ANDRÉ BACKES. 2 a edição LIN GUA GEM. Completa e Descomplicada

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1 ANDRÉ BACKES 2 a edição LIN GUA GEM Completa e Descomplicada

2 LINGUAGEM C: COMPLETA E DESCOMPLICADA

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4 LINGUAGEM C: COMPLETA E DESCOMPLICADA 2 a edição André Backes

5 2019, Elsevier Editora Ltda. Todos os direitos reservados e protegidos pela Lei de 19/02/1998. Nenhuma parte deste livro, sem autorização prévia por escrito da editora, poderá ser reproduzida ou transmitida sejam quais forem os meios empregados: eletrônicos, mecânicos, fotográficos, gravação ou quaisquer outros. ISBN: ISBN (versão digital): Copidesque: Vania Santiago Revisão tipográfica: Augusto Coutinho Editoração Eletrônica: Thomson Digital Elsevier Editora Ltda. Conhecimento sem Fronteiras Rua da Assembléia, n andar Centro Rio de Janeiro RJ Av. Nações Unidas, n andar Brooklin São Paulo SP Serviço de Atendimento ao Cliente atendimento1@elsevier.com Consulte nosso catálogo completo, os últimos lançamentos e os serviços exclusivos no site NOTA Muito zelo e técnica foram empregados na edição desta obra. No entanto, podem ocorrer erros de digitação, impressão ou dúvida conceitual. Em qualquer das hipóteses, solicitamos a comunicação ao nosso serviço de Atendimento ao Cliente para que possamos esclarecer ou encaminhar a questão. Para todos os efeitos legais, a Editora, os autores, os editores ou colaboradores relacionados a esta obra não assumem responsabilidade por qualquer dano/ou prejuízo causado a pessoas ou propriedades envolvendo responsabilidade pelo produto, negligência ou outros, ou advindos de qualquer uso ou aplicação de quaisquer métodos, produtos, instruções ou ideias contidos no conteúdo aqui publicado. A Editora B119L 2. ed. CIP-BRASIL. CATALOGAÇÃO NA PUBLICAÇÃO SINDICATO NACIONAL DOS EDITORES DE LIVROS, RJ Backes, André Linguagem C : completa e descomplicada / André Backes ed. - Rio de Janeiro : Elsevier, : il. Apêndice Inclui bibliografia ISBN C (Linguagem de programação de computador). I. Título CDD: CDU:

6 À minha esposa, Bianca, que sempre me apoiou e incentivou a cada novo passo. E ao meu filho, Pedro, que me ensinou o verdadeiro significado de ensinar.

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8 Agradecimentos A os amigos que fiz no convívio diário da Faculdade de Computação da Universidade Federal de Uberlândia (FACOM-UFU). Aos meus pais, que sempre me apoiaram em todas as etapas da minha vida. Ao Prof. Dr. Odemir Martinez Bruno, pela confiança depositada em mim, orientação e amizade, sem as quais eu não teria me tornado professor. Aos meus alunos, que atuaram como guias. Foi pensando em ajudá-los que me arrisquei a produzir esta obra.

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10 Sumário Agradecimentos vii CAPÍTULO 1 INTRODUÇÃO A linguagem C Influência da linguagem C Utilizando o Code::Blocks para programar em C Criando um novo projeto no Code::Blocks Utilizando o debugger do Code::Blocks Esqueleto de um programa em linguagem C Indentação do código A compilação do programa Comentários Usando uma biblioteca: o comando #include Criando suas próprias bibliotecas Bibliotecas e funções úteis da linguagem C Funções de entrada e saída: stdio.h 19 Operações em arquivos 19 Acesso a arquivos 19 Entrada/saída formatada 19 Entrada/saída de caracteres 19 Entrada/saída direta 19 Posicionamento no arquivo 19 Tratamento de erros 20 Tipos e macros Funções de utilidade padrão: stdlib.h 20 Conversão de strings 20 Geração de sequências pseudoaleatórias 20 Gerenciamento de memória dinâmica 20 Ambiente do programa 20 Pesquisa e ordenação 20 Aritmética de inteiro 21

