Lenguajes de Programación, Herramientas de Desarrolloafurfaro/Clases/Info1/Clase04-Dev... · Lenguaje Ensamblador 1º paso: ... 18 A lo largo del curso vamos a utilizar mucho las

Informatica I

Lenguajes de Programacion, Herramientas deDesarrollo

Alejandro Furfaro

Marzo 2011

Lenguajes de programacion Primeros pasos en lenguaje C Herramientas de Desarrollo Conclusiones

Temario

1 Lenguajes de programacionPrimeros conceptosLenguaje EnsambladorLenguajes de alto nivel

2 Primeros pasos en lenguaje CPrimer ejemplo: Hola Mundo(poco original. . . )

3 Herramientas de DesarrolloCiclo de desarrolloDe que se ocupa cadaherramientaAvanzando un poco mas conlas herramientas de desarrollo

4 Conclusiones

Alejandro Furfaro Lenguajes de Programacion, Herramientas de Desarrollo


Primeros conceptos

Lenguajes

¿Que lenguaje hablan los microprocesadores?

Las CPU’s definidas en los modelos originales fueron pensadas paratratar con valores que pueden tomar dos estados: Verdadero-Falso, 1- 0, Tension V - Tension 0.Por este motivo desde el inicio, cualquier Microprocesador solo“habla” en binario.El problema es que a los seres humanos no nos resulta “natural”hablar ese lenguaje. Si bien podemos hacerlo, nos es engorroso, ypor otra parte es muy facil cometer un error. Basta con permutar un 1con un 0 para tener un error. Y, una vez cometido,es sumamentearduo de encontrar.



Primeros conceptos

Programando en el lenguaje del Microprocesador

El listado de la izquierda es el original. El de la derecha es una copia y tieneun error ¿donde esta?

01101011 11011111 01101100 01101011 11011111 0110110001000110 01110111 10001010 01000110 01110111 1000101011101010 10010011 01101011 11101010 10010011 0110101110100100 11010101 00110100 10100100 11010101 0011010001100001 00010000 01101010 01100001 00010000 0110101000011110 10001010 01011010 00011110 10001010 0101101011010111 11010011 10100101 11010111 11010011 1010010110001001 10010111 10011000 10001001 10010111 1001100010001101 10100101 01111001 10001101 10100101 0111100111000010 10010110 01101011 11000110 10010110 0110101110110011 00101001 01111111 10110011 00101001 0111111100101001 00010100 01101101 00101001 00010100 0110110101010110 10010100 01100101 01010110 10010100 01100101



Primeros conceptos


Y ? . . . ¿lo encontraste?mmmm..... . . ¿estas seguro?

01101011 11011111 01101100 01101011 11011111 0110110001000110 01110111 10001010 01000110 01110111 1000101011101010 10010011 01101011 11101010 10010011 0110101110100100 11010101 00110100 10100100 11010101 0011010001100001 00010000 01101010 01100001 00010000 0110101000011110 10001010 01011010 00011110 10001010 0101101011010111 11010011 10100101 11010111 11010011 1010010110001001 10010111 10011000 10001001 10010111 1001100010001101 10100101 01111001 10001101 10100101 0111100111000010 10010110 01101011 11000110 10010110 0110101110110011 00101001 01111111 10110011 00101001 0111111100101001 00010100 01101101 00101001 00010100 0110110101010110 10010100 01100101 01010110 10010100 01100101



Primeros conceptos


Y ? . . . ¿lo encontraste?mmmm..... . . ¿estas seguro?

01101011 11011111 01101100 01101011 11011111 0110110001000110 01110111 10001010 01000110 01110111 1000101011101010 10010011 01101011 11101010 10010011 0110101110100100 11010101 00110100 10100100 11010101 0011010001100001 00010000 01101010 01100001 00010000 0110101000011110 10001010 01011010 00011110 10001010 0101101011010111 11010011 10100101 11010111 11010011 1010010110001001 10010111 10011000 10001001 10010111 1001100010001101 10100101 01111001 10001101 10100101 0111100111000010 10010110 01101011 11000110 10010110 0110101110110011 00101001 01111111 10110011 00101001 0111111100101001 00010100 01101101 00101001 00010100 0110110101010110 10010100 01100101 01010110 10010100 01100101



Lenguaje Ensamblador

Necesitamos un lenguaje mas “humano”

