ALGORITMOS E PROGRAMAÇÃO DE COMPUTADORES I

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1 Algoritmos e Programação de Computadores 1 Prof. Eduardo 1 ALGORITMOS E PROGRAMAÇÃO DE COMPUTADORES I Prof. MSc. Eduardo Machado Real Material 1 Introdução: a finalidade geral de um computador, a tarefa de processamento de dados e hardware x software. Noções de lógica: a lógica de programação, etapas para resolução de problemas, algoritmos x programas, instruções e contexto humano x contexto computacional. Programas de computadores e linguagens de programação. Introdução aos Algoritmos: conceitos de algoritmos e estruturas de dados, métodos para representação de algoritmos, varáveis e constantes, tipos de dados, operadores relacionais e lógicos, expressões aritméticas e lógicas, precedência de operadores, formação de identificadores, comandos básicos (entrada, saída e atribuição), estrutura sequencial e teste de mesa.

2 Algoritmos e Programação de Computadores 1 Prof. Eduardo 2 1. INTRODUÇÃO O computador pode auxiliá-lo praticamente em qualquer tarefa, mas não tem iniciativa, nenhuma independência, não é criativo nem inteligente, por isso precisa receber instruções nos mínimos detalhes. Desta forma, um computador é uma máquina que manipula dados a partir de uma sequência de instruções. Verifique sobre o histórico dos computadores! A finalidade geral de um computador é receber, manipular e armazenar dados. Visto somente como um hardware, ele parece não ter nenhuma utilidade. O computador só consegue realizar diversas funções por meio de programas. Portanto, sua finalidade principal é realizar a tarefa de processamento de dados, isto é, receber dados por um dispositivo de entrada, realizar operações com esses dados e gerar uma resposta que será expressa em um dispositivo de saída. Verifique sobre Unidade Central de Processamento (UCP), Memória e Dispositivos de Entrada e Saída de dados (E/S)! Quando queremos criar ou desenvolver um software para realizar determinado tipo de processamento de dados, devemos escrever um programa ou vários programas interligados. No entanto, para que o computador compreenda e execute esse programa, devemos escrevê-lo usando uma linguagem que tanto o computador quanto o criador de software entendam. Essa linguagem é chamada de linguagem de programação. De modo geral, as etapas para o desenvolvimento de um programa são: Análise Nesta etapa estuda-se o enunciado do problema para definir os dados de entrada, o processamento e os dados de saída. Algoritmo Ferramentas do tipo descrição narrativa, fluxograma ou português estruturado são utilizadas para descrever o problema com suas soluções. Codificação O algoritmo é transformado em códigos da linguagem de programação escolhida para se trabalhar. 2. NOÇÕES DE LÓGICA A palavra lógica relaciona-se com a ideia de racionalidade e coerência. Estudar lógica representa aprimorar a arte de pensar. O dom de raciocinar e o dom da inteligência, o ser humano normal os possui, o que difere, no entanto, é a forma com qual usamos e demonstramos esses dons. Lógica, de maneira geral, consiste em ser a arte de pensar corretamente, isto é, nem sempre raciocinamos da maneira correta, às vezes tomamos uma decisão ao invés de outra, agimos diversas vezes de maneira ilógica. Para desenvolver qualquer algoritmo e, consequentemente, qualquer software computacional, são necessários conhecimentos básicos de lógica. Inclusive, existem linguagens de programação baseadas em lógica, ou seja, desenvolvidas seguindo o paradigma lógico, como, por exemplo, a linguagem Prolog (lógica matemática é básica para qualquer estudo em computação e informática e, em particular, para o estudo de matemática discreta). Utilizamos a lógica de forma natural em nosso dia a dia. Por exemplo: o Nova Andradina é uma cidade do estado de Mato Grosso do Sul. o Zezinho nasceu em Nova Andradina. o Portanto, Zezinho é Sul-matogrossense.