11 x LINGUAGEM C COMPLETA E DESCOMPLICADA Funções matemáticas: math.h 21 Funções trigonométricas 21 Funções hiperbólicas 21 Funções exponenciais e logarítmicas 21 Constantes 21 Funções de potência 21 Funções de arredondamento, valor absoluto e outras Testes de tipos de caracteres: ctype.h Operações em string: string.h 22 Cópia 22 Concatenação 22 Comparação 22 Busca 22 Outras Funções de data e hora: time.h 23 Manipulação do tempo 23 Conversão 23 Tipos e macros 23 Usando a função strftime() 24 CAPÍTULO 2 LENDO E ESCREVENDO NAS VARIÁVEIS Variáveis Declarando uma variável Dando um nome à nossa variável Definindo o tipo da nossa variável 30 O tipo char 31 O tipo int 31 Os tipos float e double 32 O tipo void Os modificadores de tipo de uma variável 33 O modificador signed 33 O modificador unsigned 33 O modificador short 33 O modificador long 33 Tipos e combinações de modificadores possíveis Escrevendo suas variáveis na tela Printf 34 Escrevendo uma mensagem de texto 35 Escrevendo valores formatados Putchar Lendo suas variáveis do teclado Scanf Getchar 40

12 Sumário xi 2.4 Escopo: o tempo de vida da variável O escopo global O escopo local Constantes Valor literal O comando #define O comando const As sequências de escape Exercícios 47 CAPÍTULO 3 AS OPERAÇÕES QUE PODEMOS FAZER COM AS VARIÁVEIS O operador de atribuição = Operadores aritméticos Operadores relacionais Operadores lógicos Operadores bit a bit Operadores de atribuição simplificada Operadores de pré e pós-incremento/decremento Modeladores de tipos (casts) Operador vírgula (,) Precedência de operadores Exercícios 65 CAPÍTULO 4 COMANDOS DE CONTROLE CONDICIONAL Definindo uma condição Comando if Uso das chaves { } Comando else Aninhamento de if Operador? Comando switch Uso do comando break no switch Uso das chaves { } no case Exercícios 86 CAPÍTULO 5 COMANDOS DE REPETIÇÃO Repetição por condição Laço infinito 91

13 xii LINGUAGEM C COMPLETA E DESCOMPLICADA 5.2 Comando while Comando for Omitindo uma cláusula do comando for 96 Comando for sem inicialização 96 Comando for sem condição 96 Comando for sem incremento Usando o operador de vírgula (,) no comando for Comando do-while Aninhamento de repetições Comando break Comando continue Goto e label Exercícios 107 CAPÍTULO 6 VETORES E MATRIZES ARRAYS Por que utilizar Array com uma dimensão vetor Declarando um vetor Acessando um elemento do vetor Array com duas dimensões matriz Declarando uma matriz Acessando um elemento da matriz Array com mais de duas dimensões Inicialização de arrays Inicialização sem tamanho Exemplos de uso de arrays Somando os elementos de um vetor Encontrando o maior valor de um vetor Calculando a média dos elementos de um vetor Somando os elementos de uma matriz Exercícios Vetores Matrizes 129 CAPÍTULO 7 ARRAYS DE CARACTERES STRINGS Definição e declaração de uma string Inicializando uma string Acessando um elemento da string 132

