UFRO Master Fisica Medica 5 2 Programando C

5. Técnicas de Simulación
2. Programando C++
Dr. Willy H. Gerber
Instituto de Fisica
Universidad Austral
Valdivia, Chile

Objetivos: Dominar C++ al nivel necesario para poder
armar programas que simulen en base a
Geant4.

1
www.gphysics.net – UFRO-2008-Master-Fisica-Medica-5-2-Programando C++-05.09

Programa para armar programas

Trabajaremos con Visual Studio 2008

2


Creemos un proyecto…

3


… en C++ :

4


Estructura creada:

5


Ejecutar:

6

Ejemplo simple

Comencemos con un ejemplo simple:

Comentario (línea que comienza con //)
// UFROTest.cpp : main project file.

#include quot;stdafx.hquot;
Inicio programa principal (main)
using namespace System;

int main(array<System::String ^> ^args)
{
Console::WriteLine(Lquot;Hello Worldquot;);
Console::ReadLine();
return 0;
}

7

Otro ejemplo

Otro ejemplo, con dos línea:

int main(array<System::String ^> ^args)
{
Console::Write(“Adios quot;);
Console::WriteLine(“mundo cruelquot;);
return 0;
}
Los espacios no son considerados en la compilación. O sea también se podría escribir:

int main(array<System::String^> ^args) { Console::Write(“Adiosquot;);
Console::WriteLine(“mundo cruelquot;); Console::ReadLine(); return 0; }

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Variables

En el ejemplo se introdujo el concepto de texto (string) que se
escribe entre “:

string^ s=“Hola”;

Existen además por ejemplo:

int n=2; números enteros
char c=‘h’; caracteres
float x=5.67; números reales (baja precisión)
double y=2.345; números reales (alta precisión)
bool decision=true; valor lógico

Nota, es muy distinto 2, ‘2’, “2” y 2.0 (porque?)

Ejemplo de definición y asignación Ejemplo de error

int n; int n;
n=2; n=‘2’;
9

Operadores sobre int y float

Los operadores básicos son:
+ suma
- resta
* multiplicación
/ división
% modulo
++ incrementa en 1
Los operadores pueden ser empleados para asignar valores y/o para entregar valores:

float a, b, x, y;

a=1.2;
b=0.2;
x=5.1;

y=a*x+b/x;
Console::WriteLine(2*(x/a)+b);

Nota: En el calculo primero se aplican * y /, luego + y -.
Las operaciones se hacen de izquierda a derecha.
10

Operadores sobre char , conversión y char de string

El carácter se asocia al código ASCII:

char letra;
letra = 'a' + 1; Entrega como resultado ‘b’
Console::WriteLine(letra);

int numero;
numero = 'a'; Entrega como resultado 97
Console::WriteLine(numero);

Conversión de tipos (typecast)

double x=2.6; Asocia a n el valor 2
int n=(int)x; (cuidado, trunca, no redondea)

Cada string es una colección o arreglo de char’s, por ello

String^ nombre (“test”);
char primera_letra=nombre[0]; Asigna la ‘t’ a primera_letra
char segunda_letra=nombre[1]; Asigna la ‘e’ a segunda_letra
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Funciones matemáticas

Si se agrega al inicio la referencia a las funciones matemáticas:

#include <math.h>

se pueden usar las funciones matemáticas que incluye el C++, calculando y asignando
valores como por ejemplo

y=cos(x)

Las funciones que incluye el C++ son: abs fabs modf
acos floor pow
asin fmod sin
atan frexp sinh
atan2 ldexp sqrt
ceil log tan
cos log10 tanh
cosh
exp

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Generadores random

En la librería:

#include <stdlib.h>

Esta definida el generador de números al azar

rand ();

Genera números enteros entre 0 y RAND_MAX

Para generar un numero real entre 0 y 1:
int x = rand ();
double y = (double)x/RAND_MAX;

Cuidado, el seed (semilla, valor inicial de la secuencia) es siempre el mismo, o sea
la secuencia es siempre la misma. Si se desea cambiar esto se debe variar el seed.

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Funciones propias

Los programas permiten la definición de funciones o subrutinas propias.

Un ejemplo podría ser una función “writeMessage” que se “encargue” de enviar un
mensaje a la pantalla.

Se definen “en paralelo” al programa principal que lo llama:
#include <iostream.h>

void writeMessage (String^ txt)
{
Console::WriteLine(“Mensaje: ”+txt);
}

void main ()
{
writeMessage(quot;Hola.“);
}
Existen también librerías que traen funciones que pueden ser llamadas, Geant4 es una
muy completa para cálculos de dinámica de partículas. 14

Funciones propias

Las subrutinas pueden:

- Tener múltiples argumentos (Nota: cada argumento tiene que llevar su tipo,
ejemplo: int n, int m, float x … es ilegal tratar de resumir: int n, m, float x

- Pueden devolver un valor, el que se especifica en la definición de la subrutina y
en el valor que entrega:

double poly(double x)
{
double u=1+2*x+3*pow(x,2);
return u;
}

void main ()
{
Console::WriteLine(“P(2.5)=”+poly(2.5));
}
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Condicionamientos

En el desarrollo del programa se pueden condicionar la ejecución de una
serie de instrucciones:
if (condicion1) { Si se da la condicion1…
instrucciones1 … realiza instrucciones1
} else if(condicion2){ … si no se dio condicion1 pero si condicion2
} else{ … y si no se dio ni condicion1 ni condicion2
}
Nota: pueden existir el numero que se quiera de else if (incluido ninguno) y existir
o no el else final. Las instrucciones pueden también contener condiciones if
Las condiciones se definen como
x==y x es idéntico de y
x!=y x es diferente a y
x >y x mayor que y
x >=y x mayor o igual que y
x <y x menor que y
x <=y x menor o igual que y
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Abortar y recurrencia

Si se desea abortar una subrutina basta con incluir el comando:

return;

Y el sistema volverá al punto donde se llamo la subrutina (en el main o en la
subrutina que sea).

