Módulo 1 Apresentação do Histórico e das Características Básicas da Linguagem C

Transcrição

1 Módulo 1 Apresentação do Histórico e das Características Básicas da Linguagem C 1.1 História da Linguagem C A Linguagem C é uma linguagem de programação que tem sua origem em outras duas linguagens anteriores: a Linguagem BCPL e a Linguagem B. A Linguagem BCPL foi desenvolvida por M artin Richards. Esta linguagem influenciou a linguagem inventada por Ken Thompson, chamado B. Logo em seguida, Dennis Ritchie desenvolveu a Linguagem C que foi implementada em um DEC PDP-11, usando o sistema operacional UNIX. A Linguagem C, dada a sua simplicidade e flexibilidade, tornou-se ao longo do tempo uma das linguagens de programação mais usadas, sendo utilizada na criação e desenvolvimento de softwares e sistemas operacionais que se tornaram famosos em todo mundo, como por exemplo o Sistema Operacional Windows. Entretanto, a Linguagem C atinge seus limites a partir do ponto em que os programas escritos na linguagem atingem um certo tamanho, entre e linhas, devido à problemas de gerenciamento do código. Para resolver este problema, em 1980, enquanto trabalhava nos laboratórios da Bell, em M urray Bill, New Jersey, Bjarne Stroustrup acrescentou várias extensões à linguagem C e chamou inicialmente esta nova linguagem de C com classes. Em 1983, o nome adotado para esta nova linguagem foi C++. M uitas modificações foram feitas na Linguagem C++ para que ela pudesse suportar a programação orientada a objetos (POO). 1.2 Compiladores e Interpretadores Compiladores e Interpretadores são simplesmente programas sofisticados que agem sobre o código-fonte do seu programa, ou seja, depois que o código-fonte de um determinado programa é escrito ele é submetido à um Compilador ou um Interpretador que fará com que seja possível sua execução em uma determinada máquina. O Compilador lê o programa inteiro e converte-o em um código executável. Uma vez o programa compilado, uma linha de código-fonte está significativamente distante do código executável. O compilador não é necessário para executar o programa, desde que ele já esteja compilado, ou seja, neste caso não será necessário que se tenha um programa instalado na máquina que reconheça o código em questão. O Interpretador lê o código-fonte do seu programa uma linha por vez e executa uma instrução específica contida naquela linha. O interpretador deverá estar presente toda vez que o programa estiver sendo executado, ou seja, é necessário que um interpretador específico da linguagem utilizada esteja instalado na máquina. Existem dois termos freqüentes: tempo de compilação e tempo de execução. O termo tempo de compilação refere-se aos eventos que acontecem durante o processo de compilação e tempo de 1 de 7

2 execução, aos eventos que ocorrem enquanto o programa está sendo executado. Infelizmente, constantemente esses termos estão relacionados a mensagens de erros, como em erros de tempo de compilação e erros de tempo de execução. 1.3 Características da Linguagem C Portabilidade entre máquinas e sistemas operacionais, ou seja, um código escrito em linguagem C poderá ser executado em diferentes máquinas independentemente da sua configuração física (hardware) e do sistema operacional residente. A linguagem C é estruturada, com isso desencoraja a utilização dos goto's desvios incondicionais -, que geram os chamados códigos "macarronada". O "goto" é substituído p or diversos tip os de laços e desvios, tais como: while, do-while, for; if-then-else, switch, que p ermitem ao p rogramador exercer um controle lógico mais eficaz sobre os códigos fontes de seus programas. A linguagem C/C++ possui sub-rotinas com variáveis locais, isto é, funções cujas variáveis são visíveis apenas dentro desta função e somente no momento em que estas funções estejam sendo usadas. Assim as variáveis com mesmo nome, que pertençam a funções distintas, são p rotegidas dos efeitos colaterais (p roteção de variáveis), isto é, uma modificação em nível funcional não acarretará mudança na variável em nível global. Desta forma, mudanças de valores de variáveis no corp o do p rograma p rincip al não afetam as variáveis de funções e vice-versa, a não ser que o p rogramador assim o queira. Código compacto e rápido, quando comparado ao código de outras linguagem de complexidade análoga. A linguagem C é Case-S ensitive. É importante saber que as letras maiúsculas e minúsculas são tratadas como caracteres distintos. Por exemplo, em algumas linguagens, os nomes de variáveis count, Count e COUNT são três maneiras de se especificar a mesma variável. Entretanto na linguagem C, serão três variáveis diferentes. Então, quando você digitar programas em C seja cuidadoso na utilização correta das letras. 1.4 Aplicações Escritas em C Atualmente, nos Estados Unidos, C é a linguagem mais utilizada pelos programadores, por permitir, dadas suas características, a escrita de programas típicos do Assembler, BASIC, COBOL e Clipper, sempre com maior eficiência e portabilidade, como podemos constatar pelos exemplos abaixo relacionados: Sistema Op eracional: UNIX (Sistema Op eracional executável em micro comp utadores e em mainframes). M ontadores: Clipper (O utilitário de banco de dados mais usado no Brasil). Planilhas: 1,2,3 e Excel (A planilha eletrônica com maior volume de vendas mundial). Banco de Dados: dbase III, IV e Access (o gerenciador de base de dados mais utilizado no mundo). InfoStar: O Editor de Texto mais utilizado nos USA no Sistema Operacional UNIX. Utilitários: FormTool (Editor de formulário mais vendido no mundo). Ap licações Gráficas: Efeitos Esp eciais de filmes com Star Trek e Star War. 2 de 7