14 Sumário xiii 7.2 Trabalhando com strings Lendo uma string do teclado 134 Usando a função scanf() 134 Usando a função gets() 134 Usando a função fgets() 134 Limpando o buffer do teclado Escrevendo uma string na tela 136 Usando a função printf() 136 Usando a função fputs() Funções para manipulação de strings Tamanho de uma string Copiando uma string Concatenando strings Comparando duas strings Exercícios 139 CAPÍTULO 8 TIPOS DEFINIDOS PELO PROGRAMADOR Estruturas: struct Declarando uma estrutura Declarando uma variável do tipo da estrutura Acessando os campos de uma estrutura Inicialização de estruturas Array de estruturas Atribuição entre estruturas Estruturas aninhadas Uniões: union Declarando uma união Diferença entre estrutura e união Enumerações: enum Declarando uma enumeração Declarando uma variável do tipo da enumeração Enumerações e constantes Comando typedef Exercícios 157 CAPÍTULO 9 FUNÇÕES Definição e estrutura básica Declarando uma função 160 Local de declaração de uma função 160 Funcionamento de uma função 161

15 xiv LINGUAGEM C COMPLETA E DESCOMPLICADA Parâmetros de uma função 162 Declarando os parâmetros de uma função 162 Funções sem lista de parâmetros Corpo da função Retorno da função 166 Funções sem retorno de valor 167 Funções com retorno de valor Tipos de passagem de parâmetros Passagem por valor Passagem por referência Passagem de arrays como parâmetros Passagem de estruturas como parâmetros 178 Passagem de uma estrutura por valor 178 Passagem de um campo da estrutura por valor 178 Passagem de um campo da estrutura por referência 179 Passagem de uma estrutura por referência Operador seta Recursão Solução recursiva Como funciona a recursividade Cuidados na implementação da recursividade Exercícios Passagem por valor Passagem por referência Recursão 193 CAPÍTULO 10 PONTEIROS Definição Declaração Manipulando ponteiros Inicialização e atribuição 197 Apontando um ponteiro para nenhum lugar 198 Apontando um ponteiro para algum lugar da memória 198 Os operadores * e & 200 Atribuição entre ponteiros Aritmética com ponteiros Operações relacionais com ponteiros Ponteiros genéricos Ponteiros e arrays Ponteiros e arrays multidimensionais Array de ponteiros Ponteiro para ponteiro Exercícios 212

16 Sumário xv CAPÍTULO 11 ALOCAÇÃO DINÂMICA Definição Funções para alocação de memória sizeof() malloc() calloc() realloc() free() Alocação de arrays multidimensionais Solução 1: Usando array unidimensional Solução 2: Usando ponteiro para ponteiro Solução 3: Ponteiro para ponteiro para array Exercícios 232 CAPÍTULO 12 ARQUIVOS Definição Tipos de arquivos Sobre escrita e leitura em arquivos Ponteiro para arquivo Abrindo e fechando um arquivo Abrindo um arquivo 238 Caminho absoluto e relativo para o arquivo 238 Como posso abrir meu arquivo 239 Finalizando o programa no caso de erro Fechando um arquivo Escrita e leitura em arquivos Escrita e leitura de caractere 242 Escrevendo um caractere 242 Lendo um caractere Fim do arquivo e a função feof() Arquivos predefinidos Forçando a escrita dos dados do buffer Sabendo a posição atual dentro do arquivo Escrita e leitura de strings 249 Escrevendo uma string 249 Lendo uma string Escrita e leitura de blocos de bytes 252 Escrevendo blocos de bytes 252 Lendo blocos de bytes Escrita e leitura de dados formatados 257 Escrevendo dados formatados 258 Lendo dados formatados 259

