Um Compilador Front End para o Estudo da Lógica de Programação: Pseudolinguagem PORTUGOL

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1 Um Compilador Front End para o Estudo da Lógica de Programação: Pseudolinguagem PORTUGOL Frederico Coelho, Juliana Padilha, Antônio Cândido, Graziane Hermano Faculdade Ubaense Ozanam Coelho (FAGOC) R. Dr. Adjalme da Silva Botelho, nº 20. Bairro Seminário Ubá - MG - Brasil Telefone: (32) fmcoelho@netscape.net, {julianapadilha,antonio_candido,graziane}@fagoc.br Abstract. This article presents a Front End Compiler for PORTUGOL pseudolanguage, which has the purpose of facilitating the study of programming logic. When implementing the compiler, three modules will be developed: Front End Compiler, Man-Machine Interface and Information System for the Teacher. This paper shows the development of the first module the Front End Compiler and gives directions for the execution the other two. Resumo. Este artigo apresenta um Compilador Front End para a pseudolinguagem PORTUGOL, que tem o propósito de facilitar o estudo da lógica de programação. Ao implementar o Compilador, haverá a preocupação em desenvolvê-lo em três módulos: Compilador Front End, Interface Homem- Máquina e Sistema de Informação para o Professor. No presente artigo serão apresentados o desenvolvimento do primeiro módulo, o compilador Front End e diretrizes para a execução dos outros dois módulos. 1. Introdução As Faculdades/Universidades que possuem cursos voltados para área da computação, como Ciência da Computação, Sistemas de Informação e Engenharia da Computação, contêm disciplinas relacionadas com algoritmos de programação, como, por exemplo, Lógica de Programação. Esse tipo de matéria é aplicado no início do curso e os alunos, principalmente os das Faculdades/Universidades particulares, têm muita dificuldade em aprender este tipo de matéria, face a defasagem do ensino médio e do ensino fundamental, além da parcial ou total falta de inclusão digital. Desta forma, o presente trabalho tem como objetivo minimizar a deficiência dos alunos, apresentando aos mesmos, desde o início do seu curso, uma ferramenta onde possam aplicar o conhecimento adquirido nas disciplinas que tratam de Lógica de Programação e inclusão digital, além de permitir ao professor um acompanhamento mais pontual acerca da evolução de cada aluno e da turma. Essa ferramenta é um compilador Front End para a pseudolinguagem PORTUGOL, gratuito e com uma interface adequada. O restante do artigo está organizado da seguinte forma: na seção 2 é relatada a forma como foi idealizado o desenvolvimento da ferramenta proposta; na seção 3 descreve-se como o módulo Compilador Front End está sendo desenvolvido; nas seções 4 e 5 são apresentadas as diretrizes que serão seguidas para os desenvolvimentos dos

2 módulos Interface Homem-Máquina e Sistema de Informação para o Professor, respectivamente; na seção 5 são apresentadas as considerações finais. 2. Módulos do Projeto O desenvolvimento do Compilador Front End para a Pseudolinguagem PORTUGOL, será baseado em um dos princípios mais importantes da Engenharia de Software: a Modularização. Com a utilização de tal princípio, é possível alcançar os objetivos do projeto com maior facilidade, já que irá permitir uma melhor comunicação entre os envolvidos no projeto, uma melhor análise de cada parte do sistema e do sistema como um todo, e, se for o caso, uma reutilização em projetos futuros [Sommerville, 2003]. O processo a ser seguido para o desenvolvimento do trabalho em questão possui três módulos: Compilador Front End, Interface Homem-Máquina e Sistema de Informação para o Professor (Figura 1). Início do Primeiro Módulo Modificação da Interface Compilador Front End Solicitação de Dados Preocupação com a Interface Interface Homem-Máquina Elaboração do Sistema de Informação Sistema de Informação para o Professor Interface Concluída SI Concluído Figura 1- Processo de Desenvolvimento do Compilador Front End para a Pseudolinguagem PORTUGOL Inicialmente será desenvolvido o Compilador Front End, sem se preocupar muito com a Interface Homem_Máquina e com o Sistema de Informação que será criado. Ao término desse módulo, ou seja, com o compilador desenvolvido e testado, dar-se-á início aos módulos de Interface Homem-Máquina e de Sistema de Informação, e sempre que houver a necessidade de alterar o primeiro módulo, seja por uma interface inadequada ou por necessidade de mais dados do compilador, isso será feito. Para a realização do primeiro módulo, Compilador Front End, serão feitas pesquisas em compiladores já existentes e consulta na literatura especializada, principalmente no que diz respeito à fase Front End do compilador, seção 3. Já para o segundo módulo, Interface Homem-Máquina, serão pesquisadas e avaliadas as diversas formas de interfaces existentes nos compiladores e em outros tipos de sistemas, para