3 Linguagens como o Power Builder e o Visual Basic, respectivamente as linguagens mais utilizadas nos EUA e no Brasil. No Brasil utilizada por empresas especializadas na elaboração de vinhetas e outros efeitos especiais. 1.5 A Linguagem C Comparada à Outras Linguagens Deve-se entender Nível Alto como sendo a capacidade da linguagem em compreender instruções escritas em dialetos próximos do inglês (Ada e Pascal, por exemplo) e Nível Baixo para aquelas linguagens que se aproximam do Assembly, que é a linguagem própria da máquina, compostas por instruções binárias e outras incompreensíveis para o ser humano não treinado para este propósito. Infelizmente, quanto mais clara uma linguagem for para o humano (simplicidade >) mais obscura o será para a máquina (velocidade <). A Linguagem C é freqüentemente referenciada como uma linguagem de nível médio, p osicionando-se entre o Assembly (baixo nível) e o Pascal (alto nível). Uma das razões da invenção da linguagem C foi dar ao programador uma linguagem de alto nível que poderia ser utilizada como uma substituta para a linguagem Assembly. Entretanto, ainda que a linguagem C p ossua estruturas de controle de alto nível, como é encontrado na Pascal, ela também p ermite que o p rogramador manip ule bits, by tes e endereços de uma maneira mais p roximamente ligada à máquina, ao contrário da abstração apresentadas por outras linguagens de alto nível. Por esse motivo, a linguagem C tem sido ocasionalmente chamada de código Assembly de alto nível. Por sua natureza dupla, a linguagem C permite que sejam criado programas rápidos e eficientes sem a necessidade de se recorrer a linguagem Assembly. A filosofia que existe por trás da linguagem C é que o programador sabe realmente o que está fazendo. Por esse motivo, a linguagem C quase nunca coloca-se no caminho do programador, deixando-o livre para usar (ou abusar) dela de qualquer forma que queira. O motivo para essa liberdade na programação é permitir ao compilador C criar códigos muito rápidos e eficientes, já que ele deixa a responsabilidade da verificação de erros para você. Observemos o esquema a seguir: Nível Baixo Nível Médio Nível Alto VELOCIDADE CLAREZA Assembler M acro Assembler Forth C Fortran Basic COBOL Pascal Ada MODULA-2 Antes da linguagem C tornar-se um padrão de fato (meados de 1.988, nos USA), tínhamos, aproximadamente, o seguinte perfil de mercado: - Ap licações de Banco de Dados - M ainframe: COBOL e gerenciadores 3 de 7

4 - M icros: dbase, Clipper e BASIC e gerenciadores como Btrieve. - Ap licações Gráficas: Pascal. - Ap licações Científicas: FORTRAN e Pascal. - Utilitários, Sistemas Operacionais e Compiladores: Assembler. A chegada de poderosos compiladores C (Borland, M icrosoft e Zortech-Symantec), revolucionou totalmente estes conceitos pois passou a permitir a construção de praticamente qualquer tipo de aplicação na Linguagem C, normalmente mais rápidas do que na linguagem original e portável entre os diversos ambientes ( roda em DOS, UNIX, etc. com poucas mudanças). Devemos entender no entanto, que apenas temos uma relativa portabilidade, pois a verdadeira portabilidade depende necessariamente da implementação do sistema operacional, necessariamente aberto, o que não existe fora do mundo Unix. Quadro de características de linguagens: Linguage ns / Caracte rísticas Ide ais Asse mble r BASIC Pascal Clipper CO BO L C Exe cutáve is Curtos ótimo fraco péssimo fraco ótimo Exe cutáve is Rápidos ótimo bom razoável fraco bom Portáve is péssimo bom ótimo ótimo bom Manipulação de Bits ótimo razoável péssimo fraco ótimo O quadro anterior, deixa claro o porquê da revolução causada pela Linguagem C, dados os inúmeros pontos fortes da linguagem e a inexistência de pontos fracos da mesma. Não deve-se concluir apressadamente que poderemos desenvolver tudo em C e abandonarmos todas as outras linguagens, pelos seguintes motivos: - Alta base de programas escritos em Assembler, COBOL, BASIC, Pascal. - Conhecimento amplo de linguagens concorrentes como COBOL, Clipper e BASIC. - M elhor adaptação de alguma linguagem para tarefa específica como Gráficos (Pascal), Inteligência Artificial (Prolog, LISP), matemáticas (Pascal e FORTRAN), aplicações comerciais (COBOL, Clipper e BASIC). As versões atuais das linguagens BASIC, C, Clipper, Pascal e COBOL, estão muito mais semelhantes do que o eram ao tempo em que este quadro foi elaborado, portanto na prática muitas vezes este quadro, meramente teórico, pode tornar-se inaplicável. À médio prazo, pode-se afirmar que a linguagem C deverá ir desalojando as outras linguagens podendo até mesmo tornar-se um padrão de direito, porém devemos lembrar que algumas linguagens foram propostas para isto (Algol, PL/1) e não só não conseguiram atingir seus objetivos como praticamente desapareceram. 1.6 Estrutura de um Programa em Linguagem C Um programa em Linguagem C é formado por uma ou mais funções. Cada função possui um nome exclusivo e corresponde à um bloco de código, delimitado por um par de chaves {}, contendo um 4 de 7

