Comencem!

Aquesta lliçó presenta un primer programa en C++. Aquest programa escriu el producte de dos nombres, i inclou diferents instruccions simples que s'executen una darrera l'altra. La lliçó també mostra quins passos cal dur a terme per poder executar-lo.

El nostre primer programa

Aquest és un petit programa complet en C++:

/* Calculadora de productes. */

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
int x, y; // Declaració de les variables
cin >> x >> y; // Lectura de les dades d'entrada
int p = x\*y; // Càlcul del resultat
cout << p << endl; // Escriptura de la dada de sortida
}

És una mena de calculadora molt senzilla, que només llegeix dos nombres i n'escriu el producte. Espanta una mica, oi? Calma... ara ho expliquem.

Tot programa en C++ conté unes paraules màgiques (🧙) necessàries que cal invocar com una mena de conjur. Deixem per més endavant el seu significat; de moment, només cal que les repetiu (exactament igual, si no us voleu convertir un gripaus 🐸!). En general, tot programa en C++ ha d'incloure aquest alohomora:

#include <iostream>
using namespace std;

int main() {
}

Els programes en C++ també contenen comentaris: fragments de text que documenten alguna part del programa i que són ignorats per l'ordinador. Concretament, els texts entre els símbols /\* i \*/ i els texts a la dreta dels símbols // són comentaris.

Els diferents colors que podeu veure als programes només són per facilitar-ne la comprensió quan es llegeixen. Com els comentaris, aquestes coloraines no afecten el significat del programa. Però al contrari dels comentaris, que són escrits pels programadors, els colors són generats automàticament per l'ordinador que useu, i no són sempre els mateixos.

Així doncs, el fragment realment important del programa anterior és aquest:

    int x, y;
    cin >> x >> y;
    int p = x*y;
    cout << p << endl;

Ja no fa tanta por, oi? 😌

El fragment anterior està format per quatre instruccions. Cada instrucció en C++ acaba amb un punt i coma, i se sol escriure en una línia. Per defecte, l'ordinador executa seqüencialment les instruccions, és a dir, una darrera de l'altra.

Per tal de poder entendre què fa aquest programa, donem una descripció informal de cada instrucció, en l'ordre en què es duen a terme:

1. La primera instrucció, int x, y; crea dues variables x i y. Una variable és un calaix de la memòria etiquetat amb un nom i on es desa una dada. En aquest cas, hi haurà dos calaixos, un anomenat x i l'altre anomenat y, i cadascun contindrà un nombre enter (int és l'abreviatura de l'anglès integer). Aquest tipus d'instrucció s'anomena una declaració de variable(s).

2. La segona línia, cin >> x >> y; és una instrucció de lectura que indica que cal llegir dues dades i desar-les a la memòria, la primera dins d'x i la segona dins d'y. Amb aquesta intrucció es permet que l'usuari del programa introdueixi els dos valors dels quals vol obtenir el seu producte a través del dispositiu d'entrada (cin), que per defecte, sol ser el teclat de l'ordinador.

3. La tercera instrucció, int p = x*y; crea una nova variable de nom p, amb valor inicial igual al resultat de multiplicar els valors que es troben desats a x i y. Aquesta instrucció combina una declaració de variable (int p), una expressió (x*y), i una assignació (p = x*y).

4. La quarta i darrera línia, cout << p << endl; és una instrucció d'escriptura que indica que cal escriure el valor desat a p pel dispositiu de sortida (cout) seguint d'un salt de línia (endl). Amb aquesta intrucció es permet que l'ordinador transmeti a l'usuari, per defecte per la pantalla, el producte dels valors que ha introduit anteriorment. El salt de línia és purament estètic.

En aquest programa podem veure doncs que x i y es corresponen a les dades d'entrada del nostre problema, i que p és la dada de sortida. No ha calgut descriure cap algorisme per calcular p a partir de x i y, ja que en C++ el producte (*) és una operació bàsica que l'ordinador realitza directament.

Les operacions bàsiques que es poden aplicar entre dos enters són:

• la suma (amb l'operador +),
• la resta (amb l'operador -),
• el producte (amb l'operador *),
• la divisió entera (amb l'operador /),
• i el residu de la divisió entera (amb l'operador %).

La referència sobre els enters dóna més detalls sobre totes aquestes operacions.

Execució del primer programa

A continuació describim com escriure i preparar aquest primer programa per tal d'executar-lo. En general, cal seguir aquests tres passos:

1. Primer, cal editar (escriure) el programa i desar-lo en un arxiu. Es diu que aquest arxiu conté el codi font del nostre programa.