3 que se possa criar a melhor interface, facilitando assim a inclusão digital, seção 4. No terceiro módulo, Sistema de Informação para o Professor, serão feitas entrevistas com professores que lecionam disciplinas que tratam da Lógica de Programação, com o intuito de descobrir quais deverão ser as saídas do sistema para que o professor possa avaliar e controlar a evolução de cada aluno e da turma, seção Compilador Front End - Primeiro Módulo O compilador é um tradutor que mapeia um programa escrito em linguagem de alto nível para um programa equivalente em uma linguagem simbólica ou linguagem de máquina, que se divide em duas interfaces: Front End e Back End. [Price and Toscani 2000] O interesse desse módulo é desenvolver as fases da Análise Léxica, Sintática e Semântica (interface Front End) de um compilador para a pseudoliguagem PORTUGOL. As subseções seguintes apresentam alguns trabalhos relacionados e como esse módulo foi desenvolvido Trabalhos Relacionados Dentre os recentes trabalhos dedicados ao desenvolvimento de um compilador para a pseudolinguagem PORTUGOL destacam-se o de Esmin (1998) e o de Menezes (2003). O trabalho de Esmin (1998) propõe um compilador para trabalhar em ambientes DOS (Disk Operating System), dividido em duas fases Editor de Algoritmo e Compilador, em que a essa última fase trata apenas da Análise Léxica e Sintática. Já o trabalho de Menezes (2003) é um compilador completo (interface Front End e Back End), desenvolvido em linguagem C e que para ser utilizado segue os mesmo padrões do compilador C Desenvolvimento do Compilador Front End - Primeiro Módulo O processo desenvolvimento para a criação do primeiro módulo foi norteado pelas fases de criação de um compilador proposta em Price and Toscani (2000). Esse processo possui quatro fases (figura 2), onde cada uma é inteiramente dependente da antecessora. Na primeira fase, desenvolvimento de um software que aceita qualquer autômato finito, foi elaborado um software que permite o usuário inserir o conjunto de símbolos não-terminais, terminais, marcar quem é o símbolo inicial e quais são os finais, além de determinar o conjunto de regras de produção e qual cadeia de caracteres deve ser checada. Para a realização da segunda fase, projeto e implementação do Analisador Léxico, foi escolhido o alfabeto que irá fazer parte do pseudocodigo PORTUGOL [Forbellone et. al., 2000], criado o Autômato (figura 3) e implementação do Analisador Léxico, fazendo algumas alterações no software da fase anterior, como por exemplo, a permissão do usuário poder verificar a tabela de símbolos gerada pelo analisador Léxico e os possíveis erros do seu código.

4 Desenvolvimento de um software que aceita qualquer autômato finito Projeto e Implementação do Analisador Sintático Projeto e Implenetação do Analisador Léxico Projeto e Implenetação do Analisador Semântico Figura 2 Processo de Desenvolvimento do Módulo Compilador Front End Figura 3 Autômato da Pseudolinguagem PORTUGOL A terceira fase, projeto e implementação do Analisador Sintático, foi desenvolvida utilizando a Análise Recursiva Preditiva e ao seu término já foi possível visualizar os erros sintáticos e léxicos ocorridos no código do usuário (figura 4).

5 Figura 4 Tela com o código digitado e os erros Léxicos e Sintáticos A quarta e última fase desse processo, projeto e implementação do Analisador Semântico, esta em fase de conclusão e ao seu termino os erros semânticos serão apresentados logo abaixo dos erros sintáticos (figura 4). 4. Interface Homem-Máquina - Segundo Módulo O estudo sobre interface homem-máquina tem aumentado nos últimos anos, dada sua importância para os sistemas atuais, principalmente os que requerem interatividade com o usuário. Segundo Shneiderman and Plaisant (2004), um dos atributos de qualidade mais visíveis ao usuário é a amigabilidade do software e, para a obtenção desse atributo a interface dever ser feita utilizando forma científica. A seguir, serão apresentados os métodos e diretrizes que os autores pretendem utilizar no segundo módulo desse trabalho Implementação da Interface A técnica utilizada para o desenvolvimento da interface será a CARD (Collaborative Analysis of Requirements and Design), juntamente com os diagramas de Caso de Uso e Seqüência propostos pela UML (Unified Modeling Language). Segundo Perry et. al. (2004) o CARD é uma técnica participativa que permite analisar e redesenhar o fluxo da tarefa em sistemas computacionais, através de jogos de cartão, informais e semi-estruturados. Cada ícone ou componente da tela é impresso em