GLOBAL mainEXTERN p r i n t f; C o n s t a n t e s

LF equ 0xA ; 1 0 d e c i m a l

CR equ 0xD ; 1 3 d e c i m a l

NULL equ 0 ; N U L L

; D a t o s d e l e c t u r a e s c r i t u r a

SECTION .datazHola db ’ Hola Mundo ’ , LF , CR, NULL; C o d i g o

SECTION . t e x tmain :

push dword zHola ; p u s h e a m o s d i r e c c i o n d e z H o l a

c a l l p r i n t f ; l l a m a m o s a p r i n t f

add esp , 4 ; a j u s t a m o s l a p i l a

mov eax , 1 ; N o s p r e p a r a m o s . . . .

i n t 0x80 ; y n o s v a m o s . G o o d b y e



Lenguaje Ensamblador

1º paso: Una sentencia = una instruccion

Este es el lenguaje llamado Ensamblador, tambien conocidocomo “lenguaje de maquina”.Cada instruccion tiene un nombre alusivo a la operacion querealiza (en ingles), y se lo representa por su abreviatura. Ej:MOV, por MOVE, ADD por ADDITION, etc.Cada sentencia en el programa corresponde a una y solo unainstruccion de la CPU.Con ayuda de un programa llamado Ensamblador (o Assembler,igual que el lenguaje), se convierte ese texto, apto para suentendimiento por parte de los seres humanos, a numerosbinarios, unico lenguaje que habla el Microprocesador.Al texto original del programa escrito en lenguaje “humano” se loconoce como codigo fuente.



Lenguajes de alto nivel

2º paso: Una sentencia = varias instrucciones

A diferencia del assembler, cada sentencia del programa secompone de varias instrucciones del procesador.La ventaja es que permite escribir aplicaciones de mayorcomplejidad son menos texto.El programa se escribe en un archivo de texto plano, igual queun programa en Assembler.Con ayuda de un programa llamado Compilador se convierteese texto a numeros binarios, explotando cada sentencia en unao mas instrucciones del microprocesador.Al igual que el caso del programa escrito en Assembler, el textoescrito en C se denomina programa fuente. Obviamente estadenominacion aplica al texto de cualquier lenguaje deprogramacion.



Primer ejemplo: Hola Mundo (poco original. . . )

El mismo programa anterior escrito en lenguaje C

/ * Esta secuencia es para i n i c i a r un comentar io .El comentar io puede ocupar cuantas l ı neas qu ierasY a l f i n a l . . . . .Esta secuencia es para c e r r a r un comentar io * /

#include <s t d i o . h>

i n t main ( ){

p r i n t f ( ” Hola Mundo ! ! \ n ” ) ;return 0;

}




¿Que contiene este simple programa?

1 En primer lugar lo mas facil. Todo texto encerrado entre /*y */, es tratado como un comentario. Significa que elcompilador no va a generar codigo alguno con este texto.

2 Parece poco importante ya que no genera logica ni agregainteligencia al programa. Sin embargo los comentariosayudan a explicar lo qu eestamos intentando hacer connuestro algoritmo. Esto contribuye a la claridad de nuestrocodigo, lo cual permite a otras personas o a nosotrosmismos, modificar, corregir un defecto, o mejorar elprograma con mayor facilidad. Incluir comentariosacertados y que agreguen claridad al codigo se considerauna Buena Practica de Programacion.





3 Antes de continuar, aclaremos: Un programa C, secompone de dos elementos logicos basicos: funciones yvariables. Las funciones contienen sentencias quedefinen las diferentes operaciones que se ejecutan una auna, y las variables contienen los datos que el programamantiene almacenados, y modificara eventualementecomo consecuencia de su operacion.

4 Las funciones pueden llevar el nombre que mejor nosparezca, pero hay una funcion “obligatoria”: main. Unprograma comienza su ejecucion en el inicio de la funcionmain.





5 main para organizar el trabajo llama a otras funciones quecomo veremos van componiendo las partes quesolucionan el problema completo (esto es programacionmodular).

6 Las funciones invocadas por main pueden estar escritasen el mismo archivo del programa, en otro archivo quejunto con el nuestro componen el proyecto de software, opueden ser funciones externas a nuestro programa queestan guardadas en archivos que llamaremos bibliotecasde codigo, ya traducidas a numeros binarios, es decir en ellenguaje que entiende el microprocesador.





7 A continuacion vemos la directiva

# inc lude <s t d i o . h>

que le indica al compilador que debe incluir elementosalmacenados en la biblioteca standard input output: stdio.

Concepto Importante

¡stdio.h no contiene el codigo de la biblioteca! . Es un archivo detexto en el que solamente se declaran las funciones que componenla biblioteca para que el compilador pueda conocer la sintaxiscorrecta para su invocacion desde los programas. La biblioteca decodigo esta en otro archivo (binario). El codigo fuente de lasfunciones que componen esta biblioteca, tampoco esta en stdio.h.No olvidar este concepto .





