Capítulo 4 Instruções de Controle: Parte I

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1 PROGRAMAÇÃO ORIENTADA A OBJETOS Capítulo 4 Instruções de Controle: Parte I

2 2 Objetivos Utilizar técnicas básicas de solução de problemas; Desenvolver algoritmos por meio do processo de refinamento; Utilizar instruções de seleção ife if... else; Utilizar a instrução while; Utilizar repetição controlada por contador e por sentinela; Utilizar operadores compostos de atribuição, incremento e decremento; A portabilidade dos tipos de dados primitivos 2

3 Introdução Antes de escrever um programa (algoritmo) para resolver um problema: Devemos ter um entendimento completo do problema; Devemos ter uma abordagem cuidadosamente planejada para resolvê-lo; Entender os tipos de blocos de construção e Deve-se empregar técnicas de construção do programa comprovadas. Os conceitos apresentados neste capítulo são cruciais na construção de classes e manipulação de objetos. Neste capítulo, são introduzidas as instruções if, if... elsee whiledo Java, três dos blocos de construção que permitem especificar a lógica requerida para que os métodos realizem suas tarefas; Serão descritos os operadores de incremento e decremento do Java. 3

4 4 Algoritmos -Qualquer problema de computação pode ser resolvido executando uma série de ações em uma ordem específica. Um procedimento para resolver um problema em termos de: das ações (instruções) a executar e da ordemem que essas ações executam chama-se algoritmo. Especificar a ordem das ações a serem executadas Instruções de controle 4

5 Pseudocódigo Pseudocódigoé uma linguagem informal que ajuda a desenvolver algoritmos sem a preocupação com os estritos detalhes da sintaxe da linguagem Java. Pseudocódigo CONVERTIDO (escrito, desenvolvido) Partes estruturadas de programas Java Não leva em consideração detalhes da sintaxe da linguagem. É entendido e amigável ao usuário. Estritamente um algoritmo na linguagem padrão a ser executado em um computador. Compilado em linguagem de 5 máquina.

6 Estruturas de controle Normalmente, instruções em um programa são executadas uma após a outra na ordem em que são escritas; Esse processo é chamado execução sequencial; Várias instruções Java permitem que você especifique que a próxima instrução a executar não é necessariamente a próxima na sequência. Isso é chamado de transferência de controle; O trabalho de Bohm e Jacopini demonstrou que todos os programas poderiam ser escritos em termos de somente três estruturas de controle a estrutura de sequência, a estrutura de seleção e a estrutura de repetição 6

7 Estrutura de sequência em Java A estrutura de sequência está incorporada ao Java. A não ser que seja instruído de outra forma, o computador executa as instruções Java uma depois da outra na ordem em que elas são escritas; O diagrama de atividades na Figura 1 ilustra uma estrutura de sequência típica em que dois cálculos são realizados na ordem; adiciona grade a total Instrução Java correspondente: total = total + grade; adiciona 1 a counter Instrução Java correspondente: counter = counter + 1; Figura 1: Diagrama de atividades da estrutura de sequência. 7

8 Diagrama de atividades UML adiciona grade a total Instrução Java correspondente: total = total + grade; adiciona 1 a counter Instrução Java correspondente: counter = counter + 1; Figura 1: Diagrama de atividades da estrutura de sequência. Um diagrama de atividades UML modela o fluxo de trabalho(também chamado atividade) de uma parte de um sistema de software; Esses fluxos de trabalho podem incluir uma parte de um algoritmo, como a estrutura de sequência na Figura 1; Os diagramas de atividade são compostos de símbolos, como símbolos de estado de ação (retângulos com os lados esquerdo e direito substituídos por arcos curvados para fora), losangose pequenos círculos. Esses símbolos são conectados por setas de transição, que representam o fluxo da atividade isto é, a ordem em que as ações devem ocorrer. 8

