Universidade Federal Rural de Pernambuco

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2 Universidade Federal Rural de Pernambuco Reitor: Prof. Valmar Corrêa de Andrade Vice-Reitor: Prof. Reginaldo Barros Pró-Reitor de Administração: Prof. Francisco Fernando Ramos Carvalho Pró-Reitor de Extensão: Prof. Paulo Donizeti Siepierski Pró-Reitor de Pesquisa e Pós-Graduação: Prof. Fernando José Freire Pró-Reitor de Planejamento: Prof. Rinaldo Luiz Caraciolo Ferreira Pró-Reitora de Ensino de Graduação: Profª. Maria José de Sena Coordenação de Ensino a Distância: Profª Marizete Silva Santos Coordenação Acadêmica: Coordenação Conteúdo: Coordenação de Ambiente Virtual: Coordenação Pedagógica: Coordenação de Infra-Estrutura e Pólos: Produção Gráfica e Editorial Capa e Editoração: Allyson Vila Nova, Rafael Lira e Ana Carolina Lobo Revisão Ortográfica: Ilustrações: Coordenação de Produção: Marizete Silva Santos

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4 Sumário Carta aberta aos alunos... 5 Capítulo 1 - Conceitos Básicos sobre Lógica de Programação e Algoritmos 7 Objetivos do Capítulo Conteúdo Programático do Capítulo Unidade 1 Introdução a Algoritmos e à Lógica de Programação... 9 Fases Básicas da Construção de Algoritmos Representação de Algoritmos Conceitos Básicos sobre Linguagens... 20

5 Carta aberta aos alunos Para a maior parte dos alunos que ingressa em algum curso de informática, em qualquer nível (ensino técnico ou superior), uma grande curiosidade ou desejo é aprender a programar um computador. Fazer o computador fazer o que se quer. Daí vem uma grande questão: qual o caminho a percorrer para atingir esse objetivo? Até porque essa não é uma tarefa fácil para a maior parte das pessoas. É aí que esta disciplina de Introdução à Programação entra, porque antes de começar a programar, você precisa desenvolver a sua lógica de programação, precisa saber construir um algoritmo. Mas o que danado é um algoritmo? Um algoritmo é um conjunto de passos bem definidos para chegar à resolução de um problema, algo como uma receita, um passo a passo. Como todo programa de computador objetiva resolver um problema, sempre você vai precisar construir um algoritmo para iniciar a programação. Algumas pessoas consideram uma perda de tempo aprender algoritmos e querem logo passar para uma linguagem de programação diretamente. Porém, aprender algoritmo não é uma perda de tempo antes da programação, mas a programação é que pode se tornar uma perda de tempo quando não se parou para raciocinar sobre qual algoritmo deve ser aplicado. Pense assim: não se pode construir uma casa, sem os seus alicerces. Ou até você poderia, mas a casa não ficaria de pé muito tempo. E aí, você gostaria de construir uma casa que pode vir a cair? Além disso, de uma forma ou de outra, o algoritmo sempre vai existir, mesmo que você diga que não o escreveu, ele existe! Mesmo que apenas no seu pensamento! Isso porque, para programar, você sempre vai precisar organizar as idéias, a fim de definir os passos que resolverão o problema e vai precisar estabelecer a ordem que esses passos deverão ser executados. E isso, amigo, construir um algoritmo será uma das primeiras coisas que você vai aprender nesta disciplina! Depois, já sabendo definir passos, receitas para resolução de problemas, essa receita, esses passos, serão convertidos para uma linguagem de programação que o computador entenda. E aí sim, você vai começar verdadeiramente a programar! Porém, amigos, não vou iludi-los, não é um caminho fácil e haverá momentos que você sentirá vontade de desistir, momentos que parecerá que nada tem lógica! Mas, não desista! Você verá que a prática, as tentativas e erros vão lhe ajudar a amadurecer e alguns algoritmos que pareciam um GRANDE desafio, em algum tempo, vão se tornando mais fáceis. Basta ter perseverança, exercitar bastante e colocar a cuca pra funcionar!