8 Toda funcion puede recibir una lista de valores que sedenominan argumentos.

9 En el caso de main , en esta aplicacion simple no recibeargumentos. Mas adelante en el curso veremos que puederecibirlos y como tratarlos en tal caso.

10 Luego entre los caracteres { y } se encierran las sentencias quecomponen el cuerpo de la funcion.

11 En el caso de este sencillo ejemplo el cuerpo de main solocontiene las sentencias:

p r i n t f ( ” Hola Mundo ! ! \ n ” ) ;return 0;




¿Que es printf?

12 No es otra cosa que una funcion.13 Tal como explicamos recibe un argumento, en este caso el texto

Hola Mundo!!\n14 Lo que hace printf es imprimir en pantalla el texto que le

pasamos como argumento.15 \n es una secuencia de escape que utiliza el lenguaje C para

representar el caracter Nueva Lınea.16 De este modo el comportamiento esperado de nuestro

programa sera imprimir en pantalla en el renglon siguiente alcomando que lo ejecute, el mensaje Hola Mundo!!, y luegosaltar a la lınea siguiente como si se pulsase la tecla <Enter>

17 El tipo de argumento es una cadena de caracteres en forma deconstante, por eso va encerrada entre comillas dobles.

18 A lo largo del curso vamos a utilizar mucho las cadenas decaracteres, de modo que es bueno empezar a familiarizarnosdesde el principio.




¿Donde esta printf?

19 En nuestro archivo fuente, evidentemente no esta.20 De modo que solo cabe una posibilidad: La funcion es externa.21 printf esta contenida en una de las bibliotecas mas utilizadas

en C: La de entrada salida estandar, cuyas definiciones estanen el archivo header stdio.h, ya explicado.

22 Comprobemoslo:

Tipear en la consola

l oca te s t d i o . hgrep ’ p r i n t f ’ / usr / i nc lude / s t d i o . h

23 Alguno de uds. estara preguntandose como se logra que elprograma acceda al codigo de printf si esta no es parte deprograma sino que esta afuera de el ¿verdad?

24 Quienes aun no se lo preguntaron. . . deberıan hacerlo ;)




¿Donde esta printf?

19 En nuestro archivo fuente, evidentemente no esta.20 De modo que solo cabe una posibilidad: La funcion es externa.21 printf esta contenida en una de las bibliotecas mas utilizadas

en C: La de entrada salida estandar, cuyas definiciones estanen el archivo header stdio.h, ya explicado.

22 Comprobemoslo:

Tipear en la consola

l oca te s t d i o . hgrep ’ p r i n t f ’ / usr / i nc lude / s t d i o . h

23 Alguno de uds. estara preguntandose como se logra que elprograma acceda al codigo de printf si esta no es parte deprograma sino que esta afuera de el ¿verdad?

24 Quienes aun no se lo preguntaron. . . deberıan hacerlo ;)



Ciclo de desarrollo

Proceso de desarrollo



De que se ocupa cada herramienta

El compilador

Es un programa capaz de analizar sintacticamente un archivode texto que contiene un programa fuente.Si este esta escrito de manera correcta, respetando lasemantica del lenguaje para el cual compila, genera un codigobinario adecuado para ser ejecutado por el Microprocesadorque obra como CPU en el sistema.Ademas de analizar las operaciones reemplaza los nombreslogicos que adoptemos en nuestro programa para variables ofunciones por las direcciones de memoria en donde se ubicanlas mismas.No puede resolver referencias a funciones exteriores al archivofuente que analiza. Por ejemplo, no puede resolver por que valornumerico reemplazar a la etiqueta printf , ya que no tienevisibilidad de la misma. Habra que esperar a la siguiente fasepara resolver este tema.




Cuando se dejan referencias por resolver




El compiladorAntes de hacer su trabajo, invoca a un programa denominadopreprocesador, que se encarga de eliminar los comentarios,incluir otros archivos (la lınea #include <stdio.h>, esreemplazada por contenido del archivo stdio.h), y reemplaza lasmacros (la sentencia para el preprocesador en este caso es#define ).Si genera errores el programa esta mal escrito y debe serrevisado.Si no genera errores solo significa que el programaesta correctamente escrito. De allı a que funcionecorrectamente es otra cuestion. . .Una vez que compilo, su producto es un programa objeto. Estees un binario pero que aun no esta listo para poderse ejecutar.