9 Instrução de seleção em Java O Java contém três tipos de instruções de seleção: Instruções de seleção em Java if if... else switch INSTRUÇÃO DE SELEÇÃO ÚNICA (porque seleciona ou ignora uma única ação (ou um único grupo de ações) INSTRUÇÃO DE SELEÇÃO DUPLA( porque seleciona entre duas ações diferentes (ou grupo de ações) INSTRUÇÃO DE SELEÇÃO MÚLTIPLA (porque seleciona entre muitas ações (ou grupo de ações) 9

10 Instrução de repetição em Java O Java fornece três instruções de repetição(também chamadas instruções de loop); Permitem que programas executem instruções repetidamente contanto que uma condição (chamada condição de continuação do loop) permaneça verdadeira. A Tabela 1 resume as três instruções de repetição do Java. Tabela 1: Instruções de repetição em Java INSTRUÇÃO while for DESCRIÇÃO Realizam a ação (ou grupo de ações) no seu corpo zero ou mais vezes se a condição de continuação do loop for inicialmente for falsa, a ação (ou grupo de ações) não será executada. do... while Realiza a ação (ou grupo de ações) no seu corpo uma ou mais vezes 10 10

11 A instrução de seleção única if Os programas utilizam instruções de seleção para escolher cursos alternativos de ações; Por exemplo, suponha que a nota de aprovação de um exame seja 60. A instrução em pseudocódigo (ver Figura 2): Figura 2: Instrução em pseudocódigo (arquivo do autor). Determina se a condição nota do aluno é maior que ou igual a 60 é verdadeira. Nesse caso Aprovado é impresso, e a próxima instrução de pseudocódigo é realizada ; Se a condição for falsa, a instrução imprima é ignorada e a próxima instrução de pseudocódigo na sequência é realizada. 11

12 A instrução de seleção única if... A instrução de pseudocódigo ifprecedente pode ser escrita em Java, conforme ilustra a Figura 3: A Figura 4 ilustra a instrução de seleção única if. Essa figura contém o símbolo mais importante em um diagrama de atividade o losango, ou símbolo de decisão, que indica que uma decisão deve ser tomada; Figura 3: Instrução em Java (arquivo do autor). [grade < 60] [grade >= 60] imprime Aprovado Figura 4: Diagrama de atividades UML de uma Instrução de seleção única if em Java. 12

13 A instrução de seleção única if... A instrução de pseudocódigo ifprecedente pode ser escrita em Java, conforme ilustra a Figura 3: A Figura 4 ilustra a instrução de seleção única if. Essa figura contém o símbolo mais importante em um diagrama de atividade o losango, ou símbolo de decisão, que indica que uma decisão deve ser tomada; Figura 3: Instrução em Java (arquivo do autor). [grade < 60] [grade >= 60] imprime Aprovado Figura 4: Diagrama de atividades UML de uma Instrução de seleção única if em Java. 13

14 4 A instrução de seleção dupla if... else A instrução if de seleção única realiza uma ação indicada somente quando a condição é true; caso contrário, a ação é pulada; A instrução de seleção dupla if... elsepermite especificar uma ação a realizar quando a condição é verdadeira e uma ação diferente quando a ação é falsa. Por exemplo, este pseudocódigo: Se a nota do aluno for maior que ou igual a 60 Imprima Aprovado Caso contrário (Else) Imprima Reprovado Veja no slide a seguir a instrução if elseequivalente em Java é: 14

15 5 A instrução de seleção dupla if... else em Java If ( studentgrade >= 60 ) System.out.println( Passed ); else System.out.println( Failed ); Boa prática de programação! Recue as duas instruções do corpo de uma instrução if else 15

16 Diagrama de atividades UML da instrução de seleção dupla if else A Figura 5 ilustra o fluxo de controle na instrução if else. Mais uma vez, os símbolos no diagrama de atividades UML (além do estado inicial, setas de transição e estado final) representam os estados e decisões da ação. imprime Reprovado [grade < 60] [grade >= 60] imprime Aprovado Figura 5: Diagrama de atividades da UML de instrução de seleção dupla if else (Deitel, 16

