic para microcontroladores también permite que varios de ellos, como MBasic o PIC Basic Pro (por citar algunos) mantengan una compatibilidad entre sus códigos que no se encuentra entre los compiladores C.
Ésas podrían ser razones más que convincentes para empezar por el Basic y, de hecho, es la opción que muchos han elegido. ¿Por qué nosotros no?
Porque es verdad comprobable que los mejores programadores trabajan en C (no siempre exclusivamente, pero lo manejan). Por consiguiente, los proyectos más fantásticos y alucinantes que se pueden encontrar están en C. Es más, la mayoría de, por no decir todos, los programadores de Basic tarde o temprano se ven
obligados a aprender el C. No sé tú, pero yo opino que esa razón pesa más.
Además, dada la robustez y la aceptación del lenguaje C, se lo ha tomado como referencia para lenguajes de otros propósitos como Java, JavaScript, php o de Matlab, entre otros. Así que, el C podrá servirte para trabajar en otros campos. El programador de C podría, inclusive, aprender luego el Basic sin el menor esfuerzo; lo contrario no es cierto.
No quiero burlarme de nadie, pero una vez leí en Internet el comentario de un novato: “Quiero programar microcontroladores en C. Ya descargué el Visual C++. ¿Qué más necesito?” :). Aparte del lenguaje, nada tiene que ver un compilador para ordenadores con los compiladores para µCs. Poco tiene que ver un compilador para PICs que otro para otros µCs. Inclusive, poco tiene que ver un compilador de PICs de una compañía con otro de otra compañía.
Veamos grosso modo algunos aspectos de los compiladores de PICs más conocidos.
Hi-tech C. Es uno de los compiladores producidos por la empresa htsoft. Es quizá el más eficiente y el que mejor soporta el lenguaje C estándar. Su entorno IDE también incluye el mejor depurador ICD. Como contraparte, su apego al hardware del µC le resta algo de portabilidad. Tampoco luce librerías incorporadas como otros productos. Pero su principal desventaja es su elevado precio. Y, por si fuera poco, el compilador para la familia de partes PIC18 se vende por separado.
IAR C. Los compiladores C de la compañía iar systems tienen básicamente las mismas características mencionadas de los compiladores de htsoft, incluyendo sus propios depuradores. Así mismo, las versiones para los PIC16 y PIC18 se distribuyen por separado. Actualmente, no sé por qué, ya no está disponible la primera versión.
CCS C. La empresa ccsinfo decidió dotar a sus compiladores C una capa extra que aísla al programador de los recursos intrínsecos del µC. Esto puede afectar la portabilidad de sus códigos a otros compiladores, pero resulta inmejorable, si solo se trabaja en el lenguaje de CCS C, para transportar los códigos de un PIC a otro (de cualquier familia) con un esfuerzo sin comparación. Además, incluye en un solo paquete los compiladores para los PICs de las familias Baseline, Midrange (PIC16 básicamente) y High performance (PIC18).
Al igual que los softwares anteriores, sus librerías estándar, como stdlib.h, stdio.h, string.h y math.h, son muy completas y potentes; pero CCS C supera a sus rivales al incorporar librerías para controlar todos los módulos internos del PIC y también muchísimos dispositivos externos.
Mikro C. La compañía Mikroelektronika vende compiladores para PICs en los lenguajes C (MikroC), Basic (MikroBasic) y Pascal (MikroPascal).
Yo diría que el estilo de Mikro C se parece al de Hi-tech C y sus facilidades tratan de acercarse a las de CCS C: aunque en muchos casos aún es necesario acceder a los registros internos del PIC, cuenta con librerías para controlar sus módulos internos. También tiene una apreciable cantidad de librerías para interfacear
dispositivos externos. Lo malo es que todas ellas están precompiladas y no se podrían modificar, en caso de ser necesario.
Mikroelektronika y CCS también comercializan sus propias tarjetas de entrenamiento para el aprendizaje de sus productos. Para más información puedes visitar sus sitios web.
MPLAB C18. Excelente compilador desarrollado por los ingenieros de Microchip. No es gratuito como el MPLAB, pero creo que es el que ofrece la versión demo más generosa: es 100 % funcional por 60 días. Lamentablemente, como sugiere su nombre, solo trabaja con las partes PIC18. Quizá lo probemos en otro momento.
Otros. Aún hay otros compiladores C (como Bytecraft, BoostC y FedC) que algo menos reconocidos como los
También he visto algunos de código abierto, pero no son buenos: la gente del GNU trabaja más con el AVR GCC, un “Señor Compilador”. Es uno de los pocos casos donde el software libre supera a los comerciales. Como se puede entrever, está orientado a los microcontroladores AVR, de Atmel. Es, además, el compilador más difícil de todos; por eso lo estudiaremos en el Módulo 4.
En cuanto a cuál compilador usar: la idea de este curso no es aprender a programar con un compilador en particular, y tampoco pretendo promocionar alguno. Después de todo, una victoria depende más de la habilidad guerrero que de su espada. He visto “super programas” hechos con el compilador más modesto. En este Módulo 2 uso BoostC porque es muy fácil, porque nos permitirá ver más de cerca cómo funcionan las cosas dentro del PIC y, sobre todo, porque el salto de él a otros compiladores será mucho más fácil que hacerlo al revés. En el Módulo 3 migraremos al CCS C (que además del lenguaje C usa su propio “argot”) y en el Módulo 4 trabajaremos especialmente con AVR GCC.
¡Ánimo! No es tan difícil
Pienso que, comparado con el Basic para microcontroladores, el C es infinitamente más difícil de aprender. Quienes lo usan, en gran parte, son personas que han tenido experiencia programando ordenadores, personas que han estudiado más de un libro para dominarlo. Es, literalmente, como aprender un nuevo idioma, y eso no es algo que se hace de la noche a la mañana. ¿Eso no suena muy alentador?
Para simplificar las cosas, en este capítulo no voy a exponer todas las reglas del lenguaje C, aunque sí la mayoría; digamos el 95 % de lo necesario. El resto: o es solo aplicable a los PCs, o son temas raros o que difieren demasiado entre de compilador a otro y conviene más revisarlos en sus respectivos manuales. También, y para ahorrar los ejemplos prácticos, asumo que no eres un novato cualquiera, asumo que conoces algo de programación (aunque sea en ensamblador), que sabes cómo usar las subrutinas, que sabes cómo emplear los bucles, que sabes lo que significa redirigir el flujo de un programa, que sabes para qué sirven las variables, etc. Si no, estarás algo perdido.
Finalmente, no es necesario que te aprendas de golpe todo el capítulo; bastará con que lo leas fluidamente una primera vez y regresar luego a consultar algunos puntos de duda. La parte más complicada es Arrays y
Punteros, sobre todo los punteros. Así que, ten paciencia con ellos.
Estructura de un programa en C
Tomaremos en cuenta este sencillísimo ejemplo, escrito para el compilador Hitech PICC. #include <pic.h> // Incluir este archivo
/* La siguiente directiva establece la Palabra de Configuración */ __CONFIG ( PWRTEN & WDTDIS & XT & UNPROTECT );
void pausa(void)
{ // Llave de apertura del bloque de pausa unsigned int c; // Declarar variable c (de 16 bits)
for(c=0; c<60000; c++)
{ // Llave de apertura del bloque de for /* este bloque está vacío, solo
cuenta c desde 0 hasta 59999 */
} // Llave de cierre del bloque de pausa void main(void)
{ // Llave de apertura del bloque de main TRISB0 = 0; // Configurar pin RB0 como salida
while(1) // Bucle infinito
{ // Llave de apertura del bloque de while RB0 = 1; // Setear bit RB0
pausa(); // Llamar función pausa RB0 = 0; // Limpiar bit RB0 pausa(); // Llamar función pausa
} // Llave de cierre del bloque de while } // Llave de cierre del bloque de main
No hay que ser muy perspicaz para descubrir lo que hace este programa: configura el pin RB0 como salida y luego lo setea y lo limpia tras pausas. Es como hacer parpadear un LED conectado al pin RB0. Parpadea porque el bloque de while se ejecuta cíclicamente.