6 Lembre-se! Essa disciplina é a base para muita coisa que vem pela frente no curso. E é o grande diferencial entre quem sempre vai apenas usar o computador e quem vai fazer o computador fazer exatamente o que se quer que ele faça! E aí, vamos programar? Sandra de Albuquerque Siebra

7 Capítulo 1 - Conceitos Básicos sobre Lógica de Programação e Algoritmos Carga horária do capítulo: 30 horas Objetivos do Capítulo 1 Apresentar os conceitos básicos sobre algoritmos e lógica de programação. Apresentar formas distintas para representação do raciocínio da lógica algorítmica Apresentar os tipos de problema algorítmicos Apresentar componentes básicos de um programa em linguagem algorítmica (pseudocódigo). Desenvolver a lógica de programação fazendo uso, de forma ainda básica, de elementos, variáveis, operadores, expressões, estruturas seqüenciais, estruturas condicionais e estruturas de repetição. Conteúdo Programático do Capítulo 1 Unidade 1 Introdução a Algoritmos e Linguagens (10 horas) Noções de Lógica de Programação e Algoritmos Fases Básicas da Construção de Algoritmos. Representação de Algoritmos: fluxogramas, português estruturado e linguagem algorítmica (pseudocódigo) Conceitos Básicos de Lógica de Programação e Linguagens de Programação 7

8 Unidade 2 Linguagem Algorítmica (20 horas) Identificadores Constantes, Variáveis e Tipos de Dados Operadores e Expressões (aritméticos, relacionais e lógicos) Instruções Primitivas (entrada e saída) Sintaxe e Semântica Estrutura seqüencial (início/fim) Estruturas de Decisão (simples, composta e múltipla) Estruturas de Repetição (condicional e com contador) Dicas para escrever bons algoritmos Cada unidade conterá exercícios para fixação do assunto apresentado, assim como indicações de leituras adicionais. A Unidade 1 exigirá 10 horas de sua dedicação e a Unidade 2, o dobro de dedicação (20 horas). 8

9 Unidade 1 Introdução a Algoritmos e à Lógica de Programação A programação é a arte de fazer com que o computador faça exatamente o que desejamos que ele faça. Dessa forma, programar é criar uma rotina para que, seguindo uma lógica passo-a-passo, possamos alcançar a resolução de um problema computacional. A esse passo a passo para resolução do problema, chamamos de algoritmo. A palavra ALGORITMO pode parecer estranha, mas fazemos uso de algoritmos constantemente na nossa vida cotidiana, nas mais diversas situações (ex: para acordar, para dirigir, para fazer a barba, para cozinhar, etc). Vamos exemplificar melhor. Olhando para o quadro I, seria ele um algoritmo? Quadro 1 - Seria este um algoritmo? Para resolver um problema qualquer é necessário que seja, primeiramente, encontrada uma maneira de descrever este problema de uma forma clara e precisa. Depois, é preciso que encontremos uma seqüência de passos que permitam que o problema possa ser resolvido. Justamente a essa seqüência de passos chamamos algoritmo. Logo, como o quadro I descreve os passos para resolver o problema de trocar um pneu furado, ele é um algoritmo. Outro exemplo clássico de um algoritmo é uma receita de bolo. Se você 9

10 seguir a receita direitinho, ao final, você vai ter um bolo pronto. Logo, escrever um algoritmo nada mais é do que criar uma receita para resolver um problema qualquer (e no nosso caso, essa receita vai ser executada pelo computador). Você poderia me perguntar: qualquer um pode aprender a construir um algoritmo? E prontamente eu responderia: Claro que pode! Apesar de alguns acharem que um programador nasce com o dom de programar, não é bem assim. Ser um bom programador, pegar os macetes da lógica de programação, conseguir construir o algoritmo que vai dar origem ao programa é algo que pode ser aprendido e desenvolvido por qualquer um que decida abraçar esse estudo com perseverança e interesse. Ah, também é necessário praticar. Sem praticar, nunca vai ser fácil construir um algoritmo. Outro fator é possuir o desejo de programar computadores, é realmente querer programar. Caso contrário, será sempre uma perda de tempo. Fazer o que não se gosta, simplesmente por fazer, é perda de tempo. Para aprender a construir um algoritmo, uma coisa que atrapalha, é que há poucas publicações especializadas que tratam do assunto de maneira clara e em um nível que os simples mortais possam entender e estudar. Além disso, muitas vezes são adotados livros sobre determinada linguagem de programação como livros-texto para aprender a programar. Porém, esses livros, nessa fase inicial, não são muito úteis, virão a ser depois. Porque, uma vez que você aprenda a construir um algoritmo, você vai passar esse algoritmo para alguma linguagem de programação qualquer com facilidade (tal como C ou Pascal) e aí, sim, o algoritmo vai ser executado pelo computador e você estará começando a programar! Logo, sabendo construir um algoritmo, você poderá, futuramente, programar em qualquer linguagem, com poucas adaptações. Bom, vamos agora dar uma definição forma. Podemos dizer que: Algoritmo é um conjunto finito de regras que provê uma seqüência de operações para resolver um tipo de problema específico, em um tempo determinado (KNUTH, 1997). A partir dessa definição, quais características podemos dizer que um algoritmo tem? Bem, um algoritmo apresenta características próprias que o distinguem de um simples conjunto de ações, são elas: Um algoritmo sempre termina, ele deve ter um fim. Na verdade, cada ação do algoritmo, cada passo, deve ser simples o bastante de forma a ser executada em um intervalo 10