6 um cartão, e enquanto o usuário descreve uma determinada tarefa, o facilitador mostra o cartão relacionado. Em seguida, o usuário é convidado a expressar suas idéias para melhorar algum aspecto do sistema em estudo através dos cartões. Para documentar o fluxo da tarefa será utilizado o Diagrama de Seqüência que mostrará a interação entre os cartões. E para representar todas as possíveis tarefas que o usuário poderá realizar no sistema, será utilizado o diagrama de Casos de Uso. Essa documentação facilitará ao usuário visualizar o fluxo de cada tarefa e permitirá propor com maior facilidade possíveis melhorias Avaliação da Interface A avaliação de interfaces não pode ser vista com uma fase única e nem como uma atividade a ser feita somente no final do processo. O ideal é que a avaliação seja feita ao longo do processo de desenvolvimento e os seus resultados sejam utilizados para melhorias gradativas da interface [Rocha and Baranauskas 2003]. Dessa forma, durante o desenvolvimento do segundo módulo serão utilizadas técnicas de modelagem e de avaliação de interfaces. Para avaliar a complexidade da interação do usuário com a interface será utilizado o modelo GOMS, que é uma família de técnicas de modelagem. Esse modelo consiste de quatro componentes: G Goals (objetivos): conjunto de metas, ou seja, definem os estados finais que o usuário deseja atingir; O Operators (Operadores): conjunto de operadores, seriam as ações mínimas que têm de ser executadas para mudar os estados do sistema; M Methods (Métodos): conjunto de métodos para alcançar as metas, ou seja, seqüências mínimas que correspondem a um procedimento para atingir os objetivos e S - Selection Rules (Regras de seleção): conjunto de regras de seleção para escolher entre métodos competitivos [Hochstein 2002]. Outras técnicas de avaliação também serão utilizadas, a da heurística e a dos testes com usuários. A primeira permite uma avaliação contínua do processo, ou seja, permite detectar problemas na fase de desenvolvimento da interface e para isso serão utilizadas as heurísticas propostas por [Molich and Nielsen 1990]. A segunda será aplicada quando a interface estiver pronta, seguindo as diretrizes propostas por Rubin (1994). 5. Sistema de Informação para o Professor - Terceiro Módulo A utilização de Sistemas de Informação em diversas áreas é notória, visto que a informação gerada pelos Sistemas de Informação (SI) é essencial para as empresas sobreviverem e prosperarem num ambiente cada vez mais globalizado [Laudon et. al., 2001]. Os benefícios que os SI podem trazer para as empresas já podem ser comprovados por diversos estudos de casos encontrados na literatura. Entretanto, ainda não existem muitos estudos de caso que mostram a efetividade dos SI na educação. Um dos módulos desse trabalho, o do Sistema de Informação para o Professor, visa permitir ao professor acompanhar o desenvolvimento de cada aluno e da turma como um todo, através do tratamento dos dados fornecidos pelo compilador desenvolvido no primeiro módulo, seção 3.