3 Algoritmos e Programação de Computadores 1 Prof. Eduardo 3 o O guarda-roupa está fechado. o O terno está dentro do guarda-roupa. o Preciso primeiro abrir o guarda-roupa, para depois pegar o terno. o Sei que o livro está no armário. o Sei que o armário está fechado. o Logo, concluo que tenho de abrir o armário para pegar o livro. o Sei que sou mais velho que João. o Sei que João é mais velho que José. o Então, concluo que eu sou mais velho que José. o Asdrúbal é aluno da UEMS. o Para ser aprovado, um aluno do UEMS precisa obter nota maior ou igual a 6,0 e comparecer no mínimo a 75% das aulas. o Asdrúbal compareceu a todas as aulas e obteve nota igual a 8,0. Então, o que podemos concluir? 2.1. A Lógica de Programação A lógica de programação é essencial para pessoas que desejam trabalhar com desenvolvimento de programas para computadores. Lógica de programação pode ser definida como um conjunto de técnicas para encadear pensamentos a fim de atingir determinado objetivo. Outras definições A lógica de programação consiste no uso correto das leis do pensamento, da "ordem da razão", de processos de raciocínio e de simbolização formal na programação de computadores. A lógica de programação é necessária para pessoas que desejam trabalhar com desenvolvimento de sistemas e programas, ela permite definir a seqüência lógica para o desenvolvimento. A lógica de programação tem o objetivo de permitir a resolução de problemas específicos com soluções de boa qualidade. Portanto, o objetivo de aprendizagem para a introdução à Lógica de Programação deve ser, entre outros, compreender os conceitos de lógica de programação e de algoritmos, conhecer exemplos de algoritmos e algumas técnicas para construção de algoritmos e entender os conceitos de estrutura sequencial, estrutura de seleção e estruturas de repetição no contexto de algoritmos Instruções Instrução é a informação que indica a um computador uma ação elementar a executar. Instruções são regras ou ações para que uma sequência lógica possa ser feita com sucesso. Convém ressaltar que uma ordem isolada não permite realizar o processo completo, para isso é necessário um conjunto de instruções colocadas em ordem sequencial lógica. Uma instrução tomada em separado não tem muito sentido; para obtermos o resultado, precisamos colocar em prática o conjunto de todas as instruções, na ordem correta Contexto Humano e Contexto Computacional O raciocínio lógico pode ser expresso através de várias linguagens: - no contexto humano - utiliza-se a palavra escrita/falada que, por sua vez, se baseia num

4 Algoritmos e Programação de Computadores 1 Prof. Eduardo 4 determinado idioma, mas, independente do idioma, tem-se o mesmo raciocínio. - no contexto computacional - utilizam-se as linguagens de programação 3. CONCEITO DE ALGORITMO E ESTRUTURAS DE DADOS Um algoritmo é formalmente uma sequência finita de passos que levam a execução de uma tarefa. Podemos pensar em algoritmo como uma sequência de instruções que resultam de uma meta específica. Exemplos: receitas de culinária, manual de instruções, coreografia etc. As estruturas de dados servem para a manipulação das informações utilizadas no algoritmo. Somar dois números quaisquer. - Escreva o primeiro número no retângulo A - Escreva o segundo número no retângulo B - Some o número do retângulo A com número do retângulo B e coloque o resultado no retângulo C Portanto... A especificação da seqüência ordenada de passos que deve ser seguida para a realização de uma tarefa, dá-se o nome de algoritmo. Veja o exemplo... Deseja-se escrever um algoritmo, usando português coloquial, para resolver um problema bastante simples, qual seja: trocar uma lâmpada queimada por uma lâmpada nova não queimada. Exemplo: Algoritmos 1 Trocar uma lâmpada queimada Algoritmo Trocar uma lâmpada queimada pegar uma escada; posicionar a escada debaixo da lâmpada; buscar uma lâmpada nova; subir na escada; retirar a lâmpada queimada; colocar lâmpada nova; Reexaminando o algoritmo 1.1, notamos que ele tem um objetivo bem definido: trocar uma lâmpada queimada. Porém o algoritmo não atingirá seu objetivo se a lâmpada nova estiver queimada. Para tal, acrescentamos um teste condicional (estrutura seletiva). Algoritmo Trocar uma lâmpada queimada (uso de teste condicional) pegar uma escada; posicionar a escada debaixo da lâmpada; buscar uma lâmpada nova;

5 Algoritmos e Programação de Computadores 1 Prof. Eduardo 5 subir na escada; retirar a lâmpada queimada; colocar lâmpada nova; se a lâmpada nova não acender, então: o retirar a lâmpada queimada; o colocar lâmpada nova; o se a lâmpada nova não acender, então: retirar a lâmpada queimada; colocar a lâmpada nova; se a lâmpada nova não acender, então: retirar a lâmpada queimada; colocar a lâmpada nova;... até quando???? O Algoritmo 1.2 não está terminado. As ações cessarão quando conseguirmos colocar uma lâmpada que acenda (objetivo do algoritmo). Ao invés de reescrevermos várias vezes um conjunto de ações podemos, alterar o fluxo seqüencial de execução para permitir que ações sejam re-executadas quantas vezes forem necessárias. Precisamos expressar essa repetição (estrutura de repetição) garantindo uma condição de parada. Algoritmo Trocar uma lâmpada queimada (uso de estruturas de repetição) pegar uma escada; posicionar a escada debaixo da lâmpada; buscar uma lâmpada nova; subir na escada; retirar a lâmpada queimada; colocar lâmpada nova; enquanto lâmpada nova não acender, faça retirar a lâmpada queimada; colocar lâmpada nova; A seguir alguns conceitos de algoritmos segundo autores da nossa bibliografia: Outros exemplos: descrevam... Crie uma sequência lógica para: a) Ir à Universidade. b) Somar dois números e multiplicar o resultado pelo primeiro número. Algumas definições: Algoritmo é uma sequência finita de instruções ou operações cuja execução, em tempo finito, resolve um problema computacional, qualquer que seja sua instância. (SALVETTI, 1998) Algoritmo são regras formais para a obtenção de um resultado ou da solução de um problema, englobando fórmulas de expressões aritméticas. (MANZANO, 2011)