2. Després, cal compilar el codi font per obtenir un arxiu amb el codi màquina corresponent, és a dir, les instruccions que sap executar directament l'ordinador.

3. Finalment, cal executar (és a dir, posar en marxa) l'arxiu amb el codi màquina per poder interactuar amb ell.

Tot seguit en fem una demostració. Per a seguir aquests passos, ja heu d'haver instal·lat les eines de programació.

Edició

Editar un programa vol dir escriure (i modificar, si cal) el seu codi font. Això es pot fer utilitzant qualsevol editor de text sense format. Existeixen molts editors diferents, cadascun amb avantatges i inconvenients; trieu-ne un de les eines de programació.

Els editors permeten desar el codi C++ dins d'un fitxer en alguna carpeta de l'ordinador. Típicament, l'extensió .cc (o .cpp) identifica els fitxers font escrits en C++.

La figura següent mostra un editor amb el nostre primer programa (anomenat p1.cc) obert:

Compilació

Compilar un programa vol dir traduir el seu codi font (escrit en un llenguatge de programació com ara C++) a codi màquina. Afortunadament, aquesta etapa la realitza per a nosaltres un programa anomenat compilador. A més de generar el codi màquina corresponent, el compilador també comprova que el programa sigui correcte, en el sentit que compleixi les regles del C++, independentment d'allò que intenti calcular. En cas de no ser correcte, dona una sèrie de diagnòstics per ajudar a trobar els errors que caldrà arreglar.

Hi ha molts compiladors de C++ diferents, cadascun amb avantatges i inconvenients; trieu-ne un de les eines de programació. Nosaltres usarem el compilador GCC, àmpliament utilitzat, i lliure. El compilador LLVM (present als Mac) és compatible amb aquest.

Per compilar un arxiu font de C++ cal utilitzar la comanda

g++ -Wall -O2 -std=c++23 p1.cc -o p1.exe

on p1.cc és el nom de l'arxiu font ja existent i p1.exe és el nom de l'arxiu executable que crearà el compilador. El programa g++ és el compilador de C++. Les opcions opcions usades són -Wall (volem tots els avisos), -O2 (volem codi optimitzat), i -std=c++23 (volem usar l'estàndard de C++ del 2023, el més recent).

Nota: En algunes imatges encara apareix c++11 enlloc de c++23. Utilitzeu c++23 enlloc de c++11, encara que segurament no és gens greu.

La captura següent mostra un terminal on s'ha compilat el codi font p1.cc en codi màquina p1.exe:

(La comanda cat serveix per mostrar un arxiu.)

La captura següent mostra com el compilador indica errors quan un programa no segueix les regles (en aquests cas, falta un punt i coma a la penúltima línia). Quan hi ha un error com aquest, cal arreglar-lo a l'editor, desar de nou el codi font i tornar-lo a compilar.

Execució

Per executar un programa cal escriure el nom del seu arxiu executable precedit de ./. Per exemple, per executar p1.exe cal escriure

./p1.exe

Llavors, es pot interactuar amb el programa. En aquest cas, primer l'usuari introdueix dos nombres, i a continuació el programa n'escriu el seu producte. La figura següent mostra dues execucions del programa, per calcular el producte de 3 per 12 i el producte de 2891 per 4591:

Funciona! 👏👏👏

Demostració

En alguns punts del curs, utilitzarem enregistraments de sessions de treball davant d'un terminal per tal de demostrar millor certs conceptes. Tingueu en compte les observacions següents:

• Les línies que comencen amb un sostingut (#) són comentaris i són ignorades pel terminal, però serveixen per explicar-vos què està passant.
• Les coloraines del terminal fan més agradable la lectura, però no són essencials i difereixen entre sistemes.
• Durant la reproducció del terminal podeu fer servir aquestes tecles:

Tecla	Acció
Espai	aturar / reproduir
←	retrocedir 5 segons
→	avançar 5 segons
<	decrementar velocitat de reproducció
>	incrementar velocitat de reproducció
0, 1, 2, ..., 9	saltar al 0%, 10%, 20%, ..., 90%

Comenceu la reproducció picant el triangle.

Pràctica

Escriviu un nou programa que llegeixi tres enters i n'escrigui la suma. Editeu, compileu i executeu el vostre programa per comprovar que funciona correctament. Si no us en sortiu, piqueu el botó "Mostra solució" per veure una solució.

Lliçons.jutge.org
Jordi Petit, Salvador Roura
© Universitat Politècnica de Catalunya, 2024