C y C++ tienen además la posibilidad de realizar llamadas recurrentes, o sea la
subrutina se llama a si misma:

void ConteoRegresivo(int cnt)
{
if(cnt==0) {return;}
else{
Console::WriteLine(cnt);
ConteoRegresivo(cnt-1);
}
}
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Variables lógicas

Alternativas

bool flag;
flag = true; true=verdadero
flag = false; false=falso

Determinar variable lógica, ejemplos:
flag=(x!=0); Si x es distinto de cero, flag es verdadero, si no falso.
flag=(n>0); Si n es mayor que cero, flag es verdadero, si no falso.

Operadores lógicos:

&& And flag12=flag1 && flag2
|| Ir flag12=flag1 || flag2
! Nota flag2=!flag1

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Loops - while

El loop while(){}

El loop (circulo cerrado) mas simple es el while simple:

while(condición){
instrucciones
}

Que se repite mientras que la condición se cumpla. Por ello las instrucciones
deben contener algún cambio que lleve finalmente a que la condición no se
cumpla y pueda salir del loop (error en la ejecución, el compilador no descubre
estos problemas).

n=10
while(n>0){
n=n-1;
}

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Loops - for

El loop for(){}

Otro loop (circulo cerrado) es el for:

for(int i=inicio;limite;i++ o i--){
instrucciones
}

Ejemplo:

for (int i = 0; i < 4; i++) {
}

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Operaciones sobre strings

Largo de un string

String^ txt (“text”);
int len=txt.length(); Asigna a león el valor 4

Posición de char en string

int idx=txt.find(‘x’); Asigna a idx el valor 3
int idx=txt.find(‘ex’); Asigna a idx el valor 2

Concatenar strings

String^ txt1 (“te”);
String^ txt2 (“xt”);
String^ txt (“”);
txt=txt1+txt2;
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Estructuras

Estructuras Ejemplo

struct nombre { struct Point {
double fvariable1, fvariable2; double x, y;
int nvariable1; };
…
};

Elementos de la estructura:
nombre.fvariable1

Asignación de valores a estructura (solo al crear!): (también se pueden
hacer asignaciones de
nombre ejemplo = {1.0, 2.3, 2, …} estructuras)

Asignación de estructura:
nombre ejemplo2 = ejemplo1;
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Estructuras

Las estructuras se pueden usar igual que los otros tipos de variables.
En particular se pueden pasar como argumentos:
void subrutina(nombre p, …)
Lo que significa que una copia (no la misma estructura) es creada en la subrutina.

Si se desea hacer referencia a la estructura original se debe pasar la dirección a la
memoria:
void subrutina(nombre& p, …)
Si se quiere evitar que modificaciones en la subrutina repercutan en la rutina que
hace la llamada se puede “bloquear” la modificación agregando const:
void subrutina(const nombre& p, …)

Las estructuras pueden ser retronadas por las subrutinas
nombre subrutina(…){
nombre p;
…
return p;
}
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Estructuras

Funciones a ser llamadas en estructuras

struct Tiempo {
int hora, minutos;
double segundos;

void Tiempo::imprimir ();
};
La función en si seria

void Tiempo::imprimir () {
Tiempo hoy = *this;
instrucciones
}

en que se llama vía el puntero this la estructura. En todo caso se pueden citar
en la función directamente las variables como serian hora, minutos y segundos.

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Punteros y Referencias

Punteros

int* x o int *x *px = &x; El puntero *px
contiene la dirección
*px de donde esta el valor x
add
&rx
Referencia
add x val
int& x o int &x &rx = x; La referencia &rx
retorna el valor x

x = 1;
lvalue = rvalue;

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Alocución de memoria dinámica y arreglos

int *pint; Definir puntero
pint = new int; Reservar memoria
delate pint; Liberar memoria

int n = 10;
int *parray;

parray = new int[n];
delte parray;

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Puntero y referencia en subrutinas

tipo *funcion(tipo *p)
{
...
...
return p;
}

tipo &funcion(tipo &r)
{
...
...
return r;
}

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Estructuras generales y Archivos “Headers”

Una estructura general tiene la forma:
struct nombre {
// instance variables
variables (ej. double x, y; int n;)

// constructors
funciones que asignan valores (ej set(int n, double x, double y); set(int n); )

// modifiers
funciones de modificación (ej. void change (double x, double y); )

// functions
funciones “de trabajo” (ej. void print (int n) const; )
};
La definición se graba en un archivo .h que se cita en el programa main como:
#include “nombre.h”
Las funciones se escriben en el archivo
nombre.cpp
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Clases

Las class son estructuras en que las variables son de uso exclusivamente
Internas y no pueden ser modificadas externamente (privadas)
Ejemplo Complex (double r, double i)
{
class Complex real = r; imag = i;
{ cartesian = true; polar = false;
private: }
double real, imag;
double mag, theta; void printCartesian ();
bool cartesian, polar; void printPolar ();

void calculateCartesian (); double getReal ();
void calculatePolar (); double getImag ();
double getMag ();
public: double getTheta ();
Complex () { cartesian = false; polar = false; }
void setCartesian (double r, double i);
void setPolar (double m, double t);
};
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