Los elementos más notables de un programa en C son las sentencias, las funciones, las directivas, los comentarios y los bloques. A continuación, una breve descripción de ellos.
Los comentarios
Los comentarios tienen el mismo propósito que en ensamblador: documentar y “adornar” el código. Es todo es texto que sigue a las barritas // y todo lo que está entre los signos /* y */. Se identifican fácilmente porque suelen aparecer en color verde.
Ejemplos.
// Éste es un comentario simple /*
Ésta es una forma de comentar varias líneas a la vez. Sirve mucho para enmascarar bloques de código.
*/
Las sentencias
Un programa en C, en lugar de instrucciones, se ejecuta por sentencias. Una sentencia es algo así como una mega instrucción, que hace lo que varias instrucciones del ensamblador.
Salvo casos particulares, donde su uso es opcional, una sentencia debe finalizar con un punto y coma (;). Así que también podemos entender que los ; sirven para separar las sentencias. Alguna vez leí que el compilador C lee el código como si lo absorbiera con una cañita, línea por línea, una a continuación de otra (evadiendo los comentarios por supuesto). Por ejemplo, la función main del programa de arriba bien pudo escribirse del siguiente modo.
void main(void) { TRISB0=0; while(1) { RB0=1; pausa(); RB0=0; pausa(); } }
¿Sorprendido? Podrás deducir que los espacios y las tabulaciones solo sirven para darle un aspecto ordenado al código. Es una buena práctica de programación aprender a acomodarlas.
Las sentencias se pueden clasificar en sentencias de asignación, sentencias selectivas, sentencias iterativas, de llamadas de función, etc. Las describiremos más adelante.
Los bloques
Un bloque establece y delimita el cuerpo de las funciones y algunas sentencias mediante llaves ({}).
Como ves en el ejemplo de arriba, las funciones main y pausa tienen sus bloques, así como los bucles while y for. Creo que exageré con los comentarios, pero sirven para mostrarnos dónde empieza y termina cada bloque. Podrás ver cómo las tabulaciones ayudan a distinguir unos bloques de otros. Afortunadamente, los editores de los buenos compiladores C pueden resaltar cuáles son las llaves de inicio y de cierre de cada bloque. Te será fácil acostumbrarte a usarlas.
Las directivas
Son conocidas en el lenguaje C como directivas de preprocesador, de preprocesador porque son evaluadas antes de compilar el programa. Como pasaba en el ensamblador, las directivas por sí mismas no son código ejecutable. Suelen ser indicaciones sobre cómo se compilará el código.
Entre las pocas directivas del C estándar que también son soportadas por los compiladores C para PICs están #include (para incluir archivos, parecido al assembler), #define (mejor que el #define del ensamblador) y las
#if, #elif, #endif y similares. Fuera de ellas, cada compilador maneja sus propias directivas y serán tratadas
por separado.
Las funciones
Si un programa en ensamblador se puede dividir en varias subrutinas para su mejor estructuracion, un programa en C se puede componer de funciones. Por supuesto que las fuciones son muchísimo más potentes y, por cierto, algo más complejas de aprender. Por eso ni siquiera el gran espacio que se les dedica más adelante es suficiente para abarcarlas. Pero, no te preocupes, aprenderemos de a poco.
En un programa en C puede haber las funciones que sean posibles, pero la nunca debe faltar la función principal, llamada main. Donde quiera que se encuentre, la función main siempre será la primera en ser ejecutada. De hecho, allí empieza y no debería salir de ella.
Variables y Tipos de Datos
En ensamblador todas nuestras variables de programa eran registros de la RAM crudos, es decir, datos de 8 bits sin formato. En los lenguajes de alto nivel estos registros son tratados de acuerdo con formatos que les permiten representar números de 8, 16 ó 32 bits (a veces más grandes), con signo o sin él, números enteros o decimales. Esos son los tipos de datos básicos.
Las variables de los compiladores pueden incluso almacenar matrices de datos del mismo tipo (llamadas
arrays) o de tipos diferentes (llamadas estructuras). Estos son los tipos de datos complejos.
Los siguientes son los principales tipos de datos básicos del lenguaje C:
Tipo de dato Tamaño Rango
Tipo de dato Tamaño Rango signed char 8 -128 a 127 unsigned char 8 0 a 255 (signed) int 16 -32,768 a 32,767 unsigned int 16 0 a 65,536 (signed) long 32 -2,147,483,648 a 2,147,483,647 unsigned long 32 0 a 4,294,967,295
float 32 +/- 1.18E–38 a +/- 3.40E+38
Por desgracia, excepto signed char y unsigned char, los otros tipos establecen variables de tamaños y/o rangos que suelen varíar de un compilador C a otro. Otros compiladores también manejan los tipos short, double, bool (o boolean), bit, etc. Esas divergencias pueden afectar la portabilidad de los códigos, además de
confundir a los programadores. Los valores de esta tabla son los utilizados por la mayoría de los compiladores C.
Los especificadores signed (con signo) mostrados entre paréntesis son opcionales. Es decir, da lo mismo poner int que signed int, por ejemplo. Es una redundancia que se suele usar para “reforzar” su condición o para que se vea más ilustrativo.
Declaración de variables
Esta parte es comparable, aunque lejanamente a cuando identificábamos nuestras variables del ensamblador con las directivas equ o cblock – endc. No se puede usar una variable si antes no se ha declarado. La forma general más simple de hacerlo es la siguiente:
data_type myvar;
donde data_type es un tipo de dato básico o complejo, del compilador o definido por el usuario y myvar es un identificador cualquiera, siempre que no sea palabra reservada.
Ejemplos.
unsigned char d; // Variable para enteros de 8 bits sin signo char b; // Variable de 8 bits (para almacenar
// caracteres ascii)
signed char c; // Variable para enteros de 8 bits con signo int i; // i es una variable int, con signo
signed int j; // j también es una variable int con signo unsigned int k; // k es una variable int sin signo
También es posible declarar varias variables del mismo tipo, separándolas con comas. Así nos ahorramos algo de tipeo. Por ejemplo:
float area, side; // Declarar variables area y side de tipo float unsigned char a, b, c; // Declarar variables a, b y c como unsigned char
Especificadores de tipo de datos
A la declaración de una variable se le puede añadir un especificador de tipo como const, static, volatile, extern, register, etc. Dichos especificadores tienen diversas funciones y, salvo const, se suelen usar en programas más elaborados. Como no queremos enredarnos tan pronto, lo dejaremos para otro momento.
Una variable const debe ser inicializada en su declaración. Después de eso el compilador solo permitirá su lectura mas no su escritura. Ejemplos:
const int a = 100; // Declarar constante a int b; // Declarar variable b //... b = a; // Válido b = 150; // Válido a = 60; // Error! a es constante a = b; // Error! a es constante
Por más que las variables constantes sean de solo lectura, ocuparán posiciones en la RAM del µC. Por eso muchas veces es preferible definir las constantes del programa con las clásicas directivas #define (como lo hacíamos en el ensamblador).
#define a 100 // Definir constante a
Sentencias selectivas
Llamadas también sentencias de bifurcación, sirven para redirigir el flujo de un programa según la evaluación de alguna condición lógica.