11 de tempo finito. As instruções do algoritmo devem estar em uma seqüência lógica, ou seja, deve existir uma ordem de execução dos passos da seqüência. Cada ação é descrita precisamente e sem ambigüidades, ou seja, o algoritmo não pode dar margem à dupla interpretação. Um algoritmo sempre produz um ou mais resultados (saídas), podendo não exigir dados de entrada. Parsons (1995) acrescenta a estas características a obrigatoriedade de um algoritmo sempre solucionar um determinado problema, justamente, para que tenha uma utilidade. Um ponto importante a destacar é que um algoritmo é uma solução e não a solução de um problema. Isso porque um problema pode ser resolvido de diversas maneiras, logo, pode ser resolvido usando diversos algoritmos diferentes. Por exemplo, um algoritmo para trocar uma lâmpada queimada, pode variar. Para trocar a lâmpada um sujeito A pode dizer que precisa subir em uma cadeira para alcançar a lâmpada; outro sujeito B pode descrever o mesmo algoritmo, mas agora subindo em uma escada e ainda, um sujeito C pode ser alto o suficiente para no algoritmo dele não precisar nem de cadeira, nem de escada para trocar a lâmpada. Porém, o problema a resolver (trocar a lâmpada) é o mesmo e qualquer um dos algoritmos resolverá esse problema. Figura 1 11

12 E tudo pode virar um algoritmo? Podemos construir um algoritmo para qualquer coisa? Qualquer tarefa que siga um padrão poderá ser representada por um algoritmo. Por exemplo, qual o próximo número da seqüência numérica: 2, 4, 6, 8,? Obviamente, estamos apresentando os números pares. Logo, o valor seguinte é o número anterior acrescentado de duas unidades, sendo próximo valor da seqüência o número 10. E agora, a seqüência ? Qual o próximo número? Se olhar bem, com exceção dos dois primeiros números que são o início da seqüência, todos os outros são a soma do último número escrito e de seu antecessor. Assim sendo, o próximo número da seqüência é 21 (ou seja, o último número 13 + o seu antecessor 8). Como há um padrão, seria fácil construir um algoritmo para essas tarefas. Porém, se considerarmos a seqüência 0,1,4,9,17,25,, qual seria o próximo número? Complicado? Como não conseguimos definir uma lógica para o cálculo do próximo número, nós não conseguiríamos construir um algoritmo para essa tarefa, pois não se teria uma fórmula para calcular quem vem a seguir. Dessa forma, para podermos construir um algoritmo para um problema, esse problema tem de ter uma lógica. Senão, não será possível solucionálo de forma a ser executado por um computador. Vale lembrar que, algumas vezes, pode ser complicado achar a lógica do problema a primeira vista, mas quanto mais você praticar, mais fácil será encontrála. Fases Básicas da Construção de Algoritmos Sim, e agora, como fazemos para começar o algoritmo? Para montar um algoritmo, precisamos primeiro dividir o problema apresentado em três fases fundamentais: Entrada, Processamento E Saída. Essa definição vai ajudar você a encontrar a resolução do problema. Entrada: São os dados de entrada do algoritmo, os valores que ele vai usar no processamento para chegar à solução do problema. Esses dados de entrada, geralmente, são fornecidos pelo usuário, fazendo uso de algum dispositivo de entrada de dados, tal como, um teclado, um mouse ou um leitor de código de barras (vide Figura a seguir). 12