5 conjunto de declarações, expressões, comandos de controle e chamadas à outras funções. Uma função denominada main é obrigatória em todos os programas, pois é o seu ponto de entrada, isto é, o programa começa a ser executado no início da função main e termina ao final desta função. Normalmente a declaração desta função possui a seguinte forma: int main(void), mas adiante será estudada outra forma de declaração para esta função. Ao concluir a função main, com o comando return, a execução do programa é finalizada, sendo que pelo padrão ANSI, esta função deve retornar 0 (zero) se o programa foi finalizado com sucesso, ou um valor maior que zero caso ele tenha sido finalizado por uma situação anormal. Além da função main, o programa pode possuir outras funções, sendo que estas devem ser, direta ou indiretamente, chamadas pela função main. Abaixo, um programa escrito em linguagem C, muito simples que você pode rodar no seu compilador: /* Seu primeiro programa em linguagem C*/ #include <stdio.h> void main () { printf ("Bem vindo ao mundo da programação em C!!!\n"); getchar(); /* Aguarda pressionar Enter */ } Comentários Os comentários servem principalmente para documentação do programa e são ignorados pelo compilador, portanto não irão afetar o programa executável gerado. Os comentário iniciam com o símbolo /* e se estendem até aparecer o símbolo */. Um comentário pode aparecer em qualquer lugar no programa onde possa aparecer um espaço em branco e pode se estender por mais de uma linha Diretiva #include Toda a diretiva, em C, começa com o símbolo # no início da linha. A diretiva #include inclui o conteúdo de um outro arquivo dentro do programa atual, ou seja, a linha que contêm a diretiva é substituída pelo conteúdo do arquivo especificado. Sintaxe: #include <nome do arquivo> ou #include nome do arquivo O primeiro caso é o mais utilizado. Ele serve para incluir alguns arquivos que contêm declaração das funções da biblioteca padrão, entre outras coisas. Estes arquivos, normalmente, possuem a extensão.h e se encontram em algum diretório pré-definido pelo compilador. Sempre que o programa utilizar alguma função da biblioteca-padrão deve ser incluído o arquivo correspondente. A tabela a seguir apresenta alguns dos principais.h da linguagem C: Descrição stdio.h - Funções de entrada e saída (I/O) string.h - Funções de tratamento de strings math.h - Funções matemáticas ctype.h - Funções de teste e tratamento de caracteres stdlib.h - Funções de uso genérico A segunda forma, onde o nome do arquivo aparece entre aspas duplas, serve normalmente para 5 de 7