Las sentencias if e if–else son casi estándar en todos los lenguajes de programación. Además de ellas están las sentencias if–else escalonadas y switch–case.
La sentencia if
La sentencia if (si condicional, en inglés) hace que un programa ejecute una sentencia o un grupo de ellas si una expresión es cierta. Esta lógica se describe en el siguiente esquema.
Diagrama de flujo de la sentencia if. La forma codificada sería así:
sentenciaA;
if ( expression ) // Si expression es verdadera, // ejecutar el siguiente bloque { // apertura de bloque
sentenciaB; sentenciaC;
// algunas otras sentencias
} // cierre de bloque sentenciaX;
Después de ejecutar sentenciaA el programa evalúa expression. Si resulta ser verdadera, se ejecutan todas las sentencias de su bloque y luego se ejecutará la sentenciaX.
En cambio, si expression es falsa, el programa se salteará el bloque de if y ejecutará sentenciaX.
La sentencia if – else
La sentencia if brinda una rama que se ejecuta cuando una condición lógica es verdadera. Cuando el programa requiera dos ramas, una que se ejecute si cierta expression es cierta y otra si es falsa, entonces se debe utilizar la sentecia if – else. Tiene el siguiente esquema.
Diagrama de flujo de la sentencia if – else.
Expresando lo descrito en código C, tenemos: (Se lee como indican los comentarios.) SentenciaA;
if ( expression ) // Si expression es verdadera, ejecutar { // este bloque
sentenciaB; sentenciaC; // ... }
else // En caso contrario, ejecutar este bloque { sentenciaM; sentenciaN; // ... } sentenciaX; // ...
Como ves, es bastante fácil, dependiendo del resultado se ejecutará uno de los dos bloques de la sentencia if – else, pero nunca los dos a la vez.
La sentencia if – else – if escalonada
Es la versión ampliada de la sentencia if – else.En el siguiente boceto se comprueban tres condiciones lógicas, aunque podría haber más. Del mismo modo, se han puesto dos sentencias por bloque solo para simplificar el esquema.
if ( expression_1 ) // Si expression_1 es verdadera ejecutar { // este bloque
sentencia1; sentencia2; }
else if ( expression_2 ) // En caso contrario y si expression_2 es { // verdadera, ejecutar este bloque
sentencia3; sentencia4; }
else if ( expression_3 ) // En caso contrario y si expression_3 es { // verdadera, ejecutar este bloque
sentencia5; sentencia6; }
else // En caso contrario, ejecutar este bloque {
sentencia7; sentencia8;
}; // ; opcional // todo...
Las “expresiones” se evualúan de arriba abajo. Cuando alguna de ellas sea verdadera, se ejecutará su bloque correspondiente y los demás bloques serán salteados. El bloque final (de else) se ejecuta si ninguna de las expresiones es verdadera. Además, si dicho bloque está vacío, puede ser omitido junto con su else.
La sentencia switch
La sentencia switch brinda una forma más elegante de bifurcación múltiple. Podemos considerarla como una forma más estructurada de la sentencia if – else – if escalonada, aunque tiene algunas restricciones en las condiciones lógicas a evaluar, las cuales son comparaciones de valores enteros.
Para elaborar el codigo en C se usan las palabras reservadas switch, case, break y default.
El siguiente esquema presenta tres case‟s pero podría haber más, así como cada bloque también podría tener más sentencias.
switch ( expression ) {
case constante1: // Si expression = constante1, ejecutar este bloque sentencia1;
sentencia2; break;
case constante2: // Si expression = constante2, ejecutar este bloque sentencia3;
sentencia4; break;
case constante3: // Si expression = constante3, ejecutar este bloque sentencia5;
sentencia6; break;
default: // Si expression no fue igual a ninguna de las // constantes anteriores, ejecutar este bloque sentencia7; sentencia8; break; } sentenciaX; // todo...
donde constante1, constante2 y constante3 deben ser constantes enteras, por ejemplo, 2, 0x45, „a‟, etc. („a‟ tiene código ascii 165, que es, a fin de cuentas, un entero.)
expresion puede ser una variable compatible con entero. No es una expresión que conduce a una condición lógica como en los casos anteriores.
El programa solo ejecutará uno de los bloques dependiendo de qué constante coincida con expression. Usualmente los bloques van limitados por llaves, pero en este caso son opcionales, dado que se pueden distinguir fácilmente. Los bloques incluyen la sentencia break. ¿Qué es eso?
La sentencia break hace que el programa salga del bloque de switch y ejecute la sentencia que sigue (en el boceto, sentenciaX). ¡Atento!: de no poner break, también se ejecutará el bloque del siguiente case, sin importar si su constante coincida con expression o no.
No sería necesario poner el default si su bloque estuviera vacío.
Sentencias iterativas
Las sentencias de control iterativas sirven para que el programa ejecute una sentencia o un grupo de ellas un número determinado o indeterminado de veces. Así es, esta sección no habla de otra cosa que de los bucles en C.
El lenguaje C soporta tres tipos de bucles, las cuales se construyen con las sentencias while, do – while y for. El segundo es una variante del primero y el tercero es una versión mas compacta e intuitiva del bucle while.
La sentencia while
El cuerpo o bloque de este bucle se ejecutará una y otra vez mientras (while, en inglés) una expresión sea verdadera.
Diagrama de flujo de las sentencia while.
El bucle while en C tiene la siguiente sixtaxis y se lee así: mientras (while) expression sea verdadera, ejecutar el siguiente bloque.
sentenciaA;
while ( expression ) // Mientras expression sea verdadera, ejecutar el // siguiente bloque { sentenciaB; sentenciaC; // ... }; // Este ; es opcional sentenciaX; // ...
Nota que en este caso primero se evalúa expression. Por lo tanto, si desde el principio expression es falsa, el bloque de while no se ejecutará nunca. Por otro lado, si expression no deja de ser verdadera, el programa se quedará dando vueltas “para siempre”.
La sentencia do - while
Como dije antes, es una variación de la sentencia while simple. La principal diferencia es que la condición lógica (expression) de este bucle se presenta al final. Como se ve en la siguiente figura, esto implica que el cuerpo o bloque de este bucle se ejecutará al menos una vez.
Diagrama de flujo de las sentencia do – while.
La sintaxis para la sentencia do – while es la siguiente y se lee: Ejecutar (do) el siguiente bloque, mientras (while) expression sea verdadera.
sentenciaA; do { sentenciaB; sentenciaC; // ...
} while ( expression ); // Este ; es mandatorio sentenciaX;
// ...
La sentencia for
Las dos sentencias anteriores, while y do – while, se suelen emplear cuando no se sabe de antemano la cantidad de veces que se va a ejecutar el bucle. En los casos donde el bucle involucra alguna forma de conteo finito es preferible emplear la sentencia for. (Inversamente, al ver un for en un programa, debemos suponer que estamos frente a algún bucle de ese tipo.)
Ésta es la sintaxis general de la sentencia for en C:
for ( expression_1 ; expression_2 ; expression_3 ) {
sentencia1; sentencia2; // ...
}; // Este ; es opcional Ahora veamos por partes cómo funciona:
expression_1 suele ser una sentencia de inicialización.
expression_2 se evualúa como condición lógica para que se ejecute el bloque.