17 xvi LINGUAGEM C COMPLETA E DESCOMPLICADA 12.7 Movendo-se dentro do arquivo Voltando ao começo do arquivo Excluindo um arquivo Erro ao acessar um arquivo Exercícios 264 CAPÍTULO 13 AVANÇADO Recursos avançados da função printf() Os tipos de saída 268 Exibindo os tipos básicos 269 Exibindo valores no formato octal ou hexadecimal 269 Exibindo valores como notação científica 270 Exibindo valores inteiros sem sinal e endereços 270 Exibindo o símbolo de % As flags para os tipos de saída 271 Justificando um valor à esquerda 272 Forçar a impressão do sinal do número 272 Imprimindo espaços ou zeros antes de um número 272 Imprimindo o prefixo hexadecimal e octal e o ponto O campo largura dos tipos de saída O campo precisão dos tipos de saída 274 O campo precisão para valores inteiros 274 O campo precisão para valores reais 275 O campo precisão usado com strings 275 O campo precisão definido por uma variável inteira O campo comprimento dos tipos de saída Usando mais de uma linha na função printf() Imprimindo constantes de caracteres com printf() Recursos avançados da função scanf() Os tipos de entrada 278 Lendo os tipos básicos 279 Lendo valores no formato octal ou hexadecimal 280 Lendo valores como notação científica 280 Lendo uma string do teclado O campo asterisco * O campo largura dos tipos de entrada Os modificadores dos tipos de entrada Lendo e descartando caracteres Lendo apenas caracteres predeterminados 284 Usando um intervalo de caracteres predeterminados 285 Invertendo um scanset 285

18 Sumário xvii 13.3 Mudando a localidade do computador Trabalhando com caractere amplo (wide char) Classes de armazenamento de variáveis A classe auto A classe extern A classe static A classe register O modificador de tipo volatile Trabalhando com campos de bits Funções com número de parâmetros variável Argumentos na linha de comando Trabalhando com ponteiros Array de ponteiros e ponteiro para array Ponteiro para função 301 Declarando um ponteiro para uma função 301 Apontando um ponteiro para uma função 302 Passando um ponteiro para função como parâmetro 303 Criando um array de ponteiros para função Diretivas de compilação O comando #include Definindo macros: #define e #undef 306 Definindo símbolos com #define 306 Definindo constantes com #define 307 Definindo funções macros com #define 307 Funções macro com mais de uma linha 309 Operadores especiais: # e ## 309 Apagando uma definição: #undef Diretivas de inclusão condicional 310 Diretivas #ifdef e #ifndef 310 Diretivas #if, #else e #elif Controle de linha: #line Diretiva de erro: #error A diretiva #pragma Diretivas predefinidas Limites dos tipos básicos Alinhamento e preenchimento Alinhamento e preenchimento de estruturas Alinhamento e preenchimento de estruturas com campo de bits Reorganizando a estrutura Substituindo regras de alinhamento 322 CAPÍTULO 14 O PADRÃO C Habilitando o padrão C99 no Code::Blocks Detectando a versão do compilador 325

19 xviii LINGUAGEM C COMPLETA E DESCOMPLICADA 14.3 Variáveis, identificadores e operadores O especificador %n da função printf() Declarações de variáveis Novos tipos de dados 326 Novos tipos inteiros 326 O tipo long long int 330 O tipo booleano 331 O tipo complexo O identificador func Valores inteiros em binário Valores de ponto flutuante em hexadecimal Suporte a ponto flutuante padrão IEEE O operador _Pragma Novas bibliotecas e funções Funções matemáticas de tipo genérico Novos especificadores para a função strftime() Funções de gerenciamento de ponto flutuante Tipos para manipular um ambiente de ponto flutuante Definindo um ambiente de ponto flutuante Salvando um ambiente de ponto flutuante Salvando um ambiente de ponto flutuante e limpando suas flags Restaurando um ambiente de ponto-flutuante e suas flags Macros usadas para tratamento de exceções Limpando um conjunto de exceções Verificando qual exceção ocorreu Ativando uma flag de exceção Usando uma variável para definir o estado das flags de exceção Salvando o estado das flags de exceção em uma variável Definindo a direção do arredondamento Verificando qual a direção do arredondamento Novidades no uso de arrays O uso dos colchetes do array Arrays de comprimento variável Arrays de comprimento variável e funções Qualificadores de arrays Campo array flexível dentro de estruturas Funções e funções macro Funções em linha A macro va_copy() Macros com número de parâmetros variável A palavra-chave restrict Inicialização designada Inicializando algumas posições de um array Inicializando alguns dos campos de uma estrutura Inicializando um array de estrutura Literais compostos 355