Para generar el programa objeto, tipear en la consolagcc −c hola . c −ohola . o




El compiladorAntes de hacer su trabajo, invoca a un programa denominadopreprocesador, que se encarga de eliminar los comentarios,incluir otros archivos (la lınea #include <stdio.h>, esreemplazada por contenido del archivo stdio.h), y reemplaza lasmacros (la sentencia para el preprocesador en este caso es#define ).Si genera errores el programa esta mal escrito y debe serrevisado.Si no genera errores solo significa que el programaesta correctamente escrito. De allı a que funcionecorrectamente es otra cuestion. . .Una vez que compilo, su producto es un programa objeto. Estees un binario pero que aun no esta listo para poderse ejecutar.

Para generar el programa objeto, tipear en la consolagcc −c hola . c −ohola . o




El Linker

Es un programa capaz de tomar el programa objeto generadorecien por el compilador, enlazarlo (“linkearlo”) con otrosprogramas objeto y con otras biblioteca de codigo y generar unprograma ejecutable por el Sistema Operativo sobre el cualestamos desarrollando nuestro programa.Muchas cosas juntas ¿verdad?Enlazar significa:

Poner todos los bloques de codigo juntos y ordenar codigoy datos en secciones comunes para luego guardar eseconjunto en un unico archivo ejecutable.Una vez ordenado, resolver cada referencia a una variableo funcion que en la fase de compilacion eran externas. Ennuestro caso el linker resolvera la referencia a printf .Identificar y marcar el punto de entrada del programa (ladireccion que se le asignara a main ).




El linkerParece poco relevante. Sin embargo es crucial esta fase de lageneracion de nuestro programa

Para generar el programa ejecutable podrıamos, tipear en la consolal d −−eh−frame−hdr −m e l f i 3 8 6 −−hash−s t y l e =both−dynamic−l i n k e r / l i b / ld−l i n u x . so .2 −o hola / usr / l i b / c r t 1 . o/ usr / l i b / c r t i . o / usr / l i b / gcc / i486−l i nux−gnu / 4 . 3 . 2 / c r t beg in . o−L / usr / l i b / gcc / i486−l i nux−gnu / 4 . 3 . 2 −L / usr / l i b hola . o −l gcc−−as−needed −l g cc s −−no−as−needed − l c −l gcc −−as−needed−l g cc s −−no−as−needed / usr / l i b / gcc / i486−l i nux−gnu / 4 . 3 . 2 / c r tend . o/ usr / l i b / c r t n . o

Hay involucrados unos cuantos objetos como vemos que sonrelevantes: crt1.o, crti.o, crtbegin.o, crtend.o.Y algun que otro componente adicional.Engorroso, imposible de memorizar, y sobre todo, sujeto acuestiones internas del sistema.
















El linker

Por eso, gcc sabe llamar al linker y nos evita este engorrosotramite a nosotros

Para generar el programa ejecutable tipeamos en la consolagcc −ohola hola . o

Para saber como el gcc arma el llamado usamos la opcion -v(verbose)

Tipear en la consolagcc −ohola hola . o −v




El linker








El linker








El linker








El linker







Avanzando un poco mas con las herramientas de desarrollo

Agreguemos alguna funcion de calculo

/ * Programa s q r t . c :* Su func i on es c a l c u l a r l a r a ı z cuadrada de un numero* p rede f i n i do en su codigo y mostrar su resu l tado en* l a p a n t a l l a de l computador .* Para comp i la r l o : gcc −c s q r t . c −o s q r t . o* Para l i n k e a r l o : gcc s q r t . o −o s q r t −lm* * /

#include <s t d i o . h>#include <math . h>

#define N 1234567890

i n t main ( ){

double r e s u l t ;r e s u l t = s q r t (N ) ;p r i n t f ( ” La r a i z cuadrada de %d es: %10.7 f \n ” ,N, r e s u l t ) ;return 0;

}




Linkeando con una Biblioteca

Si observamos el comentario que encabeza el listado delprograma del slide anterior, vemos que al linker se leprovee una opcion adicional: -lm-l sirve para especificar el nombre de una Biblioteca (l porlibrary)m es el nombre de la biblioteca: m es math, cuyosprototipos, macros y constantes estan definidos en math.h(entre ellos la funcion sqrt )Pregunta: ¿Porque no hubo que especificar la librerıa quecontiene printf ?El compilador “conoce” la ubicacion de las bibliotecas mascomunes para evitar que debamos especificarpermanentemente librerıas de uso casi tan comun como lapropia funcion main













Que Aprendimos?

Que son y que relacion tienen los diferentes lenguajes,binario, assembler, C.

Las herramientas de desarrollo que utilizamos paracontruir programas, su uso y conceptos.

Hicimos algunos ejemplos para empezar a caminar.

Ahora vamos a mejorarlos y aumentar sus posibilidades


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