Por la forma y orden en que se ejecutan estas expresiones, el bucle for es equivalente a la siguiente construcción, utilizando la sentencia while. Primero se ejecuta expression_1 y luego se ejecuta el bloque indicado tantas veces mientras expression_2 sea verdadera.
expression_1; while ( expression_2 ) { sentencia1; sentencia2; // ... expression_3; }
No obstante, de esa forma se ve más rara aún; así que, mejor, veamos estos ejemplos, que son sus presentaciones más clásicas. (i es una variable y a y b son constantes o variables):
for ( i = 0 ; i < 10 ; i++ ) {
sentencias; }
Se lee: para (for) i igual a 0 hasta que sea menor que 10 ejecutar sentencias. La sentencia i++ indica que i se incrementa tras cada ciclo. Así, el bloque de for se ejecutará 10 veces, desde que i valga 0 hasta que valga 9. En este otro ejemplo las sentencias se ejecutan desde que i valga 10 hasta que valga 20. Es decir, el bucle dará 11 vueltas en total.
for ( i = 10 ; i <= 20 ; i++ ) {
sentencias; }
El siguiente bucle for empieza con i inicializado a 100 y su bloque se ejecutará mientras i sea mayor o igual a 0. Por supuesto, en este caso i se decrementa tras cada ciclo.
for ( i = 100 ; i >= 0 ; i-- ) {
sentencias; }
Se pueden hacer muchas más construcciones, todas coincindentes con la primera plantilla, pero también son menos frecuentes.
Sentencias con bloques simples
Cuando las sentencias selectivas (como if) o de bucles (como while o for) tienen cuerpos o bloques que constan de solo una sentencia, se pueden omitir las llaves. Aun así, es aconsejable seguir manteniendo las tabulaciones para evitarnos confusiones.
Por ejemplo, las siguientes sentencias: if(a > b)
a = 0; } if(a == b) { a++; } else { b--; } while( a >= b) { a = a + b; }
for(i=0; i<=10; i++) {
a = a*2; }
bien se pueden escribir de la siguiente forma: if(a > b) a = 0; if(a == b) a++; else b--; while( a >= b) a = a + b;
for(i=0; i<=10; i++) a = a*2;
Los operadores
Sirven para realizar operaciones aritméticas, lógicas, comparativas, etc. Según esa función se clasifican en los siguientes grupos.
Operadores aritméticos
Además de los típicos operadores de suma, resta, multiplicacion y división, están los operadores de módulo, incremento y decremento. Operador Acción + Suma - Resta * Multiplicación / División
Operador Acción ++ Incrementar en uno
-- Decrementar en uno Ejemplos:
int a, b, c; // Declarar variables a, b y c
a = b + c; // Sumar a y b. Almacenar resultado en c b = b * c; // Multiplicar b por c. Resultado en b
b = a / c; // Dividir a entre c. Colocar resultado en b a = a + c – b; // Sumar a y c y restarle b. Resultado en a c = (a + b) / c; // Dividir a+b entre c. Resultado en c
b = a + b / c + b * b; // Sumar a más b/c más b×b. Resultado en b c = a % b; // Residuo de dividir a÷b a c
a++; // Incrementar a en 1 b--; // Decrementar b en 1 ++c; // Incrementar c en 1 --b; // Decrementar b en 1
¿Te recordaron a tus clases de álgebra del colegio? A diferencia de esas matemáticas, estas expresiones no son ecuaciones; significan las operaciones que indican sus comentarios.
Por lo visto, los operadores ++ y -- funcionan igual si están antes o después de una variable en una expresión simple. Sin embargo, hay una forma (tal vez innecesaria y confusa para un novato, pero muy atractiva para los que ya estamos acostumbrados a su uso) que permite escribir código más compacto, es decir, escribir dos sentencias en una.
Si ++ o -- están antes del operando, primero se suma o resta 1 al operando y luego se evalúa la expresión.
Si ++ o -- están después del operando, primero se evalúa la expresión y luego se suma o resta 1 al operando.
int a, b; // Declarar variables enteras a y b
a = b++; // Lo mismo que a = b; y luego b = b + 1; a = ++b; // Lo mismo que b = b + 1; y luego a = b; if (a++ < 10) // Primero comprueba si a < 10 y luego { // incrementa a en 1
// algún código }
if (++a < 10) // Primero incrementa a en 1 y luego { // comprueba si a < 10
// algún código }
Operadores de bits
Se aplican a operaciones lógicas con variables a nivel binario. Aquí tenemos las clásicas operaciones AND, OR inclusiva, OR exclusiva y la NEGACIÓN. Adicionalmente, he incluido en esta categoría los operaciones de desplazamiento a la derecha y la izquierda.
Si bien son operaciones que producen resultados análogos a los de las instrucciones de ensamblador iorlw y
iorwf para la OR inclusiva, xorlw y xorwf para la OR exclusiva, andlw y andwf para la AND y comf para la
negación; los operadores lógicos del C pueden operar sobre variables de distintos tamaños, ya sean de 1, 8, 16 ó 32 bits.
Operador Acción & AND a nivel de bits
| OR inclusiva a nivel de bits ^ OR exclusiva a nivel de bits ~ Complemento a uno a nivel de bits << Desplazamiento a la izquierda >> Desplazamiento a la derecha Ejemplos:
char m; // variable de 8 bits int n; // variable de 16 bits m = 0x48; // m será 0x48
m = m & 0x0F; // Después de esto m será 0x08 m = m | 0x24; // Después de esto m será 0x2F m = m & 0b11110000; // Después de esto m será 0x20 n = 0xFF00; // n será 0xFF00
n = ~n; // n será 0x00FF
m = m | 0b10000001; // Setear bits 0 y 7 de variable m m = m & 0xF0; // Limpiar nibble bajo de variable m m = m ^ 0b00110000; // Invertir bits 4 y 5 de variable m m = 0b00011000; // Cargar m con 0b00011000
m = m >> 2; // Desplazar m 2 posiciones a la derecha // Ahora m será 0b00000110
n = 0xFF1F;
n = n << 12; // Desplazar n 12 posiciones a la izquierda // Ahora n será 0xF000;
m = m << 8; // Después de esto m será 0x00
Fíjate en la semejanza entre las operaciones de desplazamiento con >> y << y las operaciones del rotación del ensamblador. La diferencia es que cuando una variable se desplaza hacia un lado, los bits que salen por allí se pierden y los bits que entran por el otro lado son siempre ceros. Es por esto que en la última sentencia, m = m << 8, el resultado es 0x00. Por cierto, en el lenguaje C no existen operadores de rotación. Hay formas
alternativas de realizarlas.
Desplazamientos producidos por los operadores << y >>.
Operadores relacionales
Se emplean para construir las condiciones lógicas de las sentencias de control selectivas e iterativas, como ya hemos podido apreciar en las secciones anteriores. La siguiente tabla muestra los operadores relacionales disponibles.
Operador Acción == Igual != No igual > Mayor que < Menor que
>= Mayor o igual que <= Menor o igual que
Operadores lógicos
Generalmente se utilizan para enlazar dos o más condiciones lógicas simples. Por suerte, estos operadores solo son tres y serán explicados en las prácticas del curso.
Operador Acción && AND lógica || OR lógica ! Negación lógica
Ejemplos:
if( !(a==0) ) // Si a igual 0 sea falso {
// sentencias }
if( (a<b) && (a>c) ) // Si a<b y a>c son verdaderas {
// sentencias }
while( (a==0) || (b==0) ) // Mientras a sea 0 ó b sea 0 {
// sentencias }
Composición de operadores
Se utiliza en las operaciones de asignación y nos permite escribir código más abreviado. La forma general de escribir una sentencia de asignación mediante los operadores compuestos es:
obtect op= expression; que es equivalente a la sentencia
op puede ser cualquiera de los operadores aritméticos o de bit estudiados arriba. O sea, op puede ser +, - , *, /, %, &, | , ^, ~,<< ó >>. Nota: no debe haber ningún espacio entre el operador y el signo igual.