6 incluir algum arquivo que tenha sido criado pelo próprio programador ou por terceiros e que se encontre no diretório atual, ou seja, no mesmo diretório do programa que está sendo compilado Uso do Ponto-e-Vírgula Você pode não ter percebido, mas no código em C apresentado no item 1.6 usamos duas vezes o ponto-e-vírgula, quando terminamos a declaração dos comandos printf() e getchar(). Ele é usado para separar diferentes comandos dentro do seu código em C. Durante o processo de compilação executado pelo compilador, o ponto-e-vírgula mostra ao compilador quando uma linha de comando termina e quando outra linha de comando se inicia. Ou seja, se você esquecer do ponto-e-vírgula seu compilador irá acusar um erro pois ele não irá saber quando termina ou começa um determinado comando dentro do código que você digitou. 1.7 Compreendendo os Tipos de Arquivo Ao criar um programa em linguagem C, você coloca seus comando em um arquivo-fonte, que tem a extensão.c. Se o seu programa for compilado com sucesso, o compilador irá criar um programa executável com a extensão.exe. Durante a compilação, o compilador cria em seu diretório outros arquivos com extensão.obj. Estes arquivos contém as instruções em forma binária, ou seja 1s e 0s, que o computador compreende. 1.8 Síntese do Módulo É apresentado à seguir, uma síntese do que foi tratado em cada item deste módulo. Com esta síntese você poderá relembrar conceitos vistos durante nosso estudo ou mesmo direcionar seu estudo, caso você já tenha conhecimentos na Linguagem C. 1.1 História da Linguagem C: apresenta um breve relato sobre o desenvolvimento da Linguagem de Programação C. Nele é mostrado que a Linguagem C foi desenvolvida por Dennis Ritchie e que ela é na verdade uma linguagem derivada de outras duas linguagens de programação anteriores, a BCPL e a Linguagem B. Mesmo sendo uma linguagem flexível e poderosa, a Linguagem C chegou a seus limites, e com isso, o desenvolvimento de uma nova linguagem tornou-se inevitável, sendo desenvolvida a Linguagem C++, que na verdade era a Linguagem C com novas características que superaram seus limites. Foram feitas várias modificações e melhorias na Linguagem C++ para que ela pudesse suportar a programação orientada a objeto (POO). 1.2 Compiladores e Interpretadores: neste item, foi mostrada a diferença entre compilador e interpretador. Compiladores e Interpretadores são programas que traduzem um código-fonte de um programa para a linguagem que a máquina entende. No caso do Interpretador, ele faz isso linha por linha do código-fonte, toda vez que o programa em questão é executado. Ou seja, é necessário que exista na máquina um interpretador específico instalado para a linguagem de programação em que o programa em questão foi escrito. No caso do Compilador é gerado um programa executável, ou seja, o Compilador cria um arquivo que pode ser lido pelo sistema operacional da máquina, eliminando assim a necessidade de um interpretador instalado. Foi visto também que o termo tempo de compilação refere-se aos eventos que acontecem durante o processo de compilação e tempo de execução, aos eventos que ocorrem enquanto o programa está sendo executado. 1.3 Características da Linguagem C: neste item, apresentou-se as principais 6 de 7

7 características da Linguagem C, entre elas: que a Linguagem C é portável; a Linguagem C é estruturada; a linguagem C/C++ possui sub-rotinas com variáveis locais; seu código é compacto e rápido; a linguagem é case-sensitive. 1.4 Aplicações Escritas em C: devido à sua compatibilidade com outras linguagens de programação, como por exemplo, Assembly, Cobol, Clipper, Basic, a Linguagem C é largamente utilizada no desenvolvimento de programas, sistemas operacionais e até em efeitos especiais em filmes. 1.5 A Linguagem C Comparada à Outras Linguagens: neste item foi feita uma comparação entre a Linguagem C e outras linguagens de programação. M ostrou-se que a Linguagem C se classifica como uma linguagem de nível médio, pois mesmo possuindo estruturas de controle de alto nível, ela permite a manipulação de bits, bytes e endereços de uma maneira bem próxima à máquina. Além do mais, a Linguagem C é veloz e tem uma alta portabilidade. Mas mostra-se que não é possível pensar em abandonar as outras linguagens e usar-se somente a Linguagem C. 1.6 Estrutura de um Programa em Linguagem C: foi estudado neste item que um programa em Linguagem C é formado por uma ou mais funções. Cada função possui um nome exclusivo e corresponde à um bloco de código, delimitado por um par de chaves {}, contendo um conjunto de declarações, expressões, comandos de controle e chamadas à outras funções. Uma função denominada main é obrigatória em todos os programas, pois é o seu ponto de entrada, isto é, o programa começa a ser executado no início da função main e termina ao final desta função Comentários: comentários servem principalmente para documentação do programa e são ignorados pelo compilador, portanto não irão afetar o programa executável gerado. Os comentário iniciam com o símbolo /* e se estendem até aparecer o símbolo */ Diretiva #include: neste subitem foi estudada a diretiva #include inclui o conteúdo de um outro arquivo dentro do programa atual, ou seja, a linha que contêm a diretiva é substituída pelo conteúdo do arquivo especificado. Ela serve para incluir alguns arquivos que contêm declaração das funções da biblioteca padrão, entre outras coisas Uso do ponto-e-vírgula: foi visto que o ponto-e-vírgula é usado para separar diferentes comandos dentro do seu código em C. Durante o processo de compilação executado pelo compilador, o ponto-e-vírgula mostra ao compilador quando uma linha de comando termina e quando outra linha de comando se inicia. 1.7 Compreendendo os Tipos de Arquivo: foi explicado detalhadamente os tipos de arquivos usados na programação em Linguagem C, como por exemplo, os arquivos com extensão.c,.exe e.obj. 7 de 7