13 Figura 2 - Dispositivos para Entrada de Dados Processamento: São os procedimentos utilizados para chegar ao resultado final, para alcançar a resolução do problema. Esses procedimentos são executados no processador do computador e os valores parciais são armazenados na memória (memória RAM). Saída: São os dados já processados. É o resultado do processamento. Estes dados de saída são apresentados em algum dispositivo de saída. Por exemplo, a tela de um monitor (vide Figura aseguir). Figura 3 - Dispositivo de Saída de Dados Sendo assim, se formos pensar, veremos que muitas coisas que fazemos são um algoritmo e possuem essas três fases. Por exemplo, quando eu falo com alguém, eu espero o que a pessoa vai me dizer (entrada), então penso (processamento) e dou uma resposta para a pessoa (saída). Sempre ficará mais fácil começar a organizar a seqüência lógica do algoritmo, se você identificar no problema essas três fases: 13

14 Figura 4 Por isso, antes de construir um algoritmo, pare para pensar e identificar: Quais dados são necessários para começar o algoritmo? Que dados ele vai precisar para executar? ENTRADA Quais são os cálculos que precisam ser feitos e quais decisões precisam ser tomadas? PROCESSAMENTO Quais dados devem ser exibidos para o usuário? SAÍDA Para ilustrar, suponha um algoritmo para calcular a média aritmética de dois números. Quais seriam as fases desse algoritmo? Entrada: os dois números (afinal, para calcular a média, você precisa ter os dois valores) Processamento: o cálculo da média (que seria somar os dois números e dividir por dois) Saída: a média (que era o objetivo do problema) Representação de Algoritmos Agora que já identificamos as etapas do problema, como representar isso em um algoritmo? Um algoritmo pode ser representado de três formas: Descrição Narrativa, Fluxograma e Linguagem Algorítmica, também chamada de Pseudocódigo. A seguir, vamos descrever 14

15 melhor cada uma dessas representações. Descrição Narrativa Faz uso do português normal, sem tirar, nem por, com o objetivo de descrever os passos principais da solução para um problema. Uma receita de bolo, por exemplo, é uma descrição narrativa. Outros exemplos são tomar banho (ver Quadro 2) e calcular a média de um aluno (ver Quadro 3). Figura 5 Quadro 2 - Algoritmo para tomar banho (Descrição Narrativa) 15

16 Quadro 3 - Algoritmo para Calcular a Média de um Aluno (Descrição Narrativa) Qual a vantagem? Todos falamos e conhecemos o português e sabemos, bem ou mal, fazer uma descrição, uma lista de atividades. E as desvantagens? Bem, primeiro, não há um padrão. Cada pessoa pode escrever como quiser (em tópicos, sem tópicos, usando verbos no infinitivo ou não, etc). Outra desvantagem é a imprecisão, uma vez que a especificação pode não ficar clara ou ficar ambígua, ou seja, cada um pode interpretar de uma forma. Por exemplo, em algumas receitas de bolo você pode encontrar a frase leve ao forno até assar. Algumas pessoas poderiam saber exatamente quando o bolo está assado, outras pessoas não. Levando a pergunta e aí, quando o bolo estará assado? Por último, há o perigo de se escrever muito para dizer pouca coisa ou da pessoa não saber se expressar bem e ser confusa na escrita. Fluxograma Tentando eliminar a ambigüidade e procurando fazer uso de uma ferramenta já usada na área de administração (o fluxograma), passouse a fazer uso de símbolos gráficos padronizados para representar algoritmos. Nessa representação formas geométricas diferentes implicam em ações, instruções ou comandos distintos. Isso pode ajudar no entendimento do algoritmo e a eliminar a ambigüidade. Esta forma é intermediária à descrição narrativa e ao pseudocódigo (subitem seguinte), pois é mais precisa do que a primeira, porém, não se preocupa com detalhes de implementação do programa, como o tipo das variáveis usadas. 16

17 Os principais símbolos do fluxograma são apresentados na Figura 6, ao lado de cada símbolo está a sua utilização. Além desses símbolos, as setas que os unem, indicarão a direção do fluxo de execução do algoritmo. E dentro de cada símbolo, deve ser escrito o que ocorrerá naquela fase. Figura 6 - Simbologia do Fluxograma Vamos ilustrar o uso para que você possa entender melhor. Suponha um algoritmo para calcular a média de um aluno e apresentar ela para o usuário. Como ele ficaria representado usando fluxograma? Começamos o fluxograma usando o símbolo de início. Depois, dentro do símbolo para entrada de dados, colocamos as duas notas do aluno que foram chamadas de N1 e N2 No símbolo de processamento ficou o cálculo da média do aluno. Dessa forma Média recebe (uso do símbolo para indicar a atribuição de um valor) o valor de N1 somado com N2 e dividido por 2. Depois que a média é calculada, usamos o símbolo de saíd a de dados para dizer o que queremos que seja apresentado ao usuário Finalmente, o símbolo de Fim é usado para indicar que o fluxograma acabou. Figura 7 - Fluxograma para Calcular a Média de um aluno E, agora, se fosse o mesmo algoritmo descrito no Quadro 3 (Calcular a Média de um Aluno), onde se precisa checar se o aluno foi aprovado ou não?. Como ficaria? 17