Ejemplos:
int a; // Declarar a
a += 50; // Es lo mismo que a = a + 50; a += 20; // También significa sumarle 20 a a a *= 2; // Es lo mismo que a = a * 2;
a &= 0xF0; // Es lo mismo que a = a & 0xF0; a <<= 1; // Es lo mismo que a = a << 1;
Precedencia de operadores
Una expresión puede contener varios operadores, de esta forma: b = a * b + c / b; // a, b y c son variables
A diferencia del lenguaje Basic, donde la expresión se evalúa de izquierda a derecha, en esta sentencia no queda claro en qué orden se ejecutarán las operaciones indicadas. Hay ciertas reglas que establecen dichas prioridades; por ejemplo, las multiplicaciones y divisiones siempre se ejecutan antes que las sumas y restas. Pero es más práctico emplear los paréntesis, los cuales ordenan que primero se ejecuten las operaciones de los paréntesis más internos. Eso es como en el álgebra elemental de la escuela, así que no profundizaré.
Por ejemplo, las tres siguientes sentencias son diferentes. b = (a * b) + (c / b);
b = a * (b + (c / b)); b = ((a * b) + c)/ b);
También se pueden construir expresiones condicionales, así:
if ( (a > b) && ( b < c) ) // Si a>b y b<c, ... {
// ... }
Las funciones
Una función es un bloque de sentencias identificado por un nombre y puede recibir y devolver datos. En bajo nivel, en general, las funciones operan como las subrutinas de assembler, es decir, al ser llamadas, se guarda en la Pila el valor actual del PC (Program Counter), después se ejecuta todo el código de la función y
finalmente se recobra el PC para regresar de la función.
Dada su relativa complejidad, no es tan simple armar una plantilla general que represente a todas las funciones. El siguiente esquema es una buena aproximación.
data_type1 function_name (data_type2 arg1, data_type3 arg2, ... ) {
// Cuerpo de la función // ...
return SomeData; // Necesario solo si la función retorna algún valor }
Donde:
function_name es el nombre de la función. Puede ser un identificador cualquiera.
data_type1 es un tipo de dato que identifica el parámetro de salida. Si no lo hubiera, se debe poner la palabra reservada void (vacío, en inglés).
arg1 y arg2 (y puede haber más) son las variables de tipos data_type1, data_type2..., respectivamente, que recibirán los datos que se le pasen a la función. Si no hay ningún parámetro de entrada, se pueden dejar los paréntesis vacíos o escribir un void entre ellos.
Funciones sin parámetros
Para una función que no recibe ni devuelve ningún valor, la plantilla de arriba se reduce al siguiente esquema: void function_name ( void )
{
// Cuerpo de la función }
Y se llama escribiendo su nombre seguido de paréntesis vacíos, así: function_name();
La función principal main es otro ejemplo de función sin parámetros. Dondequiera que se ubique, siempre debería ser la primera en ejecutarse; de hecho, no debería terminar.
void main (void) {
// Cuerpo de la función }
Funciones con parámetros (por valor)
De momento, solo estudiaremos las funciones que pueden tener varios parámetros de entrada pero solo uno de salida.
Si la función no tiene parámetros de entrada o de salida, debe escribirse un void en su lugar. El valor devuelto por una función se indica con la palabra reservada return.
Según el comportamiento de los parámetros de entrada de la función, estos se dividen en parámetros por valor y parámetros por referencia. Lo expuesto en este apartado corresponde al primer grupo porque es el caso más ampliamente usado. Con esto en mente podemos seguir.
Para llamar a una función con parámetros es importante respetar el orden y el tipo de los parámetros que ella recibe. El primer valor pasado corresponde al primer parámetro de entrada; el segundo valor, al segundo parámetro; y así sucesivamente si hubiera más.
Cuando una variable es entregada a una función, en realidad se le entrega una copia suya. De este modo, el valor de la variable original no será alterado. Mejor, plasmemos todo esto en el siguiente ejemplo.
int minor ( int arg1, int arg2, int arg3 ) {
int min; // Declarar variable min
min = arg1; // Asumir que el menor es arg1
if ( arg2 < min ) // Si arg2 es menor que min min = arg2; // Cambiar a arg2
if ( arg3 < min ) // Si arg3 es menor que min min = arg3; // Cambiar a arg3
return min; // Retornar valor de min }
void main (void) {
int a, b, c, d; // Declarar variables a, b, c y d
/* Aquí asignamos algunos valores iniciales a 'a', 'b' y 'c' */ /* ... */
d = minor(a,b,c); // Llamar a minor
// En este punto 'd' debería ser el menor entre 'a', 'b' y 'c' while (1); // Bucle infinito
}
En el programa mostrado la función minor recibe tres parámetros de tipo int y devuelve uno, también de tipo int, que será el menor de los números recibidos.
El mecanismo funciona así: siempre respetando el orden, al llamar a minor el valor de a se copiará a la variable arg1; el valor de b, a arg2 y el valor de c, a arg3. Después de ejecutarse el código de la función, el valor de retorno (min en este caso) será copiado a una variable temporal y de allí pasará a d.
Aunque el C no es tan implacable con la comprobación de tipos de datos como Pascal, siempre deberíamos revisar que los datos pasados sean compatibles con los que la función espera, así como los datos recibidos, con los que la función devuelve. Por ejemplo, estaría mal llamar a la función minor del siguiente modo: d = minor(-15, 100, 5.124); // Llamar a minor
Aquí los dos primeros parámetros están bien, pero el tercero es un número decimal (de 24 ó 32 bits), no compatible con el tercer parámetro que la función espera (entero de 8 ó 16 bits). En estos casos el compilador nos mostrará mensajes de error, o cuando menos de advertencia.
Parámetros por referencia
La función que recibe un parámetro por referencia puede cambiar el valor de la variable pasada. La forma clásica de estos parámetros se puede identificar por el uso del símbolo &, tal como se ve en el siguiente boceto de función.
int minor ( int & arg1, int & arg2, int & arg3 ) {
// Cuerpo de la función.
// arg1, arg2 y arg3 son parámetros por referencia.
// Cualquier cambio hecho a ellos desde aquí afectará a las variables // que fueron entregadas a esta función al ser llamada.
No voy profundizar al respecto porque he visto que muchos compiladores C no soportan esta forma. Otra forma de pasar un parámetro por referencia es mediante los punteros, pero eso lo dejamos para el final porque no es nada nada fácil para un novato.
Prototipos de funciones
El prototipo de una función le informa al compilador las características que tiene, como su tipo de retorno, el número de parámetros que espera recibir, el tipo y orden de dichos parámetros. Por eso se deben declarar al inicio del programa.
El prototipo de una función es muy parecido a su encabezado, se pueden diferenciar tan solo por terminar en un punto y coma (;). Los nombres de las variables de entrada son opcionales.
Por ejemplo, en el siguiente boceto de programa los prototipos de las funciones main, func1 y func2 declaradas al inicio del archivo permitirán que dichas funciones sean accedidas desde cualquier parte del programa. Además, sin importar dónde se ubique la función main, ella siempre será la primera en ejecutarse. Por eso su prototipo de función es opcional.
#include <pic.h>
void func1(char m, long p); // Prototipo de función "func1" char func2(int a); // Prototipo de función "func2"
void main(void); // Prototipo de función "main". Es opcional void main(void)
{
// Cuerpo de la función
// Desde aquí se puede acceder a func1 y func2 }
void func1(char m, long p) {
// Cuerpo de la función
// Desde aquí se puede acceder a func2 y main }
char func2(int a) {
// Cuerpo de la función
// Desde aquí se puede acceder a func1 y main }
La llamada a main, por supuesto, no tiene sentido; solo lo pongo para ilustrar.