7 Ao tratar os dados fornecidos pelo primeiro módulo, a ferramenta proposta por esse trabalho deverá gerar alguns relatórios como, por exemplo: Quantidade de Erros Léxicos, Sintáticos e Semânticos cometidos por cada aluno e pela Turma; Quais os cinco ou dez erros mais freqüentes; Qual o tempo de elaboração do algoritmo por cada aluno e quantas vezes o aluno cometeu o mesmo erro. Cada relatório deve ser para um determinado exercício ou em um conjunto de exercícios escolhidos pelo professor. Outros relatórios provavelmente irão existir; para descobri-los serão feitas entrevistas com professores que lecionam disciplinas que tratam da Lógica de Programação. Para a implantação do módulo em questão pretende-se colocá-lo em um ambiente de grupo, através da utilização de uma sub-rede, com servidor Linux, utilizando o Servidor WEB Apache e controlando os clientes e o servidor com um script em PHP. O armazenando dos dados transmitidos nessa rede seriam armazenados em banco de dados MySQL, de onde seriam obtido os dados gerar as informações necessárias para o professor. Além disso, esse tipo de ambiente irá permitir que cada erro cometido por um aluno possa ser visualizado por qualquer outro aluno utilizando o sistema, permitir que interagirem, entre outros. Ao término desse módulo alguns testes serão feitos para que se possa ter um estudo de caso da aplicação de SI na educação e assim poder tirar algumas conclusões da efetividade de tais sistemas para a prática do ensino. Testes como, por exemplo, utilizar a ferramenta proposta por esse trabalho em uma turma de lógica de programação e em outra turma não utilizar, e ao fim das atividades avaliar o rendimento individual de cada aluno e das turmas como um todo. 6. Considerações Finais Ao implementar o Compilador, houve a preocupação em desenvolvê-lo em três módulos: Compilador Front End, Interface Homem-Máquina e Sistema de Informação para o Professor. No primeiro módulo, Compilador Front End, está sendo criado um compilador para a pseudolinguagem PORTUGOL proposta por [Forbellone et. al., 2000]. Com o primeiro módulo concluído, serão iniciados o segundo módulo, onde serão aplicadas as melhores técnicas para a criação de uma interface adequada para o tipo de usuário que irá utilizar o compilador, e o terceiro módulo, onde a intenção é fazer o tratamento dos dados obtidos pela utilização do Compilador por cada aluno e gerar relatórios individualizados, dos alunos e da turma. Com o trabalho concluído, espera-se que os alunos dos cursos que necessitam ter Lógica de Programação possam ter uma maior facilidade em compreender como o computador analisa o código fonte criado pelo desenvolvedor e em utilizar os compiladores das linguagens que estão no mercado, como Pascal e C. 7. Referências Forbellone, A.L.V. and Eberspächer, H.F. (2000) Lógica de Programação, 2º Edição, Pearson Education do Brasil. Hochstein, L. (2002) Theories in Computer human interaction, Setembro. Laudon, Kenneth C., Laudon, Jane P. (1999) Gerenciamento de Sistemas de Informação, 3ª Edição, LTC.

8 Molich, R. and Nielsen, J. (1990) Improving a human-computer dialogue: What designers know about traditional interface design, Communications of the ACM, 33, pp Nielsen, J. (2004) Card sorting: How many users to test, Setembro. Perry, G. T., Neto, A. S. A., Amaral, F. G. (2004). Integrando Conhecimentos, Aproximando Disciplinas: A Importância do Design e da Ergonomia no Projeto e no Desenvolvimento de Softwares Educacionais, Setembro. Price, A.M.A. and Toscani, S.S.T. (2000) Implementação de Linguagens de Programação: Compliladores, 1º Edição, Sagra Luzzatto. Rocha, H. V. and Baranauskas, M. C. C (2003). Design e Avaliação de Interfaces Humano-Computador, NIED. Rubin, J.(1994) Handbook of Usability Testing: how to plan, design, and conduct effective tests., John Wiley Shneiderman, Ben; Plaisant, Catherine (2004) Designing the User Interface Strategies for Effective Human-Computer Interactio, 4º Edição, Addison Wesley. Sommerville, Ian (2003) Engenharia de Software, 6º Edição, Addison Wesley. Esmin, A.A.A. (1998) Portugol/Plus: Uma ferramenta de apoio ao ensino de lógica de programação baseado no portugol, Setembro. Menezes, N.N.C. (2003) Compilador Portugol, %20Nilo%20Menezes.pdf, Setembro. 8. Bibliografia Complementar Aho, A.V. e Sethi, R. e Ullman, J.D. (1995) Compiladores, Afiliada. Fagoc (2005) Revista Científica, Volume 1, número 1, Fagoc, p Farrer, H., Becker, C.G., Faria, E.C., Matos, H.F., Santos, M.A., Maia, M.L. (1998) Algoritmos Estruturados, 2º Edição, Afiliada. Guimarães, A.M. and Lages, N.A.C. (1994) Algoritmos e Estruturas de Dados, Livros Técnicos e Científicos Editora S.A. Manzano, J.A.N.G. e Oliveira, J.F. (2000) Algoritmos Lógica para Desenvolvimento de Programação, 4º Edição, Érica Ltda. Menezes, P.B. (2000) Linguagens Formais e Autômatos 3º Edição, Sagra Luzzatto.