6 Algoritmos e Programação de Computadores 1 Prof. Eduardo 6 Ação é um acontecimento que, a partir de um estado inicial, após um período de tempo finito, produz um estado final previsível e bem definido. Portanto, um algoritmo é a descrição de um conjunto de comandos que, obedecidos, resultam numa sucessão finita de ações. (FARRER, 2010) Informalmente, um algoritmo é qualquer procedimento computacional bem definido que toma algum valor ou conjunto de valores como entrada e produz algum valor ou conjunto de valores como saída. Portanto, um algoritmo é uma sequência de passos computacionais que transformam a entrada na saída. (CORMEN et al., 2012) Também podemos visualizar um algoritmo como uma ferramenta para resolver um problema computacional bem especificado. O enunciado do problema especifica em termos gerais o relacionamento entre a entrada e a saída desejada. O algoritmo descreve um procedimento computacional específico para se alcançar esse relacionamento da entrada com a saída. Uma estruturas de dados é um meio para armazenar e organizar dados com o objetivo de facilitar o acesso e as modificações. (CORMEN et al., 2012) Construindo um Algoritmo (Problema das Torres de Hanói): Regra: Mover os discos de uma haste para outra sem que o disco maior fique sobre o disco menor. Solução: 1. Move o disco 1 para a haste C 2. Move o disco 2 para a haste B 3. Move o disco 1 para a haste B 4. Move o disco 3 para a haste C 5. Move o disco 1 para a haste A 6. Move o disco 2 para a haste C 7. Move o disco 1 para a haste C Tente! Temos 3 recipientes de tamanhos distintos (8, 5 e 3 litros), sendo que o recipiente de 8 litros está totalmente cheio. Considerando que os recipientes não sejam graduados, deseja-se colocar 4 litros em dois recipientes.

7 Algoritmos e Programação de Computadores 1 Prof. Eduardo Método para a construção de qualquer algoritmo Para a construção de qualquer tipo de algoritmo, é necessário seguir estes passos: Compreender completamente o problema a ser resolvido, destacando os objetos que o compõem. Definir os dados de entrada, ou seja, quais dados serão fornecidos. Definir o processamento, ou seja, quais cálculos serão efetuados e quais as restrições para esses cálculos. Definir os dados de saída, ou seja, quais dados serão gerados. Construir o algoritmo utilizando um dos tipos. Testar o algoritmo realizando simulações Fases Ao montar um algoritmo, precisamos primeiro dividir o problema apresentado em três fases fundamentais. Onde temos: ENTRADA: São os dados de entrada do algoritmo PROCESSAMENTO: São os procedimentos utilizados para chegar ao resultado final SAÍDA: São os dados já processados Teste de Mesa ou Rastreamento Após desenvolver um algoritmo ele deverá sempre ser testado. Este teste é chamado de TESTE DE MESA, que significa, seguir as instruções do algoritmo de maneira precisa para verificar se o procedimento utilizado está correto ou não. 4. FORMAS DE REPRESENTAÇÃO DE ALGORITMOS Os quatro tipos mais utilizados são: descrição narrativa, fluxograma, diagramas de Chapin ou Nassi_Shneiderman (Cartas N-S) e pseudocódigo ou pseudolinguagem Descrição narrativa A descrição narrativa consiste em analisar o enunciado do problema e escrever, utilizando uma linguagem natural (por exemplo, a língua portuguesa), os passos a serem seguidos para sua resolução.

8 Algoritmos e Programação de Computadores 1 Prof. Eduardo 8 Vantagem: não é necessário aprender nenhum conceito novo, pois uma língua natural, neste ponto, já é bem conhecida. Desvantagem: a língua natural abre espaço para várias interpretações, o que posteriormente dificultará a transcrição desse algoritmo para programa. Exemplo: Algoritmo para somar três números Receber os três números. (passo1) Somar os três números. (passo2) Mostrar o resultado obtido. (passo 3) 4.2. Fluxograma O fluxograma consiste em analisar o enunciado do problema e escrever, utilizando símbolos gráficos predefinidos, os passos a serem seguidos para sua resolução. Vantagem: o entendimento de elementos gráficos é mais simples que o entendimento de textos. Desvantagem: é necessário aprender a simbologia dos fluxogramas e, além disso, o algoritmo resultante não apresenta muitos detalhes, dificultando sua transcrição para um programa. Símbolos utilizados: Exemplo: Algoritmo para multiplicar dois números 4.3. Diagramas de Chapin ou Nassi_Shneiderman (Cartas N-S) São ferramentas gráficas que representam a função principal de cada passo do algoritmo dentro de uma caixa.

