Ingeniería Systems: Estructuras de los datos en informática

2.3.3 Números de coma flotante

Los ordenadores trabajan también con números decimales. En este caso el ordenador trabaja con un número máximo de cifras significativas. La cifras significativas de los números 0.0001562, -1341 y 23740000 son cuatro. Se puede escribir estos números de forma científica de la siguiente forma: 0.1562*10^-3, -0.1341*10⁺⁴ y 0.2374*10⁺⁸. Los ordenadores codifican los números decimales de una forma muy parecida.

Por motivos de eficiencia se suelen distinguir dos tipos diferentes: los números de precisión simple (32 bits y 6 o 7 cifras significativas) y los de precisión doble (64 bits y 15 cifras significativas).

Con los números en coma flotante se pueden hacer las mismas operaciones matemáticas que con los números enteros, pero en este caso, el ordenador considerará los decimales.

#include <iostream.h>
void main(void){
float a=2;
float b=5;
float c=a/b;
cout<<"C: "<<c<<endl;
}

En este caso el valor de c es 0.4.

2.3.4 Caracteres

Al igual que los números los caracteres se codifican de forma binaria. A cada letra del alfabeto se le asigna un determinado valor que la representa. Evidentemente existen diferentes formas de codificar las letras. Destacan por su importancia:

ASCII, emplea 7 bit para representar las letras del alfabeto latino, números y símbolos propios de la lengua inglesa. Por ejemplo, el carácter ASCII de la letra a es 97.
ANSI, representa las letras mediante un byte (8 bit). La codificación ANSI extendió la codificación ASCII para incluir las letras acentuadas y especiales de idiomas como el francés, el alemán o el castellano (el cual tiene la Ñ).
UNICODE UTF-16, emplea 2 bytes para representar cualquier carácter en cualquier idioma, lo que incluye el árabe, hebreo, chino, japonés… Por ejemplo la letra hebrea alef א tiene un código UTF-16 de 1488.
UNICODE UTF-8, es un intermedio entre los dos anteriores. No emplea un número de bytes fijo para representar los caracteres, pero está diseñado de tal forma que los textos escritos mediante esta codificación sólo empleen letras del alfabeto latino con el código ASCII. Por motivos que no se explican aquí, ya que se escapan del interés de este manual, esta codificación será una de las más empleadas en el futuro junto a la UTF-16.

2.4 Datos estructurados

Hasta ahora se han visto tipos de variables que representan una entidad indivisible o atómica. No obstante en ocasiones puede ser preferible trabajar con variables de una forma agrupada. Por ejemplo, para programar algo para trabajar con números complejos, es mejor crear un nuevo tipo de variable para representar los números complejos, donde quede una variable de este tipo definida por su parte real y su parte imaginaria (dos números de coma flotante). Así mismo, en los programas donde se manipulan muchos datos de la misma naturaleza es más sencillo trabajar con una variable que agrupe a su vez a varias variables del mismo tipo en un solo vector.

2.4.1 Vectores y cadenas de caracteres

Un vector es un tipo de variable compuesto por N variables del mismo tipo, por ejemplo un vector de 10 enteros o de 15 números de coma flotante.

Por lo tanto las características de un vector son:

El tipo de los elementos que lo conforman
El número de elementos

El acceso a los elementos del vector se realiza siempre mediante un índice que es siempre un número entero positivo. El índice del primer elemento de un vector puede ser 1 ó 0 según el lenguaje de programación siendo más común el segundo.

El siguiente ejemplo muestra la creación de un vector de números decimales en Matlab y el acceso al segundo elemento (en Matlab los índices de un vector comienzan con 1):

>> a=[3,5,9,17]
a =
3 5 9 17
>> a(2)
ans =
5

Las cadenas de caracteres son un tipo especial de vector en los que cada elemento es un carácter. Este tipo de variable se suele emplear para almacenar cualquier tipo de texto. En algunos lenguajes de programación (en especial C++ y C) emplean (internamente) un carácter especial de código para marcar el fin de la cadena de caracteres. El siguiente ejemplo es similar al anterior pero emplea cadenas de caracteres:

>> text=’Hola mundo’
text =
Hola mundo
>> text(4)
ans =
a

2.4.2 Matrices

Las matrices se distinguen de los vectores en que la disposición de los elementos no es unidimensional sino bidimensional. Las matrices tienen las mismas características que los vectores salvo que para acceder a los elementos se requieren dos índices en lugar de uno. Las matrices son ampliamente empleadas tanto para representar tablas de datos, rotaciones en el espacio, o incluso imágenes. Se pueden crear matrices de más de dos dimensiones, conocidas como hipermatrices.

2.4.3 Estructuras

Todos los elementos de un vector o de una matriz son iguales. Por ejemplo, en un vector de enteros, todos y cada uno de los elementos del vector son enteros. Sin embargo es muy útil poder trabajar con variables compuestas por distintos tipos de elementos. Por ejemplo para almacenar los datos de los empleados de una empresa se pueden crear vectores que almacenen por separado el nombre, edad, número de la seguridad social, etc. aunque es mucho más cómodo poder trabajar con un nuevo tipo de variable que permitiese agruparlos en una única entidad y almacenarlos en un único vector, evitando que aparezcan incoherencias en los datos (por ejemplo si se ordena el vector de nombres de los empleados, hay que trasladar sincronizadamente el resto de datos de los empleados para que sigan refiriéndose a la persona a la que pertenecen).

Una estructura es una agrupación de datos de distinto o igual tipo que representan de algún modo una única entidad. Los componentes de una estructura suelen recibir el nombre de miembros de la estructura y nunca son accesibles a través de un índice.

El siguiente ejemplo muestra la apariencia de una estructura en C++:

struct Empleado
{
char nombre[10]; // Una cadena de caracteres de tamaño 10
int edad; // Un entero
int seguridadSocial;
};

Aunque Matlab permite la creación de estructuras, su uso es menos natural que en otros lenguajes de programación.

Los lenguajes de programación orientada a objetos como C++, añaden a la capacidad de crear variables la capacidad de añadir funciones miembro a las estructuras, que en este caso reciben el nombre de clases. Las funciones miembro suelen definir la capacidad (lo que son y lo que pueden hacer) de las variables del tipo que define una clase y reciben el nombre de interfaz de la clase. Así mismo estos lenguajes permiten impedir el acceso a los datos desde su exterior de forma que se puede garantizar la consistencia de los datos, así como ampliar la interfaz de una clase mediante un mecanismo denominado herencia.