Si las funciones no tienen prototipos, el acceso a ellas será restringido. El compilador solo verá las funciones que están implementadas encima de la función llamadora o, de lo contrario, mostrará errores de “función no definida”. El siguiente boceto ilustra este hecho. (Atiende a los comentarios.)
#include <pic.h> void main(void) {
// Cuerpo de la función
// Desde aquí no se puede acceder a func1 ni func2 porque están abajo }
void func1(char m, long p) {
// Desde aquí se puede acceder a main pero no a func2 }
char func2(int a) {
// Cuerpo de la función
// Desde aquí se puede acceder a func1 y main }
Para terminar, dado que los nombres de las variables en los parámetros de entrada son opcionales, los prototipos de func1 y func2 también se pueden escribir asi
void func1(char, long); char func2(int );
Variables locales y variables globales
Los lenguajes de alto nivel como el C fueron diseñados para desarrollar los programas más grandes y complejos que se puedan imaginar, programas donde puede haber cientos de variables, entre otras cosas. ¿Imaginas lo que significaría buscar nombres para cada variable si todos tuvieran que ser diferentes? Pues bien, para simplificar las cosas, el C permite tener varias variables con el mismo nombre.
Así es. Esto es posible gracias a que cada variable tiene un ámbito, un área desde donde será accesible. Hay diversos tipos de ámbito, pero empezaremos por familiarizarnos con los dos más usados, que corresponden a las variables globales y variables locales.
Las variables declaradas fuera de todas las funciones y antes de sus implementaciones tienen carácter global y podrán ser accedidas desde todas las funciones.
Las variables declaradas dentro de una función, incluyendo las variables del encabezado, tienen ámbito local. Ellas solo podrán ser accedidas desde el cuerpo de dicha función.
De este modo, puede haber dos o más variables con el mismo nombre, siempre y cuando estén en diferentes funciones. Cada variable pertenece a su función y no tiene nada que ver con las variables de otra función, por más que tengan el mismo nombre.
En la mayoría de los compiladores C para PICs las variables locales deben declararse al principio de la función.
Por ejemplo, en el siguiente boceto de programa hay dos variables globales (speed y limit) y cuatro variables locales, tres de las cuales se llaman count. Atiende a los comentarios.
char foo(long ); // Prototipo de función int speed; // Variable global
const long limit = 100; // Variable global constante void inter(void)
{
int count; // Variable local
/* Este count no tiene nada que ver con el count de las funciones main o foo */
speed++; // Acceso a variable global speed
vari = 0; // Esto dará ERROR porque vari solo pertenece // a la función foo. No compilará.
}
void main(void) {
int count; // Variable local count
/* Este count no tiene nada que ver con el count de las funciones inter o foo */
count = 0; // Acceso a count local
speed = 0; // Acceso a variable global speed }
char foo(long count) // Variable local count {
int vari; // Variable local vari }
Algo muy importante: a diferencia de las variables globales, las variables locales tienen almacenamiento temporal, es decir, se crean al ejecutarse la función y se destruyen al salir de ella. ¿Qué significa eso? Lo explico en el siguiente apartado.
Si dentro de una función hay una variable local con el mismo nombre que una variable global, la precedencia en dicha función la tiene la variable local. Si te confunde, no uses variables globales y locales con el mismo nombre.
Variables static
Antes de nada debemos aclarar que una variable static local tiene diferente significado que una variable static global. Ahora vamos a enfocarnos al primer caso por ser el más común.
Cuando se llama a una función sus variables locales se crearán en ese momento y cuando se salga de la función se destruirán. Se entiende por destruir al hecho de que la locación de memoria que tenía una variable será luego utilizada por el compilador para otra variable local (así se economiza la memoria). Como
consecuencia, el valor de las variables locales no será el mismo entre llamadas de función. Por ejemplo, revisa la siguiente función, donde a es una variable local ordinaria.
void increm() {
int a; // Declarar variable a a++; // Incrementar a
}
Cualquiera que haya sido su valor inicial, ¿crees que después de llamar a esta función 10 veces, el valor de a se habrá incrementado en 10?... Pues, no necesariamente. Cada vez que se llame a increm se crea a, luego se incrementa y, al terminar de ejecutarse la función, se destruye.
Para que una variable tenga una locación de memoria independiente y su valor no cambie entre llamadas de función tenemos dos caminos: o la declaramos como global, o la declaramos como local estática. Los buenos programadores siempre eligen el segundo.
Una variable se hace estática anteponiendo a su declaración el especificador static. Por defecto las variables estáticas se autoinicializan a 0, pero se le puede dar otro valor en la misma declaración (dicha inicialización solo se ejecuta la primera vez que se llama a la función), así:
static int var1; // Variable static (inicializada a 0 por defecto) static int var2 = 50; // Variable static inicializada a 50
Ejemplos.
void increm() {
static int a = 5; // Variable local estática inicializada a 5 a++; // Incrementar a
}
void main() {
int i; // Declarar variable i
// El siguiente código llama 10 veces a increm for(i=0; i<10; i++)
increm();
// Ahora la variable a sí debería valer 15 while(1); // Bucle infinito
}
Variables volatile
A diferencia de los ensambladores, los compiladores tienen cierta “inteligencia”. Es decir, piensan un poco antes de traducir el código fuente en código ejecutable. Por ejemplo, veamos el siguiente pedazo de código para saber lo que suele pasar con una variable ordinaria:
int var; // Declarar variable var //...
var = var; // Asignar var a var
El compilador creerá (probablemente como nosotros) que la sentencia var = var no tiene sentido (y quizá tenga razón) y no la tendrá en cuenta, la ignorará. Ésta es solo una muestra de lo que significa optimización del código. Luego descubrirás más formas de ese trabajo.
El ejemplo anterior fue algo burdo, pero habrá códigos con redundancias aparentes y más difíciles de localizar, cuya optimización puede ser contraproducente. El caso más notable que destacan los manuales de los compiladores C para microcontroladores es el de las variables globales que son accedidas por la función de interrupción y por cualquier otra función.
Para que un compilador no intente “pasarse de listo” con una variable debemos declararla como volatile, anteponiéndole dicho calificador a su declaración habitual.
Por ejemplo, en el siguiente boceto de programa la variable count debe ser accedida desde la función interrupt como desde la función main; por eso se le declara como volatile. Nota: el esquema de las funciones de
interrupción suele variar de un compilador a otro. Éste es solo un ejemplo. volatile int count; // count es variable global volátil
void interrupt(void) // Función de interrupción {
// Código que accede a count }
void main(void) // Función principal {
// Código que accede a count }
Arrays y Punteros
Probablemente éste sea el tema que a todos nos ha dado más de un dolor de cabeza y que más hemos releído para captarlo a cabalidad. Hablo más bien de los punteros. Si ellos el C no sería nada, perdería la potencia por la que las mejores empresas lo eligen para crear sus softwares de ordenadores.
Pero bueno, regresando a lo nuestro, estos temas se pueden complicar muchísimo más de lo que veremos aquí. Solo veremos los arrays unidimensionales y los punteros (que en principio pueden apuntar a todo tipo de cosas) los abocaremos a los datos básicos, incluyendo los mismos arrays. Aun así, te sugiero que tengas un par de aspirinas al lado.
Los arrays o matrices
Un array es una mega variable compuesto de un conjunto de variables simples del mismo tipo y ubicadas en posiciones contiguas de la memoria. Con los arrays podemos hacer todos lo que hacíamos con las tablas (de búsqueda) del ensamblador y muchísimo más.
Un array completo tiene un nombre y para acceder a cada uno de sus elementos se utilizan índices entre corchetes ([ ]). Los índices pueden estar indicados por variables o constantes. En el siguiente esquema se ve que el primer elemento de un array tiene índice 0 y el último, N-1, siendo N la cantidad de elementos del array.