17 Operador condicional (?:) O Java fornece o operador condicional (?:) que pode ser utilizado no lugar de uma instrução if else. É o único operador ternário do Java (operador que recebe três operandos); Juntos, os operandos e o símbolo?: formam uma expressão condicional; - o primeiro operando (à esquerda do?) é uma expressão boolean (isto é, uma condição que é avaliada como um valor boolean true ou false); - o segundo operando (entre o? e :) é o valor da expressão condicional se a expressão boolean for true e o terceiro operando (à direita do :) é o valor da expressão condicional se a expressão boolean for avaliada como false. Veja um exemplo no slide seguinte: 17

18 Operador condicional (?:) System.out.println( studentgrade >= 60? Passed : Failed ); Considerações: (i) Imprime o valor do argumento da expressão condicional de println; (ii) A expressão condicional nessa instrução é avaliada para a string Passed se a expressão boolean studentgrade >= 60 for verdadeira e para a string Failed se a expressão boolean for falsa; (iii) Essa instrução realiza essencialmente a mesma função da instrução if eles; (iv) A precedência do operador condicional é baixa, então a expressão condicional inteira normalmente é colocada entre parênteses. 18

19 Instruções if else aninhadas Um programa pode testar múltiplos casos colocando instruções if else dentro de outras instruções if else para criar instruções if else aninhadas; Por exemplo, o pseudocódigo a seguir representa uma if else aninhada que imprime A para notas de exame maiores que ou igual a 90, B para notas de 80 a 89, C para notas de 70 a 79, D para notas de 60 a 69 e F para todas as outras notas: Se a nota do aluno for maior que ou igual a 90 Imprima A Caso contrário Se a nota do aluno for maior que ou igual a 80 Imprima B Caso contrário Se a nota do aluno for maior que ou igual a 70 Imprima C Caso contrário Se a nota do aluno for maior que ou igual a 60 Imprima D Caso contrário Imprima F 19

20 Instruções if else aninhadas O mesmo pseudocódigo, mostrado no slide anterior, pode ser reescrito é mostrado abaixo: B if( studentgrade >= 90 ) System.out.println( A ); else A if( studentgrade >= 80 ) System.out.println( B ); else if( studentgrade >= 70 ) System.out.println( C ); else if( studentgrade >= 80 ) System.out.println( D ); else System.out.println( F ); if( studentgrade >= 90 ) System.out.println( A ); else if( studentgrade >= 80 ) System.out.println( B ); else if( studentgrade >= 70 ) System.out.println( C ); else if( studentgrade >= 60 ) System.out.println( D ); else System.out.println( F ); Observação: Ambas as formas A e B são idên estão corretas. 20

21 O problema do else oscilante O compilador Java sempre associa um else à instrução if imediatamente anterior, a menos que instruído de outro modo pela colocação de chaves ({e}); Esse comportamento pode levar àquilo que é chamado do problema do else oscilante. Por exemplo: if( x > 5 ) if( y > 5 ) System.out.println( x and y are > 5 ); else System.out.println( x is <= 5 ); Obs.: Se a condição da instrução if externa for falsa, o if else interno é pulado e nada é exibido. Para forçar a instrução if else aninhada para executar como foi originalmente concebida, devemos escrevê-la como no slide a seguir: 21

22 O problema do else oscilante if( x > 5 ) { if( y > 5) System.out.println( x and y are > 5 ); } else System.out.println( x is <= 5 ); Consideração: As chaves indicam que a segunda instrução if está no corpo da primeira e que a instrução else está associada com a primeira instrução if. 22

23 Blocos A instrução if normalmente espera somente uma instrução no seu corpo; Para incluir várias instruções no corpo de uma if (ou no corpo de um else de uma instrução if eles), inclua as instruções dentro de chaves ({ e }); As instruções contidas em um par de chaves formam um bloco; Um bloco pode ser colocado em qualquer lugar em um programa em que uma única instrução pode ser colocada; O exemplo a seguir inclui um bloco na parte else de uma instrução if else: 23

24 Blocos exemplo if( grade >= 60 ) System.out.println( Passed ); else { System.out.println( Failed ); System.out.println( You must take this course again. ); } 24