9 Algoritmos e Programação de Computadores 1 Prof. Eduardo 9 Exemplos: 4.4. Pseudocódigo ou Pseudolinguagem O Pseudocódigo ou paseudolinguagem (ou ainda, para alguns autores, Portugol) é o tipo que utilizaremos para as soluções dos exercícios das nossas aulas. Esta representação consiste em analisar o enunciado do problema e escrever, por meio de regras predefinidas, os passos a serem seguidos para sua resolução. Portanto, é uma descrição textual, estruturada e regida por regras; que descrevem os passos executados no algoritmo. Possui características similares às linguagens de programação: Utiliza palavras-chaves (ex: escreva, se-então, etc.); Identação (alinhamento dos blocos de comandos); Possui um comando por linha; Utiliza ; como finalizador de comando; Etc. Vantagem: a passagem do algoritmo para qualquer linguagem de programação é quase imediata, bastando conhecer as palavras reservadas dessa linguagem que serão utilizadas. Desvantagem: é necessário aprender as regras do pseudocódigo. Exemplo: algoritmo para dividir dois números (sem validação)

10 Algoritmos e Programação de Computadores 1 Prof. Eduardo 10 algoritmo somar declaração de variáveis inteiro numero1,numero2,resultado; início escreva( Digite o primeiro número: ); leia(numero1); escreva( Digite o segundo número: ); leia(numero2); resultado numero1 + numero2; escreva( A Soma é:, resultado); fim_algoritmo Pode-se escrever um algoritmo de diversas formas, para o curso adotaremos as seguintes, por exemplo: algoritmo somar declaração de variáveis inteiro numero1,numero2,resultado; início escreva( Digite o primeiro número: ); leia(numero1); escreva( Digite o segundo número: ); leia(numero2); resultado numero1 + numero2; escreva( A Soma é:, resultado); fim_algoritmo Algoritmo somar Entrada: n1, n2, números naturais, isto é, n1 e n2 são inteiros e n1, n2 1 Saída: resultado { escreva( Digite o primeiro número: ); leia(n1); escreva( Digite o segundo número: ); leia(n2); resultado n1 + n2; escreva( A Soma é:, resultado); } Algoritmo somar Declare n1, n2, resultado Interiro Leia n1, n2 resultado n1 + n2 Escreva resultado Fim_Algorimto Exercício: 1 Faça um algoritmo em Descrição Narrativa e em fluxograma para mostrar o resultado da divisão de dois números.

11 Algoritmos e Programação de Computadores 1 Prof. Eduardo PROGRAMAS DE COMPUTADORES Os programas de computadores nada mais são do que algoritmos escritos numa linguagem de computador (Pascal, C, Java, Perl, Ruby, Python, Cobol, Fortran, Visual Basic, entre outras) e que são interpretados e executados por uma máquina, no caso um computador. Também conhecidos como software, os programas de computador são formados por uma série de instruções (especificadas usando uma linguagem de programação) que o computador precisará executar para realizar as operações desejadas. O processo de definir as instruções que o computador deve executar é conhecido como programação. Ao criar um programa, você armazena as instruções em um arquivo ASCII cujo nome normalmente contém a extensão.c para um programa escrito em C. (JAMSA e KLANDER, 1999). As instruções que o computador executa são, na verdade, séries de 1s e 0s (dígitos binários), que representam os sinais eletrônicos que ocorrem dentro do computador. Para programar os primeiros computadores (nos anos 40 e 50), os programadores tinham que compreender como o computador interpretava diferentes combinações de 1s e 0s, pois os programadores escreviam seus programas usando dígitos binários. À medida que os programas se tornaram maiores, tornou-se inviável trabalhar em termos de 1s e 0s do computador. Em vez disso, os pesquisadores criaram as linguagens de programação, que permitem que as pessoas expressem as instruções do computador de uma forma mais clara para os humanos. Após os programadores colocarem suas instruções em um arquivo (chamado arquivo-fonte), um segundo programa (chamado compilador) converte as instruções da linguagem de programação em 1s e 0s (conhecidas como linguagem de máquina) que o computador compreende. (JAMSA e KLANDER, 1999) Linguagens Para que um ser humano possa programar, armazenar e buscar informações num computador, é necessário que saiba instruí-lo na sua linguagem de máquina ou numa linguagem intermediária (uma linguagem de programação) que possa ser facilmente traduzida para o computador. É necessário compreender que tipo de instruções podem ser executadas pelos computadores para que seja possível programá-los, isto é, instruí-los com a sequência de ações necessárias para resolver um determinado problema. Além do fato de o computador necessitar que lhe instruam com ações bem específicas, estas ações devem ser passadas para o computador numa linguagem que ele possa entendê-las, chamada linguagem de máquina. Esta linguagem é composta somente por números, representados de forma binária, que, sob o ponto de vista do computador, representam as operações e os operandos que serão usados no processamento do programa. Para um ser humano, a linguagem de máquina é muito difícil de se compreender. Assim, existe uma linguagem representada por comandos, mas que reproduz as tarefas que serão executadas dentro do computador, a linguagem de montagem (assembly). Entretando, mesmo a linguagem de montagem é difícil de programar e os programas feitos para um determinado processador, por conterem instruções específicas deste, não funcionarão em um processador de outro tipo. (FERRARI E CECHINEL, 2013) 5.2. Linguagens de Programação Para facilitar a tarefa de programar um computador, foram criadas várias linguagens de programação. Estas linguagens são uma maneira de tentar escrever as tarefas que o computador vai realizar de maneira mais parecida com a linguagem natural. Embora ainda seja muitas vezes complexo em comparação com a linguagem natural, um programa escrito em uma linguagem de programação é muito mais fácil de ser implementado, compreendido e modificado.