Estructura de un array unidimensional de N elementos.
Declaración de arrays
Para declarar un array unidimensional se utiliza la siguiente sintaxis: data_type identifier[ NumElementos ];
Donde data_type es un tipo de dato cualquiera, identifier es el nombre del array y NumElementos es la cantidad de elementos que tendrá (debe ser un valor constante).
Por ejemplo, las siguientes líneas declaran tres arrays.
char letters10]; // letters es un array de 10 elementos de tipo char long HexTable[16]; // HexTable es un array de 16 elementos de tipo long int address[100]; // address es un array de 100 elementos de tipo int
Para el array letters el primer elemento es letters[0] y el último, letters[9]. Así, tenemos 10 elementos en total. Si quisiéramos asignar a cada uno de los elementos de letters los caracteres desde la „a‟ hasta la „j‟, lo
podríamos hacer individualmente así:
letters[0] = 'a'; // Aquí el índice es 0 letters[1] = 'b'; // Aquí el índice es 1 letters[2] = 'c'; // ... letters[3] = 'd'; // letters[4] = 'e'; letters[5] = 'f'; letters[6] = 'g'; letters[7] = 'h'; letters[8] = 'i';
letters[9] = 'j'; // Aquí el índice es 9
Pero así no tiene gracia utilizar arrays, ¿verdad? En este caso lo mejor es utilizar un bucle, así: (Nota: los caracteres son, al fin y al cabo, números en códigos ascii y se les puede comparar.)
char c;
for ( c = 'a'; c <= 'j'; c++ ) letters[i] = c;
Inicialización de arrays
Los elementos de un array se pueden inicializar junto con su declaración. Para ello se le asigna una lista ordenada de valores encerrados por llaves y separados por comas. Por supuesto, los valores deben ser
compatibles con el tipo de dato del array. Este tipo de inicialización solo está permitido en la declaración del array.
Ejemplos:
unsigned char mask[3] = { 0xF0, 0x0F, 0x3C }; // Ok int a[5] = { 20, 56, 87, -58, 5000 }; // Ok char vocals[5] = { 'a', 'e', 'i', 'o', 'u' }; // Ok
int c[4] = { 5, 6, 0, -5, 0, 4 }; // Error, demasiados inicializadores
También es posible inicializar un array sin especificar en su declaración el tamaño que tendrá, dejando los corchetes vacíos. El tamaño será precalculado y puesto por el compilador. Ésta es una forma bastante usada en los arrays de texto, donde puede resultar muy incómodo estar contando las letras de una cadena. Por ejemplo: int a[] = { 70, 1, 51 }; // Un array de 3 elementos
char vocals[] = { 'a', 'e', 'i', 'o', 'u' }; // Un array de 5 elementos char msg[] = "Este es un array de caracteres"; // Un array of 31 elementos ¿Por qué el último array tiene 31 elementos si solo se ven 30 letras? Lo sabremos luego.
Son arrays de tipo de dato char. Hay dos características que distinguen a estas cadenas de los demás arrays. Primero: su inicialización se hace empleando comillas dobles y segundo, el último término del array es un carácter NULL (simplemente un 0x00). De ahí su nombre.
Ejemplos:
char Greet[10] = "Hello"; // Un array de 10 elementos char msg[] = "Hello"; // Un array de 6 elementos
El array Greet tiene espacio para 10 elementos, de los cuales solo los 5 primeros han sido llenados con las letras de Hello, el resto se rellena con ceros.
El array msg tiene 6 elementos porque además de las 5 letras de “Hello” se le ha añadido un Null (0x00) al final (claro que no se nota). Es decir, la inicialización de msg es equivalente a:
char msg[] = { 'H', 'e', 'l', 'l', 'o', 0x00}; // Un array de 6 elementos Visto gráficamente, msg tendría la siguiente representación:
Estructura de una cadena de texto.
Los punteros
Los punteros suelen ser el tema que más cuesta entender en programación. Pero si ya llegaste aquí, es el momento menos indicado para detenerte.
Los punteros son un tipo de variables muy especial. Son variables que almacenan las direcciones físicas de otras variables. Si tenemos la dirección de una variable, tenemos acceso a esa variable de manera indirecta y podemos hacer con ellas todo lo que queramos ;).
Declaración de punteros
Los punteros pueden apuntar a todo tipo de variables, pero no a todas al mismo tiempo. La declaración de un puntero es un tanto peculiar. En realidad, se parece a la declaración de una variable ordinaria solo que se pone un asterisco de por medio. En este punto debes recordar las declaraciones de todo tipo de variables que hemos visto, incluyendo las influenciadas por los calificadores const, static, etc. Todas excepto los arrays; ¿por qué? La forma general de declarar un puntero es la siguiente:
data_type * PointerName;
Los siguientes ejemplos muestran lo fácil que es familiarizarse con la declaración de los punteros: int * ip; // ip es un puntero a variable de tipo int
char * ucp; // cp es un puntero a variable de tipo char unsigned char * ucp; // Puntero a variable de tipo unsigned char const long * clp; // Puntero a constante de tipo long
float * p1, *p2; // Declara dos punteros a variable de tipo float
Apuntando a variables
Decimos que una variable puntero “apunta” a una variable x si contiene la dirección de dicha variable. Para ello se utiliza el operador &, el cual extrae la dirección de la variable a la que acompaña. Un puntero siempre debería apuntar a una variable cuyo tipo coincida con el tipo del puntero.
En los siguientes ejemplos vemos cómo apuntar a variables de tipo básico, como int, char o float. Más adelante veremos cómo apuntar a arrays.
void main (void) {
int height, width;
char a, b, c; float max;
int * ip; // ip es un puntero a variable tipo int char * cp; // cp es un puntero a variable tipo char float * fp; // Puntero a variable tipo float
ip = &height; // Con esto ip tendrá la dirección de height ip = &width; // Ahora ip apunta a width
cp = &a; // cp apunta a a
cp = &c; // Ahora cp apunta a c
cp = &a; // Ahora cp apunta a a otra vez
fp = &max; // fp apunta a max
fp = &height; // Error! height no es una variable float //...
}
Asignaciones indirectas mediante punteros
Una vez que un puntero apunte a una variable cualquiera, se puede acceder a dicha variable utilizando el nombre del puntero precedido por un asterisco, de esta forma:
void main (void) {
int height, width, n; // Variables ordinarias
int * p, * q; // p y q son punteros a variables de tipo int p = &height; // p apunta a height
*p = 10; // Esto es como height = 10
p = &width; // p apunta a width
*p = 50; // Esto es como width = 50
height = *p; // Esto es como height = width q = &height; // q apunta a height
//... }
La expresión *p se debería leer: “la variable apuntada por p”. Eso también ayuda mucho a comprender a los punteros.
¿Y para esto se inventaron los punteros? Yo me preguntaba lo mismo en mis inicios. El tema de los punteros se puede complicar casi “hasta el infinito”, por eso quiero ir con cuidado y poco a poco para que nadie se pierda.
Punteros y arrays
¿Cómo se declara un puntero a un array? Un puntero a un array es simplemente un puntero al tipo de dato del array. Cuando se asigna un puntero a un array, en realidad el puntero toma la dirección de su primer elemento, a menos que se especifique otro elemento.