18 Figura 8 - Fluxograma mais completo para calcular a média de um aluno Se prestar atenção toda a primeira parte do algoritmo é igual ao fluxograma anterior. Porém, a partir desse ponto, precisamos usar o símbolo de decisão. O texto que é colocado dentro desse símbolo, é o que você quer questionar. No caso A média é maior ou igual a 6,0? (expresso como Média >= 6,0 ). A partir daí, se a resposta a pergunta for verdadeira (V), no símbolo de saída de dados vemos a palavra aprovado. Senão, se a resposta a pergunta for falso (F), dentro do símbolo de saída de dados colocamos a palavra reprovado. Em qualquer um dos casos, depois de mostrar na tela a mensagem apropriada, o fluxograma termina, indicando que o algoritmo termina aí. Para isso, usamos o símbolo de Fim. Qual a vantagem do fluxograma? Ele é uma ferramenta conhecida em outras áreas fora a informática. Além disso, as figuras dizem muito mais que palavras, podem facilitar o entendimento do que deve ser feito no algoritmo. Adicionalmente, o fluxograma tem um padrão mundial de símbolos bem definidos, logo, poderá ser compreendido em qualquer lugar. E as desvantagens? Apesar de mais claro para ler, evitando a ambigüidade, o fluxograma dá pouca atenção aos dados, não oferecendo recursos para descrevêlos ou representá-los. Isso vai fazer diferença na hora de implementar mesmo o algoritmo em uma linguagem de programação. Porque quando estiver programando, você vai precisar definir o tipo (número inteiro, número com ponto flutuante, caracter, etc) de cada variável. 18

19 Além disso, o fluxograma pode se tornar complicado de ler e entender, à medida que cresce muito (por exemplo, as linhas podem começar a se cruzar). Linguagem Algorítmica ou Pseudocódigo Essa linguagem surgiu para tentar suprir as deficiências das outras representações. Consiste na definição de uma pseudolinguagem de programação, cujos comandos são em português, mas já lembram um pouco a estrutura de uma linguagem de programação estruturada, ou seja, a pseudolinguagem se assemelha muito ao modo como os programas são escritos. Isso vai permitir que os algoritmos nela representados possam ser traduzidos, quase que diretamente, para uma linguagem de programação. Como essa é a forma de representação mais utilizada, nós vamos explicá-la, em detalhes, na Unidade 2 (tenha só um pouquinho de paciência!). Por isso, agora, só para ilustrar, vamos apresentar o mesmo algoritmo de calcular a média de um aluno (do Quadro 3) usando a linguagem algorítmica. algoritmo calcularmedia var N1, N2, Media : real inicio leia(n1, N2) Media <- (N1 + N2)/2 se media>=6 entao escreva( aprovado ) senao escreva( reprovado ) fimse fimalgoritmo As palavras em negrito são palavras reservadas da linguagem algorítmica. 19

20 Quais as vantagens da linguagem algorítmica? Apesar de lembrar uma linguagem de programação, ela usa o português como base, e isso pode facilitar para quem está aprendendo. Ela é a forma de representação mais poderosa de todas porque nela é possível definir, com riqueza de informações, quais os dados que serão utilizados, o tipo dos mesmos e até se eles serão agrupados (estruturados) de alguma forma (para formar conjuntos). Além disso, a passagem do algoritmo em linguagem algorítmica para uma linguagem de programação qualquer é quase imediata. E, já existem ferramentas para executar um programa escrito em linguagem algorítmica (não se preocupe, vamos usar uma!) Quais as desvantagens? Ter de fazer uso de uma linguagem que não é real para trabalho (porque ela é uma pseudo linguagem). Outro ponto é que a linguagem algorítmica não é padronizada (podem existir várias versões da mesma). Conceitos Básicos sobre Linguagens Essa unidade se chama Introdução a Algoritmos e à Lógica de Programação. Até agora, só falamos de algoritmos, onde entra a lógica de programação? Bem, antes de definir lógica de programação, vamos definir o que é lógica. Lógica é a ciência que estuda as leis do raciocínio; é a correção/validação do pensamento; é o encadeamento, ordenação de idéias; É a arte de bem pensar. Por exemplo, usando a lógica, temos que se Rosa é mãe de Ana; Paula é filha de Rosa e Júlia é filha de Ana. Então, a partir do que foi dito, podemos dizer que Júlia é neta de Rosa e sobrinha de Paula. Outro exemplo, se o guarda-roupa está fechado e a camisa que quero está no guarda-roupa, então, preciso primeiro abrir o guarda-roupa para poder pegar a camisa. Entendeu como funciona a lógica? Ao nos depararmos com um problema, usamos o conhecimento que já temos para tentar deduzir, produzir uma nova informação. E agora, a lógica de programação, o que é? 20