12 Algoritmos e Programação de Computadores 1 Prof. Eduardo 12 As linguagens de programação são um meio termo entre a linguagem de máquina e a linguagem natural. Deste modo são classificadas de acordo com o nível entre a linguagem natural ou de máquina que ocupam. As linguagens muito parecidas com linguagem de máquina são chamadas de linguagens de baixo nível e suas instruções parecem-se muito com aquelas que serão executadas pelo processador. As linguagens de alto-nível são as que guardam mais semelhanças com a linguagem natural. (FERRARI E CECHINEL, 2013) Exemplo de linguagens de baixo nível é a linguagem de montagem (assembly). Exemplos de linguagens de alto-nível são: Pascal, C, Fortran, Java, Perl, Python, Lisp, PHP, entre outras Tradução do código-fonte Conforme já anotado nas subseções anteriores, quando o programador escreve um algoritmo ele está criando uma solução inicial para o problema proposto pelo usuário. O texto formal é o que se chama de código-fonte, escrito numa linguagem formalizada e dentro dos padrões rígidos de programação (sua sintaxe). Mas, embora esta formalização represente a solução do problema, esse roteiro ainda não pode ser processado pelo computador; é necessário antes traduzi-lo em código de máquina, o único entendido pelo hardware. Essa tradução pode ser de dois tipos: (1) Interpretação e (2) Compilação. (LEITE, 2013) Linguagem de Alto Nível Compilador ou Interpretado r Linguagem de Máquina Na Interpretação é feita a leitura/tradução/execução (nesta ordem) de cada linha do programafonte, oferecendo ao programador a opção de saber imediatamente se determinada instrução é válida ou não. Isto permite a correção do programa em tempo real. Na compilação, após verificação e checagem da sintaxe é gerado um código em linguagem de máquina a partir da tradução integral do programa-fonte, dando como resultado final outro código (código executável) que pode ser executado diretamente pelo sistema operacional. No quadro abaixo, Leite (2013) mostra um esquema de tradução do código-fonte escrito em linguagens de alto e/ou médio nível com Compilador e Interpretador. O primeiro esquema mostra que antes de ser obtido o código-executável o processo de compilação cria um arquivo com um código denominado código-objeto (transparente ao programador nos modernos ambientes de desenvolvimento), e que ainda contém alguns símbolos legíveis que posteriormente são convertidos totalmente em linguagem de máquina. O segundo esquema mostra como age o interpretador, e o terceiro mostra um sistema de compilação em que são criados bytecodes e em seguida estes são interpretados por uma máquina virtual (caso da tradução de um código-fonte escrito em Java). A tabela abaixo mostra as vantagens e desvantagens no uso de cada um desses tipos de tradutores.