25 A instrução de repetição while Uma instrução de repetição (ou um loop) permite especificar que um programa deve repetir uma ação enquanto alguma condição permanece verdadeira; Como exemplo da instrução de repetição while do Java, considere um segmento de programa projetado para encontrar a primeira potência de 3 maior que 100; Suponha que a int product tenha sido inicializada como 3; Quando a instrução while seguinte terminar a execução, product conterá o resultado: while( product <= 100 ) product = 3 * product; Quando a instrução while for falsa, a execução de programa continua com a próxima instrução depois da instrução while. 25

26 Diagrama de atividades UML da instrução de repetição while O diagrama de atividades UML na Figura 6 ilustra o fluxo de controle na instrução while; Esse diagrama também introduz o símbolo de agregação (representado por um losango); merge decision [product > 100] [product <= 100] triplica o valor de product Instrução Java correspondente product = 3 * product; Figura 6: Diagrama de atividades da UML da instrução de repetição while (Deitel, p. 89, 8a. Edição) - Java 26

27 Implementando a repetição controlada por contador na classe GradeBook A classe GradeBook (Figura 4.6) contém um construtor (linhas 19-21) que atribui um valor à variável de instância coursename da classe (declarada na linha 16); As linhas 24-26, e declaram métodos setcoursename, getcoursename e displaymessage, respectivamente; As linhas declaram o método determineclassaverage, que implementa o algoritmo de média da classe. 27

28 Operadores de atribuição composta Os operadores de atribuição composta abreviam expressões de atribuição. Instruções como: variável = variável operador expressão; onde operador é um dos operadores binários +, -, *, / ou % (ou outros que discutiremos mais adiante), pode ser escrita na forma: variável operador= expressão; Por exemplo, você pode abreviar a instrução: c = c + 3; com o operador de atribuição composta de adição, +=, como: c += 3; A Tabela no slide a seguir mostra os operadores aritméticos de atribuição composta, expressões de exemplo que utilizam os operadores e explicações do que os operadores fazem. 28

29 Operadores aritméticos de atribuição composta Operador de atribuição Expressão de atribuição Suponha: int c = 3, d = 5, e = 4, f = 6, g = 12 Explicação Atribuições += c += 7 c = c a c -= d -= 4 d = d a d *= e *= 5 e = e * 5 20 a e /= f /= 3 f = f / 3 2 a f %= g %= 9 g = g % 9 3 a g Tabela 2 Operadores aritméticos de atribuição composta (Java - Como Programar, Deitel, 8o ed., p. 102, 2010). 29

30 Operadores de incremento e decremento O Java fornece dois operadores unários para adicionar 1 a ou para subtrair 1 do valor de uma variável numérica. Esses são o operador de incremento unário, ++, e o operador de decremento unário, --, que são resumidos na Tabela abaixo. Operador Nome do operador Expressão de exemplo Explicação ++ pré-incremento ++a Incrementa a por 1, então utiliza o novo valor de a na expressão em que a reside. ++ pós-incremento a++ Utiliza o valor atual de a na expressão em que a reside, então incrementa a por pré-decremento --b Decrementa b por 1, então utiliza o novo valor de b na expressão em que b reside. -- pós-decremento b-- Utiliza o valor atual de b na expressão em que b reside, então decrementa b por 1. 30

31 Classe Incrementque demonstra as funcionabilidades dos operadores de préincremento e pós-incremento 1 // Figura 4.15: Increment.java 2 // operadores de pré-incremento e pós-incremento 3 4 public class Increment { 5 public static void main( String[] args ) { 6 int c; 7 // demonstra o operador de pós-incremento 8 c = 5; // atribui 5 à variável c Saída do aplicativo 9 System.out.println( c ); // imprime 5 10 System.out.println( c++ ); // imprime 5 e pós-incrementa 11 System.out.println( c ); // imprime System.out.println(); // pula uma linha // demonstra o operador de pré-incremento 16 c = 5; // atribui 5 à variável c 17 System.out.println( c ); // imprime 5 18 System.out.println( ++c ); // pré-incrementa e imprime 6 19 System.out.println( c ); // imprime } // fim de main 22 } // fim da classe Increment 31