20 Sumário xix CAPÍTULO 15 O PADRÃO C Novas macros, especificadores e identificadores Macros para ponto flutuante Macros para ponto flutuante Novo modo de abertura de arquivos O especificador _Noreturn para funções Especificando o alinhamento das variáveis na memória Asserção estática Melhoria do suporte unicode Estruturas e uniões anônimas Funções com verificação de limites Leitura segura de strings com gets_s() Seleção de tipo genérico O comando _Generic Criando funções de tipo genérico usando _Generic Suporte multithreading Trabalhando com threads 374 O tipo thread 375 Criando uma thread 375 Comparando duas threads 376 Obtendo o identificador da thread atual 376 Suspendendo temporariamente a thread 377 Interrompendo a thread 377 Terminando a thread 378 Unindo a execução das threads 378 Separando a execução das threads Executando uma função uma única vez Trabalhando com mutex (exclusão mútua) 379 O tipo mutex 380 Criando um mutex 380 Destruindo um mutex 381 Bloqueando a thread até obter o mutex 381 Liberando o mutex 382 Bloqueando a thread por um tempo específico 383 Tentando obter o mutex Trabalhando com variáveis de condição 383 O tipo variável de condição 384 Criando uma variável de condição 384 Destruindo uma variável de condição 385 Desbloqueando uma thread 385 Desbloqueando todas as threads 385 Liberando o mutex e bloqueando a thread 386 Liberando o mutex e bloqueando a thread por um tempo específico 387

21 xx LINGUAGEM C COMPLETA E DESCOMPLICADA Objetos locais e armazenamento específico da thread 388 A classe de armazenamento _Thread_local 388 O tipo para armazenamento específico da thread 388 Criando um armazenamento específico para a thread 388 Liberando o armazenamento específico da thread 389 Definindo o bloco de memória do armazenamento específico 390 Acessando o armazenamento específico A função quick_exit() Suporte a objetos atômicos Declarando um objeto atômico Verificando se um objeto atômico é lock-free (livre de bloqueio) Definindo a ordem de acesso à memória Estabelecendo barreiras de acesso a memória Eliminando as dependências de acesso à memória Protegendo o acesso com uma flag atômica Inicializando, lendo e escrevendo em um objeto atômico Comparando e trocando o valor de um objeto atômico Comparando e trocando o valor de um objeto atômico 405 APÊNDICE Sistemas numéricos Conversão de binário para decimal Conversão de decimal para binário Conversão de hexadecimal para decimal Conversão de decimal para hexadecimal Conversão entre sistemas: hexadecimal e binário Conversão de octal para decimal Conversão de decimal para octal Tabela ASCII 412 Referências 417 índice 419

22 Criada em 1972 nos laboratórios Bell por Dennis Ritchie, a linguagem C se tornou uma das mais bem-sucedidas linguagens de alto nível já criadas, sendo considerada até hoje, na maioria dos cursos de computação do país, a linguagem básica para o aprendizado de disciplinas introdutórias em programação. Com um teor de abstração relativamente elevado, ela está mais próxima da linguagem humana do que o código de máquina. Ainda assim, é considerada por muitos uma linguagem de difícil aprendizado. Com o objetivo de simplificar o ensino da disciplina, André Backes apresenta neste livro uma nova abordagem que descomplica os conceitos da linguagem por meio de diversos recursos didáticos e ilustrativos, incluindo lembretes e avisos que ressaltam os seus pontos-chave, além de exemplos simples e claros sobre como utilizá-la. Este livro traz um programa de um curso completo de linguagem C, tratando com simplicidade dos assuntos mais complicados até os mais básicos. Também são abordadas, separadamente, as novidades incluídas na linguagem com o passar dos anos. Livro-texto para estudantes de graduação e pós-graduação em Computação, também pode ser utilizado por profissionais que trabalham com programação e profissionais de áreas não computacionais (biólogos e engenheiros, entre outros) que precisam utilizar o programa em alguma tarefa.