13 Algoritmos e Programação de Computadores 1 Prof. Eduardo 13 Existem linguagens somente compiladas (C, Pascal, Clipper, Fortran etc) e somente interpretadas (dbase, Perl, PHP, Python, Foth, Lua, Ruby etc) e algumas com essas duas características juntas num mesmo ambiente, como o Basic e Visual Basic (até a versão 6). Essas últimas produzem melhores resultados, pois na fase de desenvolvimento e depuração o programador pode usar o Interpretador e na fase final de implantação do sistema usar o Compilador para gerar o códigoexecutável, depurador e isento de erros. Entretanto, para muitos programadores essa característica dual não é importante, eles argumentam que isso o trona o profissional meio preguiçoso (!). (LEITE, 2013) 5.4. Introdução à Linguagem C A linguagem C é uma linguagem de terceira geração (3GL), desenvolvida por Dennis Ritchie e Ken Thompson nos laboratórios da AT&T Bell nos EUA por volta do ano de Historicamente o C é oriundo da linguagem B, que por sua vez foi um aprimoramento da linguagem BCPL, empregada com o sistema operacional UNIX. Como uma alternativa mais rigorosa ao Pascal, o C vem desde então numa curva ascendente de seguidores que a consideram a melhor opção para todo tipo de solução em termos de programação pura. Esse sucesso se deve em grande parte à sua flexibilidade, à velocidade de seus compiladores, ao conjunto compacto de palavras-chave, à melhor portabilidade, e a uma extensa gama de tipos de dados. Quanto ao paradigma, o C é uma linguagem imperativa, estruturada e de propósito geral e com recursos quase inesgotáveis. (LEITE, 2013) Estruturação de um programa em C A seguir é fornecido um programa exemplo, contendo algumas das principais funcionalidades da linguagem C. A primeira linha do programa, main(), indica que é a primeira função a ser executada, ou seja, é por onde o programa começa a excução. O abre-chaves, {, na segunda linha, é onde começa o corpo da função. A terceira linha, /* Programa exemplo */, é um comentário e é ignorada pelo computador. Na quarta linha são declaradas as três variáveis que serão utilizadas pelo programa. A quinta linha é uma linha vazia. É ignorada pelo compilador e pode ser utilizada em qualquer lugar dentro de um código em C. Normalmente, utiliza-se para separar partes lógicas de um código. As linhas 7 e 8 recebem dois valores do teclado, através da função scanf(). As próximas 4 linhas calculam o valor da variável c, dependendo da comparação entre a e b, feita pelo bloco if-else. A linha 13 imprime o resultado na tela, através da função printf(). O fecha-chaves, na última linha, encerra a função.

14 Algoritmos e Programação de Computadores 1 Prof. Eduardo CONSTANTES, VARIÁVEIS E TIPOS DE DADOS Variáveis e constantes são os elementos básicos que um programa manipula. Uma variável é um espaço reservado na memória do computador para armazenar um tipo de dado determinado. Variáveis devem receber nomes para poderem ser referenciadas e modificadas quando necessário. Um programa deve conter declarações que especificam de que tipo são as variáveis que ele utilizará e às vezes um valor inicial. Tipos podem ser, por exemplo: inteiros, reais, caracteres, etc. As expressões combinam variáveis e constantes para calcular novos valores Constantes Constante é um determinado valor fixo que não se modifica ao longo do tempo, durante a execução de um programa. Conforme o seu tipo, a constante é classificada como sendo numérica, lógica e literal. Exemplo de constante: Existem diversos tipos de constantes: inteira, ponto flutuante, caractere e cadeia de caracteres. Constantes de caractere são representadas entre apóstrofos ( ) e equivalem ao número pelo qual o caractere é representado na máquina. A maioria das máquinas utiliza a representação ASCII. Para permitir portabilidade, constantes de caractere devem ser utilizadas no lugar de seus equivalentes inteiros. Caracteres especiais são representados com a barra invertida (\) seguida de um determinado caractere. O caractere nulo ( \0 ) é colocado à direita da cadeia, indicando o seu final.

15 Algoritmos e Programação de Computadores 1 Prof. Eduardo Variáveis Um algoritmo, e posteriormente, um programa, recebem dados, que precisam ser armazenados no computador para serem utilizados no processamento. Esse armazenamento é feito na memória. Assim, uma variável representa uma posição de memória. Possui nome e tipo e seu conteúdo pode variar ao longo do tempo, durante a execução de um programa. Embora uma variável possa assumir diferentes valores, ela só pode armazenar um valor a cada instante. A declaração tem a forma: tipo nome-da-variável tipo nome-da-variável1, nome-da-variável2,... onde tipo é o tipo da variável e nomes-das-variáveis são separadas por vírgula. Variável é a representação simbólica dos elementos de certo conjunto. Cada variável corresponde a uma posição de memória, cujo conteúdo pode se alterado ao longo do tempo durante a execução de um programa. Embora uma variável possa assumir diferentes valores, ela só pode armazenar um valor a cada instante. Exemplos de variáveis: Os nomes das variáveis devem começar com uma letra ou o sublinhado ou underline ( A a Z, a a z e _ ). O restante do nome pode ser composto por letras, sublinhado ou números. Também não são permitidos como nomes de variáveis palavras reservadas pela linguagem C. Veja abaixo alguns nomes de variáveis válidos e não-válidos Representação Interna de Dados Para que seja possível armazenar e manipular dados no computador é necessário representá-los internamente de alguma forma: Os humanos: usando o sistema que chamamos de sistema decimal (ou sistema na base 10). Esse sistema, que se originou do fato de utilizarmos os 10 dedos das mãos para realizarmos nossas contas, possui 10 diferentes dígitos para representar as infinitas quantidades e valores que desejamos ( e 9). Os computadores digitais: a notação que é utilizada possui apenas 2 algarismos ou dígitos para representar uma quantidade desejada, o 0 e o 1. Esse sistema de representação é chamado de sistema binário (ou sistema na base 2) e utiliza a noção de ligado/desligado, ou verdadeiro/falso, ou finalmente 0=1 1. Pelo fato de um número precisar de muitos algarismos para ser expresso no sistema binário, outras formas de representação auxiliares também são