Luego, bastaría con modificar el valor del puntero para que apunte a los otros elementos del array. Todo lo indicado se refleja en el siguiente código:
void main (void) {
int * p; // Declara p como puntero a int int n; // Alguna variable
int mat[3] = { 78, 98, 26 }; // Array de variables int
p = &mat; // p apunta a mat (a su primer elemento) n = *p; // Esto da n = 78
p++; // Incrementar p para apuntar a siguiente elemento n = *p; // Esto da n = 98
p++; // Incrementar p para apuntar a siguiente elemento n = *p; // Esto da n = 26
*p = 10; // Con esto mat[3] valdrá 10
p--; // Decrementar p para apuntar a elemento anterior *p = 100; // Con esto mat[2] valdrá 100
p = mat; // p apunta a mat. Es lo mismo que p = &mat
p = NULL; // Desasignar p. Lo mismo que p = 0x0000 // ...
}
En el fondo los arrays y los punteros trabajan de la misma forma, por lo menos cuando referencian a variables almacenadas en la RAM del microcontrolador. La única diferencia es que los arrays no pueden direccionar a datos diferentes de su contenido; por eso también se les llama punteros estáticos. En la práctica esto significa que un array es siempre compatible con un puntero, pero un puntero no siempre es compatible con un array. Por ejemplo, a un array no se le puede asignar otro array ni se le pueden sumar o restar valores para que apunten a otros elementos. Por lo demás, las operaciones de asignación son similares para punteros y arrays, tal como se puede apreciar en el siguiente código. (Por si las moscas, str1 es el array y str2, el puntero.) void main(void)
{
char * str2 = { 'P', 'o', 'i', 'n', 't', 'e', 'r' }; char a; a = str1[0]; // Esto da a = 'A' a = str1[3]; // Esto da a = 'a' a = str2[0]; // Esto da a = 'P' a = str2[3]; // Esto da a = 'n' str1 += 2; // Error! Str1 es estático
str2 += 2; // Correcto. Ahora str2 apunta a 'i'
str1++; // Error otra vez! Str1 es estático str2++; // Correcto. Ahora str2 apunta a 'n' a = *str2; // Esto da a = 'n'
// ... }
Paso de punteros y arrays a funciones
¿Recuerdas el paso de variables por valor y por referencia? Pues aquí vamos de nuevo.
Bien, recordemos: una variable pasada por valor a una función, en realidad le entrega una copia suya; por lo que la variable original no tiene por qué ser afectada por el código de la función. Ahora bien, pasar una variable por referencia significa que se pasa la dirección de dicha variable. Como consecuencia, la función tendrá acceso a la variable original y podrá modificar su contenido. Esto podría resultar riesgoso, pero, bien usada, la técnica es una potente arma.
Ya que los punteros operan con direcciones de variables, son el medio ideal para trabajar con parámetros por referencia. Hay dos casos de particular interés: uno, cuando deseamos en serio que la variable pasada a la función cambie a su regreso; y dos, cuando la variable pasada es demasiado grande (un array) como para trabajar con copias. De hecho, los arrays siempre se pasan por referencia ya que también son punteros al fin. La sintaxis de los punteros en el encabezado de la función no es nada nuevo, teniendo en cuenta que también tienen la forma de declaraciones de variables.
En el siguiente ejemplo la funcion interchage intercambia los valores de las dos variables recibidas. En seguida explicaré por qué varía un poco la forma en que se llama a la función.
void interchange( int * p1, int * p2 ) {
int tmp = *p1; // Guardar valor inicial de variable apuntada por p1. *p1 = *p2; // Pasar valor de variable apuntada por p2 a...
// variable apuntada por p1.
*p2 = tmp; // Variable apuntada por p2 valdrá tmp. }
void main (void) {
int i, j;
/* Hacer algunas asignaciones */ i = 10;
/* Llamar a función interchange pasando las direcciones de i y j */ interchange( &i, &j );
// En este punto i vale 15 y j vale 10 // ...
}
Al llamar a interchange le entregamos &i y &j, es decir, las direcciones de i y j. Por otro lado, la función interchange recibirá dichos valores en p1 y p2, respectivamente. De ese modo, p1 y p2 estararán apuntando a i y j, y podremos modificar sus valores.
Ten presente que se mantiene la forma de asignación “puntero = &variable” (puntero igual a dirección de variable).
Ahora veamos ejemplos donde la forma de asignación cambia a “puntero = puntero”. Esto incluye a los arrays porque, recordemos, un puntero siempre puede ser tratado como un array, aunque lo contrario no siempre es posible.
En el siguiente programa array1 y array2 se pasan a la función prom, la cual devuelve el valor promedio de los elementos del array recibido. Como para ese cálculo se necesita conocer la cantidad de elementos que tiene el array, prom recibe dicho valor en el parámetro size.
float prom ( int * p, int size ) {
int i; float tmp = 0;
for ( i=0; i<size; i++ ) // Bucle para contar i desde 0 hasta size-1. tmp += p[i]; // Sumar elemento p[i] a tmp.
return ( tmp/size ); // Retornar valor promediado. }
void main (void) {
int array1[4] = { 51, 14, 36, 78 }; // Un array de 4 elementos int array2[] = { -85, 4, 66, 47, -7, 85 }; // Un array de 6 elementos float avrg; // Una variable tipo float, para decimales
avrg = prom (array1, 8);
// Ahora avrg debería valer (51 + 14 + 36 + 78 )/8 = 44.75 avrg = prom (array2, 6);
// Ahora avrg debería valer (-85 + 4 + 66 + 47 - 7 + 85 )/6 = 18.3333 while( 1 ); // Bucle infinito
}
Finalmente, veamos un programa donde se utilizan las Cadenas de texto terminadas en nulo.
Este programa tiene dos funciones auxiliares: mayus convierte la cadena recibida en mayúsculas, y lon calcula la longitud del texto almacenado en el array recibido. Ambas funciones reciben el array pasado en un puntero p dado que son compatibles.
void mayus( char * p ) {
while( *p ) // Mientras carácter apuntado sea diferente de 0x00 {
// minúscula
*p = *p - 32; // Hacerlo mayúscula
p++; // Incrementar p para apuntar sig. carácter }
}
int lon( char * p) {
int i = 0; // Declarar variable i e iniciarla a 0.
while( *p ) // Mientras carácter apuntado sea diferente de 0x00 {
i++; // Incrementar contador.
p++; // Incrementar p para apuntar sig. carácter }
return i; // Retornar i }
void main (void) {
int L;
char song1[20] = "Dark Blue";
char song2[20] = "Staring Problem"; char song3[20] = "Ex-Girlfriend";
/* Obtener longitudes de los arrays de texto */ L = lon(song1); // Debería dar L = 9
L = lon(song2); // Debería dar L = 15 L = lon(song3); // Debería dar L = 13 /* Convertir cadenas en mayúsculas */
mayus(song1 ); // Es lo mismo que mayus(&song1); // Ahora song1 debería valer "DARK BLUE"
mayus(song2 ); // Es lo mismo que mayus(&song2); // Ahora song2 debería valer "STARING PROBLEM"
mayus(song3 ); // Es lo mismo que mayus(&song3); // Ahora song3 debería valer "EX-GIRLFRIEND"
while(1); // Bucle infinito }
En el programa se crean tres arrays de texto de 20 elementos (song1, song2 y song3), pero el texto almacenado en ellos termina en un carácter 0x00.
Según la tabla de caracteres ascii, las letras mayúsculas están ubicadas 32 posiciones por debajo de las minúsculas. Por eso basta con sumarle o restarle ese valor a un carácter ascci para pasarlo a mayúscula o minúscula.
En ambas funciones el puntero p navega por los elementos del array apuntado hasta que encuentra el final, indicado por un carácter nulo (0x00).
Arrays constantes
No es que me haya atrazado con el tema, es solo que los arrays constantes son uno de los temas cuyo tratamiento varía mucho entre los distintos compiladores. Veamos en qué.