32 Tipos primitivos A tabela no Apêndice D (Java como programar, ed. 8. p. 1070) lista os oito tipos primitivos em Java. Como ocorre com suas linguagens predecessoras, C e C++, o Java requer que todas as variáveis tenham um tipo. Por essa razão, o Java é referido como uma linguagem fortemente tipada. Cada tipo do Apêndice D é listado com seu tamanho em bits (há oito bits em um byte) e seu intervalo de valores; As variáveis de instância dos char, byte, short, int, long, float e double recebem o valor 0 por padrão; Atribui-se às variáveis de instância do tipo boolean o valor false por padrão; As variáveis de instância de tipo por referência são inicializadas por padrão para o valor null. 32

33 APÊNDICE D Tipos primitivos Tipo boolean Tamanho em bits true ou false Valores char 16 '\u0000' a '\uffff' (0 a 65535) byte a +127 (-2 7 a 2 7-1) short a (-215 a 215-1) int a (-2 31 a ) long a (-2 63 a ) float 32 Intervalo negativo: -3, E+38 a -1, e-45 Intervalo positivo: 1, e-45 a 3, E+38 double 64 Intervalo negativo: -1, E+308 a -4, e-324 Intervalo positivo: 4, e-324 a 1, E+308 Figura D.1 Tipos primitivos do Java (Adaptação do Deitel, p. 1070) 33

34 (Opcional) Estudo de caso de GUI e imagens gráficas: criando desenhos simples Um recurso atraente do Java é o suporte a gráficos, que permite a programadores aprimorar aplicativos visualmente; Esta seção introduz uma das capacidades gráficas do Java desenhar linhas; Esta seção também aborda os princípios básicos da criação de uma janela para exibir um desenho na tela do computador. 34

35 Sistema de coordenadas do Java Para desenhar em Java, você deve primeiro entender o sistema de coordenadas do Java (Figura 7), um esquema para identificar pontos na tela; (0, 0) +x eixo x +y eixo y (x, y) Considerações: Por padrão, o canto superior esquerdo de um componente GUI tem as coordenadas (0, 0); Um par de coordenadas é composto de uma coordenada x (a coordenada horizontal) e uma coordenada y (a coordenada vertical); As coordenadas indicam onde elementos gráficos devem ser exibidos em uma tela; Unidades coordenadas são medidas em pixels. (O termo pixel significa picture element [elemento de imagem] 35

36 Sistema de coordenadas do Java Para desenhar em Java, você deve primeiro entender o sistema de coordenadas do Java (Figura 7), um esquema para identificar pontos na tela; (0, 0) +x eixo x +y eixo y (x, y) Considerações: Por padrão, o canto superior esquerdo de um componente GUI tem as coordenadas (0, 0); Um par de coordenadas é composto de uma coordenada x (a coordenada horizontal) e uma coordenada y (a coordenada vertical); As coordenadas indicam onde elementos gráficos devem ser exibidos em uma tela; Unidades coordenadas são medidas em pixels. (O termo pixel significa picture element [elemento de imagem] 36

37 Primeiro aplicativo de desenho Nosso primeiro aplicativo de desenho simplesmente desenha duas linhas; A classe DrawPanel (Figura 4.18) realiza o desenho real, enquanto a classe DrawPanelTest (Figura 4.19) cria uma janela para exibir o desenho; Na classe DrawPanel, as instruções import nas linhas permitem utilizar a classe Graphics (do pacote java.awt), que fornece vários métodos para desenhar texto e formas na tela, e a classe JPanel (do pacote javax.swing), que fornece uma área em que podemos desenhar. 37

38 Figura 4.18: DrawPanel Figura 4.18 Utilizando drawline para conectar os cantos de um painel Comentando a classe DrawPanel A linha 15 utiliza a palavra-chave extends para indicar que a classe DrawPanel é um tipo aprimorado de JPanel; A palavra-chave extends representa o relacionamento conhecido como herança, no qual nossa nova classe DrawPanel inicia com os membros existentes (dados e métodos) a partir da classe JPanel; A classe a partir da qual DrawPanel herda, JPanel, aparece à direita da palavra-chave extends; Nessa relação de herança, JPanel é chamado de superclasse e DrawPanel é chamado de subclasse; Isso resulta em uma classe DrawPanel com os atributos (dados) e comportamentos (métodos) da classe JPanel, bem como os novos recursos que estamos adicionando à nossa declaração da classe DrawPanel especificamente, a capacidade de desenhar duas linhas ao longo das diagonais do painel; A herança é explicada detalhadamente no Capítulo 9. Por enquanto, você deve simular nossa classe DrawPanel criando os seus próprios programas gráficos. 38