16 Algoritmos e Programação de Computadores 1 Prof. Eduardo 16 utilizadas nos computadores, como por exemplo a representação pelo sistema hexadecimal (ou sistema na base 16) que utiliza 16 dígitos ( A B C D E F), e a representação no sistema octal (ou sistema na base 8) que utiliza 8 dígitos ( ). Na Tabela acima são mostradas as quantidades de 0 a 15 representadas nos diferentes sistemas mencionados. A quantidade de algarismos necessária para representar um determinado número varia de acordo com o sistema de representação utilizado. Se o sistema é decimal, o maior número que pode ser representado utilizando N algarismos será 10 N. Por exemplo, se for restringido a números de dois algarismos, no sistema decimal só poderiam ser escritos 100 números, de 0 a 99 (10 2 = 100). Para números de três algarismos, poderiam ser escrito 1000 números, de 0 a 999 (10 3 = 100) e assim por diante. No sistema binário acontece da mesma forma. Se está disponível 4 algarismos, poderiam ser escritos 2 4 = 16 números, de 0 a 15. Se 8 algarismos, 2 8 = 256 números, de 0 a 255 e assim por diante. Note que é por isso que a sequência de números 2 1 ; 2 2 ; 2 3 ; 2 4 ; 2 5 ; 2 6 ; 2 7 ; 2 8 ; 2 9 ; 2 10 ;... = 2; 4; 8; 16; 32; 64; 128; 256; 512; 1024;... aparece com tanta frequência na informática. Um único algarismo binário é chamado bit, uma sequência de 8 bits é um byte e uma sequência de 16 bits é uma palavra. A lógica utilizada para realizar a conversão de números entre diferentes bases é similar a lógica que usamos para representar um número no sistema decimal, ou seja, os algarismos irão representar diferentes quantidades dependendo da sua posição no número em questão. Por exemplo, no número 25, o algarismo 5 representa a quantidade 5, já no número 58, o algarismo 5 representa a quantidade 50, pois 58 = 5* *10 0, sendo que os expoentes de 10 expressam a ordem que o algarismo ocupa no número. Veja esse outro exemplo, 2679 d = 2* * * *10 0 Em um sistema de representação binário acontece da mesma maneira. Por exemplo, b = 1* * * * * *2 0 = = 38 d 6.4. Tipos de Dados (Tipos Primitivos de Dados) Definem os tipos de informações a serem processadas. Os tipos de dados mais utilizados são: numéricos e literais ou caracteres. Numéricos: inteiros e reais Inteiros podem ser positivos ou negativos e não possuem parte fracionária. Exemplo: 15 irmãos, -2 graus. Real - podem ser positivos ou negativos e possuem parte fracionária. Exemplo: 1.73 de altura, 3.5 litros. Não numéricos: Literal ou Caractere São dados formados por um único caractere ou por uma cadeia de caracteres. Esses caracteres podem ser as letras e os números (não podem ser usados para cálculos). Isto é, são os valores pertencentes ao conjunto de todos os caracteres numéricos (0...9), alfabéticos (a...z, A...Z) e especiais # $ % ^ & *). Esse conjunto também é conhecido como conjunto de caracteres alfanuméricos. Os caracteres alfanuméricos são armazenados internamente no computador na forma numérica (binária) utilizando o padrão ASCII.

17 Algoritmos e Programação de Computadores 1 Prof. Eduardo 17 Exemplo: aluno, Booleano (lógico) True ou False; A linguagem C possui 5 tipos básicos: char, int, float, double e void. Veja abaixo algumas propriedades de cada tipo: O tamanho do tipo inteiro varia com o compilador utilizado. Este tipo possui ainda três variações, veja: 6.5. Operadores Aritméticos Os operadores aritméticos são os utilizados para obter resultados numéricos. São os seguintes: adição, subtração, multiplicação e divisão. No caso de divisão de números inteiros, o resultado é truncado. O operador % fornece o resto da divisão e só funciona como operador entre tipos inteiros. Ainda temos os operadores relacionais e lógicos a serem apresentados no próximo material. PRIORIDADE - Se dá de baixo para cima nos operadores da tabela abaixo. Define a precedência de execução. Numa expressão com várias operações qual será executada primeiro? Exemplo: x + = y++; Qual operação será executada primeiro? += ou ++? A operação y++ será executada primeiro pois o operador ++ tem maior prioridade.