21 Lógica de Programação é o encadeamento lógico de instruções para o desenvolvimento de programas. Pela definição acima, podemos dizer que lógica de programação é o que você utiliza para analisar um problema, definir passos para resolvê-lo e implementá-lo em uma linguagem de programação. Ou seja, é o raciocínio usado para criar um algoritmo para resolver um determinado problema e depois transformar esse algoritmo em um programa. E o que é um programa? Programa é a implementação das instruções de um algoritmo em uma linguagem de programação. Uma instrução representa um passo do algoritmo. É uma ação elementar que deve ser executada. Ou seja, uma ação que não pode ser subdividida. Por exemplo, trocar a lâmpada não é uma instrução, pois é uma ação que pode ser subdividida em várias outras (desligar o interruptor da luz, subir na cadeira, girar a lâmpada queimada até solta-la do bocal, colocar a lâmpada nova no bocal, etc). Já desligar o interruptor da luz é uma ação elementar, logo, ela é uma instrução do algoritmo para trocar uma lâmpada. E a linguagem de programação, o que é? Ela é o conjunto finito de palavras, comandos e instruções escritos com o objetivo de orientar a realização de uma tarefa pelo computador. Em computação, uma linguagem de programação é a ferramenta de comunicação entre o programador que visa resolver um problema e o computador que irá ajudá-lo a resolver este problema. Alguns exemplos de linguagem de programação são C, Pascal, Java, C#, PHP e Phyton. Cada uma dessas linguagens tem suas características, palavras reservadas, comandos, regras e convenções para conversar com o computador. Porém, há um problema aí. Como os computadores vão entender o que é escrito em uma linguagem de programação (que é uma linguagem de alto nível), se eles só entendem linguagem de máquina (que é uma linguagem de baixo nível)? Epa, peraí... para poder responder a essa pergunta, vamos primeiro esclarecer alguns dos termos usados acima. Logicamente, a linguagem que nós utilizamos em nosso cotidiano é diferente da linguagem utilizada pelo computador. O computador 21

22 trabalha somente com códigos numéricos, baseados nos números 0 e 1 (sistema binário), que representam impulsos elétricos, ausente (zero) e presente (um). Assim, qualquer linguagem de programação deve estar situada entre dois extremos: o da linguagem natural do homem (muito clara, porém lenta e ambígua) e o da linguagem de máquina (muito rápida, porém complexa para ser utilizada por gente normal ). Este é o conceito de nível de linguagem: linguagem de alto nível são aquelas mais próximas da linguagem humana (dá pra entender o que está escrito); linguagem de baixo nível são aquelas mais semelhantes à linguagem de máquina. Para deixar mais claro, vamos detalhar um pouco mais o que é essa tal de linguagem de máquina. Figura 9 Todas as instruções que o computador precisa executar ficam codificadas na sua memória (memória RAM), em uma linguagem própria que é a linguagem de máquina (a única que ele entende). A linguagem de máquina só apresenta ZEROS e UNS. Um exemplo de instrução seria O resultado da execução dessa instrução variaria de acordo com o tipo de computador utilizado: um Macintosh fará uma coisa, um computador da linha PC fará outra, etc. Pois cada computador tem seu conjunto único de instruções, definido pelo fabricante do chip. Cada instrução identifica uma alteração e/ou consulta do valor de uma posição da memória do computador. Como a linguagem de máquina é bem complicada e muda de computador para computador, construir um programa diretamente nessa linguagem pode ser muito difícil, tedioso e demorado. Dessa forma, os programas são escritos em linguagens de alto nível (como C ou Java, por exemplo) e são convertidos (traduzidos) para a linguagem de máquina específica, para que possam ser executados pelo computador. Por exemplo, vamos supor uma soma de dois valores, tendo que o val2 vai receber a soma dele mesmo com o val1. Essa instrução seria facilmente escrita em uma linguagem de 22

