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Librerías o bibliotecas con C++

Junto con los compiladores de C y C++, se incluyen ciertos ficheros llamados bibliotecas. Las bibliotecas contienen el código objeto de muchos programas que permiten hacer cosas comunes, como leer el teclado, escribir en la pantalla, manejar números, realizar funciones matemáticas, etc. Las bibliotecas están clasificadas por el tipo de trabajos que hacen, hay bibliotecas de entrada y salida, matemáticas, de manejo de memoria, de manejo de textos, etc.
Nota: Existe una discusión permanente sobre el nombre genérico de estos ficheros. Una gran parte de personas consideran que el nombre adecuado es ficheros de biblioteca, y he de decir que esencialmente estoy de acuerdo con ellos. Sin embargo, la mayoría llamamos a estos ficheros librerías, y también me incluyo entre estos. El equívoco proviene del nombre en inglés, que es ficheros library. Este término se traduce como biblioteca, y no como librería, que es la palabra en español más parecida fonéticamente. Sin embargo esta discusión es poco importante, desde nuestro punto de vista, ya que nos entendemos igualmente con las dos palabras.

Hay un conjunto de bibliotecas (o librerías) muy especiales, que se incluyen con todos los compiladores de C y de C++. Son las librerías (o bibliotecas) ANSI o estándar. Pero también las hay no estándar, y dentro de estas las hay públicas y comerciales. En este curso sólo usaremos bibliotecas (o librerías) ANSI.
Ficheros ejecutables y enlazadores
Cuando obtenemos el fichero objeto, aún no hemos terminado el proceso. El fichero objeto, a pesar de ser comprensible para el ordenador, no puede ser ejecutado. Hay varias razones para eso:
Nuestros programas usaran, en general, funciones que estarán incluidas en bibliotecas externas, ya sean ANSI o no. Es necesario combinar nuestro fichero objeto con esas bibliotecas para obtener un ejecutable.
Muy a menudo, nuestros programas estarán compuestos por varios ficheros fuente, y de cada uno de ellos se obtendrá un fichero objeto. Es necesario unir todos los ficheros objeto, más las bibliotecas en un único fichero ejecutable.
Hay que dar ciertas instrucciones al ordenador para que cargue en memoria el programa y los datos, y para que organice la memoria de modo que se disponga de una pila de tamaño adecuado, etc. La pila es una zona de memoria que se usa para que el programa intercambie datos con otros programas o con otras partes del propio programa. Veremos esto con más detalle durante el curso.
No siempre obtendremos un fichero ejecutable para el código que escribimos, a veces querremos crear ficheros de biblioteca, y en ese caso el proceso será diferente.
Existe un programa que hace todas estas cosas, se trata del “linker”, o enlazador. El enlazador toma todos los ficheros objeto que componen nuestro programa, los combina con los ficheros de biblioteca que sean necesarios y crea un fichero ejecutable.
Una vez terminada la fase de enlazado, ya podremos ejecutar nuestro programa.
Errores
Por supuesto, somos humanos, y por lo tanto nos equivocamos. Los errores de programación pueden clasificarse en varios tipos, dependiendo de la fase en que se presenten.
Errores de sintaxis: son errores en el programa fuente. Pueden deberse a palabras reservadas mal escritas, expresiones erróneas o incompletas, variables que no existen, etc. Los errores de sintaxis se detectan en la fase de compilación. El compilador, además de generar el código objeto, nos dará una lista de errores de sintaxis. De hecho nos dará sólo una cosa o la otra, ya que si hay errores no es posible generar un código objeto.
Avisos: además de errores, el compilador puede dar también avisos (warnings). Los avisos son errores, pero no lo suficientemente graves como para impedir la generación del código objeto. No obstante, es importante corregir estos errores, ya que ante un aviso el compilador tiene tomar decisiones, y estas no tienen por qué coincidir con lo que nosotros pretendemos hacer, ya se basan en las directivas que los creadores del compilador decidieron durante la creación del compilador.
Errores de enlazado: el programa enlazador también puede encontrar errores. Normalmente se refieren a funciones que no están definidas en ninguno de los ficheros objetos ni en las bibliotecas. Puede que hayamos olvidado incluir alguna biblioteca, o algún fichero objeto, o puede que hayamos olvidado definir alguna función o variable, o lo hayamos hecho mal.
Errores de ejecución: incluso después de obtener un fichero ejecutable, es posible que se produzcan errores. En el caso de los errores de ejecución normalmente no obtendremos mensajes de error, sino que simplemente el programa terminará bruscamente. Estos errores son más difíciles de detectar y corregir. Existen programas auxiliares para buscar estos errores, son los llamados depuradores (debuggers). Estos programas permiten detener la ejecución de nuestros programas, inspeccionar variables y ejecutar nuestro programa paso a paso (instrucción a instrucción). Esto resulta útil para detectar excepciones, errores sutiles, y fallos que se presentan dependiendo de circunstancias distintas.
Errores de diseño: finalmente los errores más difíciles de corregir y prevenir. Si nos hemos equivocado al diseñar nuestro algoritmo, no habrá ningún programa que nos pueda ayudar a corregir los nuestros. Contra estos errores sólo cabe practicar y pensar.
Propósito de C y C++
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¿Qué clase de programas y aplicaciones se pueden crear usando C y C++?
La respuesta es muy sencilla: TODOS.
Tanto C como C++ son lenguajes de programación de propósito general. Todo puede programarse con ellos, desde sistemas operativos y compiladores hasta aplicaciones de bases de datos y procesadores de texto, pasando por juegos, aplicaciones a medida, etc.
Oirás y leerás mucho sobre este tema. Sobre todo diciendo que estos lenguajes son complicados y que requieren páginas y páginas de código para hacer cosas que con otros lenguajes se hacen con pocas líneas. Esto es una verdad a medias. Es cierto que un listado completo de un programa en C o C++ para gestión de bases de datos (por poner un ejemplo) puede requerir varios miles de líneas de código, y que su equivalente en Visual Basic sólo requiere unos pocos cientos. Pero detrás de cada línea de estos compiladores de alto nivel hay cientos de líneas de código en C, la mayor parte de estos compiladores están respaldados por enormes bibliotecas escritas en C. Nada te impide a ti, como programador, usar bibliotecas, e incluso crear las tuyas propias.
Una de las propiedades de C y C++ es la reutilización del código en forma de bibliotecas de usuario. Después de un tiempo trabajando, todos los programadores desarrollan sus propias bibliotecas para aquellas cosas que hacen frecuentemente. Y además, raramente piensan en ello, se limitan a usarlas.
Además, los programas escritos en C o C++ tienen otras ventajas sobre el resto. Con la excepción del ensamblador, generan los programas más compactos y rápidos. El código es transportable, es decir, un programa ANSI en C o C++ podrá ejecutarse en cualquier máquina y bajo cualquier sistema operativo. Y si es necesario, proporcionan un acceso a bajo nivel de hardware sólo igualado por el ensamblador.
Otra ventaja importante es que C tiene más de 30 años de vida, y C++ casi 20 y no parece que su uso se debilite demasiado. No se trata de un lenguaje de moda, y probablemente a ambos les quede aún mucha vida por delante. Sólo hay que pensar que sistemas operativos como Linux, Unix o incluso Windows se escriben casi por completo en C.
Por último, existen varios compiladores de C y C++ gratuitos, o bajo la norma GNU, así como cientos de bibliotecas de todo propósito y miles de programadores en todo el mundo, muchos de ellos dispuestos a compartir su experiencia y conocimientos.
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