39 Método paintcomponent Todo JPanel, incluindo nosso DrawPanel, contém um método paintcomponent (linhas 18-30), que o sistema chama automaticamente sempre que precisa exibir o JPanel; O método paintcomponent deve ser declarado conforme mostrado na linha 17 caso contrário, o sistema não o chamará; Esse método é chamado quando um JPanel é exibido na tela pela primeira vez, quando é ocultado e então exibido por uma janela na tela e quando a janela em que aparece é redimensionada; O método paintcomponent requer um argumento, um objeto de Graphics, que é oferecido pelo sistema quando ele chama paintcomponent. A primeira instrução em cada método paintcomponent que você cria sempre deve ser: 39

40 Método paintcomponent cont... A primeira instrução em cada método paintcomponent que você cria sempre deve ser; super.paintcomponent( g ); que assegura que o painel seja exibido corretamente antes de começarmos a desenhá-lo; em seguida, as linhas chamam os métodos que a classe DrawPanel herda de JPanel. Como DrawPanel estende JPanel, DrawPanel pode utilizar alguns métodos public de JPanel; os métodos getwidth e getheight retornam a largura e a altura de JPanel, respectivamente; as linhas armazenam esses valores nas variáveis locais width e height; por fim, as linhas utilizam a variável g de Graphics para chamar o método drawline a fim de desenhar as duas linhas. 40

41 Método paintcomponent cont... o método drawline desenha uma linha entre dois pontos representados pelos seus quatro argumentos. Os dois primeiros argumentos são as coordenadas x e y para uma extremidade, e os dois últimos argumentos são as coordenadas para a outra extremidade; se você redimensionar a janela, as linhas serão dimensionadas de maneira correspondente, uma vez que os argumentos estão baseados na largura e altura do painel; Redimensionar a janela nesse aplicativo resulta em uma chamada de sistema a paintcomponent para redesenhar o conteúdo de DrawPanel. 41

42 Classe DrawPanelTest Para exibir a DrawPanel na tela, você deve colocá-la em uma janela. Você cria uma janela com um objeto da classe Jframe; Em DrawPanelTest.java (Figura 4.19), a linha 12 importa a classe JFrame a partir do pacote javax.swing; Α linha 17 em main cria um objeto DrawPanel, que contém nosso desenho, e a linha 20 cria um novo JFrame que pode armazenar e exibir o nosso painel; A linha 23 chama o método JFrame setdefaultcloseoperation com o argumento Jframe.EXIT_ON_CLOSE para indicar que o aplicativo deve terminar quando o usuário fecha a janela; A linha 25 usa o método add da classe JFrame para anexar o DrawPanel a JFrame; 42

43 Classe DrawPanelTest A linha 26 configura o tamanho da Jframe. O método setsize recebe dois parâmetros que representam a largura e a altura do Jframe, respectivamente; Por fim, a linha 27 exibe Jframe chamando seu método setvisible com o argumento true. Quando a Jframe é exibida, o método paintcomponent de DrawPanel (linhas 7-30 da Figura 4.18) é implicitamente chamado e as duas linhas são desenhadas (veja as saídas de exemplo na Figura 4.19). Tente redimensionar a janela para ver que as linhas sempre são desenhadas com base na largura e na altura atual da janela. 43

44 Saída do aplicativo DrawPanelTest Figura 4.19': Saída do aplicativo DrawPanelTest 44

45 Exercícios do Estudo de caso de GUI e imagens gráficas Resolver os exercícios 4.1 (a e b) e 4.2 (a e b), página 107 do livro Java como programar, 8 o edição. Autor: Deitel 45