23 alto nível (val2 <- val1 + val2), porém, em linguagem de máquina, ela daria origem a bem mais instruções (vide Figura 7). Por isso, seria necessário usar um tradutor para converter a linguagem de alto nível em linguagem de máquina (mais fácil, né?). Vale ressaltar que um programa em linguagem de alto nível que foi traduzido para executar em determinado computador, precisa ser traduzido novamente (e muitas vezes reescrito), para que possa ser executado em outro computador que não tenha o mesmo conjunto de instruções. E como é feita essa tradução? A tradução é feita usando um tradutor (simples, não?). Agora, explicando melhor... tradutor, no contexto de linguagens de programação, é um programa que recebe como entrada um programa em linguagem de alto nível (chamado programa-fonte) e produz como saída as instruções deste programa traduzidas para linguagem de máquina (chamado programaobjeto). Existem basicamente três tipos de tradutores: Compilador, Interpretador e Montador. Porém, no contexto desta disciplina apenas vamos trabalhar com os dois primeiros tipos e, por isso, apenas eles serão explicados a seguir. Figura 10 - Exemplo de Tradução Compilador: traduz de uma vez só todo o programa escrito em linguagem de alto nível (código-fonte) para um programa equivalente escrito em linguagem de máquina (código-objeto). Interpretador: traduz (sem gerar código-objeto) e em seguida executa, uma a uma, as instruções de um programa em linguagem de alto nível (código-fonte) Vamos tentar ilustrar isso... vamos supor que existe um programa escrito em uma linguagem de alto nível e que essa linguagem seja a língua inglesa. Suponha, também, que o computador é você e você só entende o velho e bom português (a sua linguagem de máquina, linguagem nativa). Nesse caso, você irá precisar de um tradutor. Você 23

24 poderia usar, então, um tradutor do tipo compilador ou um tradutor do tipo interpretador. O tradutor do tipo Compilador iria pegar todo o programa escrito em inglês (linguagem de alto nível) e iria traduzir ele para um outro programa em português (linguagem de máquina), para que você pudesse pegar esse programa traduzido e executar (no caso, ler), vide Figura 8. Figura 11 - Funcionamento do Compilador Já o tradutor do tipo Interpretador, iria pegar, uma a uma, as palavras do programa escrito em inglês (linguagem de alto nível) e iria traduzir cada palavra (instrução) para o português (linguagem de máquina). E cada palavra traduzida seria imediatamente lida (executada) pelo computador, sem gerar nenhum outro arquivo (código-objeto), vide Figura 10. Figura 12 - Funcionamento do Interpretador Algumas informações adicionais sobre compiladores e interpretadores são: O código objeto (programa traduzido para a linguagem de máquina) que é produzido por um compilador pode ser executado várias vezes sem a necessidade de re-compilação. Você só precisa re-compilar se o código fonte for alterado. Todo programa interpretado deve re-executar todo o processo de interpretação independentemente de ter havido ou não modificações no seu código fonte. Isso se dá porque nenhum código-objeto é gerado. 24

25 Por não exigirem mais nenhum processo de conversão para linguagem de máquina, um programa que já tenha sido compilado uma vez tende a ser executado mais rapidamente que um programa que precise ser interpretado (que sempre terá que executar o processo de interpretação completo). Aprenda praticando Para que possamos começar a desenvolver algoritmos na próxima unidade, é importante que você já consiga especificar as fases de um problema e encaixar essas fases em uma representação de algoritmo das que a gente detalhou até agora (descrição narrativa ou fluxograma). Dessa forma, vamos dar um exemplo, para que depois você possa fazer os exercícios, ok? Vamos analisar o seguinte problema: Ler um valor de temperatura em Fahrenheit e calcular o seu valor correspondente em Celsius e, depois, apresentar esse valor ao usuário. Um problema de física! Bem, como você pode não estar lembrado da fórmula, vou lhe adiantar: TC = 5/9 * (TF 32) onde TC = Temperatura em graus Celsius e TF = Temperatura em graus Fahrenheit Sabendo disso, quais seriam as fases do problema (entrada, processamento e saída) e como ficaria a representação desse algoritmo em descrição narrativa e usando fluxograma? Se lermos o problema, vamos ver que a primeira coisa que precisamos é ler um valor de temperatura em Fahrenheit. Então ENTRADA = Valor em Fahrenheit. Depois, precisamos usar a fórmula indicada para calcular o valor em Celsius. Logo, o PROCESSAMENTO é o cálculo do valor em Celsius. Por fim, o valor calculado em Celsius deverá ser impresso. Dessa forma, a SAIDA é o valor em Celsius. A partir daqui, usando a simbologia apropriada do fluxograma, basta apenas fazer o encaixe dentro do símbolo apropriado de cada uma dessas fases do problema. 25