18 Algoritmos e Programação de Computadores 1 Prof. Eduardo 18 ASSOCIATIVIDADE - Define o sentido da execução. Entre duas operações com a mesma prioridade qual será executada primeiro? Exemplo: x = y = 10; Qual operação será executada primeiro? x = y ou y = 10? A prioridade é a mesma, mas como a associatividade do operador = é da direita para a esquerda, será executada primeiro y = 10. A maneira de alterar a ordem de execução das operações numa expressão aritmética é através de parênteses, sendo que eles são executados antes de tudo, a partir dos mais internos para os mais externos. Veja um exemplo de uma expressão que contém apenas variáveis (cujos valores ainda não foram informados): A expressão será executada na seguinte ordem: 1. (x + y); 2. (z w) 3. 2 * y 4. adição do resultado de 2 com o resultado de divisão do resultado de 1 com o resultado de ESTRUTURA SEQUENCIAL Veja uma estrutura simples como exemplo: ALGORITMO: EM C: algoritmo nome_do_algoritmo declaração de variáveis variáveis inicio bloco de comandos; fim_algoritmo #include<cabeçalho de biblioteca> main() { variáveis bloco de comandos; } 7.1. Comando de atribuição O comando (ou operador) de atribuição é utilizado para conceder valores ou operações a variáveis. O comando é representado pelo símbolo (no algoritmo) ou = (em C). Este comando copia o valor do lado direito para a variável, ou endereço, do lado esquerdo. Além disso, o comando também retorna este valor. Isso significa que, ao fazer x y (ou em C, x = y), por exemplo, o valor da variável y será copiado na variável x, sendo este valor o resultado da operação. Em outras palavras, se for feito x y 0, será processada inicialmente a operação y 0, atribuindo 0 à variável y. Esta expressão fornece o resultado 0, que é atribuído à variável x. No final do processamento, ambas as variáveis terão o valor 0. Abaixo são mostrados alguns exemplos utilizando o comando em C ( = ).

19 Algoritmos e Programação de Computadores 1 Prof. Eduardo Comando de Entrada O comando de entrada é utilizado para receber dados digitados pelo usuário, que serão armazenados em variáveis. Esse comando é representado pela palavra leia. (Ascencio e Campos, 2007) Ao utilizar o comando leia o programador deve saber de antemão qual a variável que irá armazenar o valor que será fornecido pelo usuário. Sendo assim, é necessário declarar variáveis que possam armazenar valores que sejam compatíveis com as informações solicitadas ao usuário. Exemplo: leia(x); //Um valor digitado pelo usuário será armazenado na variável x. A função scanf() é uma das funções de entrada e saída que podem ser usadas em C. Lê do teclado dados e coloca os valores fornecidos pelo usuário nas variáveis. Exemplo: scanf( %d, &x); //variável x do tipo inteiro Comando de saída O comando de saída é utilizado para mostrar dados na tela. Esse comando é representado pela palavra escreva, e os dados podem ser conteúdos de variáveis ou mensagens. (Ascencio e Campos, 2007) Exemplo: escreva(x); Mostra o valor armazenado na variável x. escreva( Conteúdo de Y:,y); Mostra a mensagem Conteúdo de Y: e em seguida o valor armazenado na variável y. Na linguagem C pode ser utilizada a função printf, que é uma das funções de entrada e saída. Ela não faz parte da definição da linguagem C, sendo incluída na biblioteca (stdio.h) fornecida juntamente com os compiladores. A função printf pode utilizar códigos identificados em argumentos, veja:

20 Algoritmos e Programação de Computadores 1 Prof. Eduardo 20 Exemplo: os valores de x e y. Bibliografia: ASCENCIO, Ana F. Gomes. CAMPOS, Edilene A.V. Campos. Fundamentos da Programação de Computadores: Algoritmos, Pascal, C/C++ e Java. São Paulo: Pearson Prentice Hall, CORMEN, T.; LEISERSON, C.; RIVEST, R. Algoritmos: Teoria e Prática. Rio de Janeiro: Elsevier, FARRER, H. et al. Algoritmos Estruturados. Rio de Janeiro: Guanabara, FERRARI, F. e CECHINEL, C. Introdução a Algoritmos e Programação. Disponível em: < Acesso em: set JAMSA, K.; KLANDER, L. Programando em C/C++ - A Bíblia. São Paulo: Makron Books, LEITE, Mário. Curso Básico de C: Prático e Fácil. Rio de Janeiro: Editora Ciência Moderna Ltda., MANZANO. J. A. N. G. Estudo dirigido de algoritmos. São Paulo: Érica, SALVETTI, D. D. Algoritmos. São Paulo: Makron Books, 1998.