26 Figura 13 Saiba Mais O assunto dessa unidade é básico e qualquer livro de algoritmos ou de lógica de programação terá no primeiro ou nos dois primeiros capítulos esse assunto. Sugiro, então, a leitura do capítulo 1 do livro-texto da disciplina: FORBELLONE, André Luiz. Lógica de Programação. Makron Books, 3ª. Edição, Atividade de Estudo Figura 14 Agora que já explicamos um bocado de coisas, que tal você fazer a sua parte, para ver se fixou bem os conceitos? Então, resolva os exercícios abaixo. 26

27 1. Escolha dois exemplos do seu cotidiano que poderiam ser descritos fazendo uso de algoritmos e represente esses exemplos através de descrição narrativa e de fluxograma. 2. Agora, que já praticou com exemplos mais simples, que tal representar através de descrição narrativa e fluxograma trocar uma lâmpada? 3. Vimos que uma parte importante da construção de um algoritmo é identificar as fases fundamentais do problema a ser resolvido (entrada, processamento e saída). Sabendo disso, identifique as fases de cada um dos problemas abaixo e depois, represente cada um dos problemas usando um fluxograma: Calcular e exibir a média ponderada de duas notas dadas, de tal forma que a nota1 tenha peso 6 e a nota2 tenha peso 4. Reajustar um salário inicial em 15 % 1 Calcular o desconto de 23% sobre o preço de um produto Checar se um determinado número fornecido pelo usuário é positivo (maior do que zero) ou negativo (menor do que zero). Imprima como resultado, as palavras positivo ou negativo, conforme o caso. 4. Com suas palavras, quais seriam as diferenças entre um compilador e um interpretador? 5. Qual a diferença entre algoritmo e programa? Resumo Atenção 1 Para calcular uma porcentagem, você deve multiplicar o valor pelo número da porcentagem e dividir por cem. Por exemplo, para calcular 10% de 30 reais, você multiplica 30 por 10 e depois, divide o resultado por 100. Dessa forma, você obteria o valor da porcentagem. 10% de 30 reais = (10 x 30)/100 = 300/100 = 3 reais. De um modo geral, considera-se que um algoritmo é uma descrição, passo a passo, de uma metodologia que conduz à resolução de um problema ou à execução de uma tarefa. Um algoritmo deve ser útil 27

28 (resolver o problema a que se propõe), finito (deve ter um fim), deve seguir uma seqüência lógica de passos e sempre produzir um ou mais resultados. O algoritmo pode ser representado de três formas distintas: descrição narrativa, fluxograma ou linguagem algorítmica. Cada uma dessas representações tem vantagens e desvantagens. Para desenvolver o algoritmo você precisa fazer uso da lógica de programação, que é o raciocínio necessário para resolver um dado problema. Depois que o algoritmo está pronto, você pode passálo para uma linguagem de programação, transformando assim o algoritmo em um programa. O programa para ser entendido pelo computador precisa estar em linguagem de máquina (linguagem de baixo nível). Logo para um programa em uma linguagem de programação qualquer (linguagem de alto nível) ser entendido pelo computador é necessário usar um tradutor. Esse tradutor pode ser um compilador ou um interpretador. Ao final dessa unidade, esperamos que você saiba: Definir o que é um algoritmo e sua utilidade Especificar as fases para construção de um algoritmo Representar por descrição narrativa e fluxograma problemas de pequena e média complexidade Diferenciar algoritmo e programa Diferenciar linguagem de alto nível e linguagem de baixo nível Diferenciar ou comparar um compilador e um interpretador Se você sabe tudo isso, parabéns! Se há algum ponto que ainda não entendeu, por favor, volte a ler o texto com calma e, se possível, faça a leitura adicional sugerida. Acho que isso vai ajudar bastante! Quando estiver pronto, avance para a próxima unidade. Na próxima unidade, iremos detalhar a linguagem algorítmica, que é uma das representações mais utilizadas de algoritmos. Vamos lá? 28