Identificação das variáveis de entrada; resultados/variáveis de saída e método ou solução. (procedimentos e funções)

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1 Aulas anteriores... Formulação adequada do problema Identificação das variáveis de entrada; resultados/variáveis de saída e método ou solução Definição do algoritmo Método de decomposição hierárquica utilizando níveis crescentes de detalhe (abordagem top-down) Noção de encapsulamento de operações (procedimentos e funções) Esta Aula... Detalhes da linguagem de programação Elementos básicos (identificadores, constantes, símbolos gráficos) Estrutura básica de um programa (cabeçalho, parte declarativa, parte de execução) 1

2 Qual é o objectivo central de uma linguagem? promover a comunicação entre duas ou mais entidades. Linguagem Natural descreve ideias, acções, sentimentos, emoções, ; apresenta: um vocabulário rico; regras gramaticais complexas; é muitas vezes ambígua. Linguagem de Programação descreve operações a serem executadas por um computador; apresenta: um vocabulário limitado; regras gramaticais simples; é sempre clara e concisa. Pascal é uma linguagem de programação, criada pelo Prof. Niklaus Wirth em 1971 e que apresenta características próprias que a tornam extremamente adequada ao ensino das regras básicas da programação. Turbo Pascal Turbo Pascal é uma implementação da linguagem Pascal, desenvolvida por uma empresa chamada Borland International Inc. e destinada a ser usada em PC s, que fornece um ambiente integrado, para desenvolvimento de programas, muito eficiente e fácil de utilizar. Editor de Texto Sim Programa em Pascal Erros? Compilador Não Programa em Código Objecto Linker Bibliotecas Programa em Código Executável Janela de Aplicação Loader 2

3 Elementos básicos da linguagem identificadores descritos; são palavras que servem para nomear os diferentes objectos constantes são valores concretos assumidos por alguns objectos; símbolos gráficos representam diferentes tipos de operadores e de separadores; possibilitam a construção de frases, ou a separação das frases uma das outras. Regras de formação dos identificadores Regra 1 - Os identificadores são formados por uma sequência de caracteres alfanuméricos, em que o primeiro é obrigatoriamente uma letra do alfabeto. identificador ::= <letra do alfabeto> identificador <letra do alfabeto> identificador <algarismo decimal> Embora o número de caracteres possa ser qualquer, os compiladores restringem esse número a um limite bem definido (em Turbo Pascal, só os primeiros 63 caracteres contam). Além disso, para melhorar a legibilidade e a compreensão dos identificadores, praticamente todos os compiladores permitem o recurso ao caracter ( _ ). conv_dist em vez de convdist, por exemplo. Regra 2 - O alfabeto maiúsculo é indistinguível do alfabeto minúsculo. conv_dist é o mesmo que CONV_DIST. 3

4 Tipos de identificadores palavras reservadas são identificadores que têm um significado bem definido dentro da especificação da linguagem; correspondem, no fundo, a uma extensão da noção de símbolo gráfico. program, begin, end, mod, and, for, string, record,... identificadores pré-definidos são os nomes de objectos, cuja definição é da responsabilidade do compilador que implementa a linguagem. integer, real, char, MAXINT, FALSE, write, input, sin,... identificadores definidos pelo utilizador são os nomes dos objectos definidos ou referenciados no programa. <nome de programa>, <nome de biblioteca externa>, <nome de constante> <nome de tipo de dados>, <nome de variável>, <nome de procedimento> <nome de função> Tipos de identificadores OBSERVAÇÕES Para o compilador, é indiferente o tipo de alfabeto (maiúsculo, minúsculo, ou uma mistura dos dois) usado na escrita do programa. Contudo, por questões de clareza, algumas regras devem ser seguidas: palavras reservadas e identificadores pré-definidos (que não representem constantes) - usar o alfabeto minúsculo; identificadores definidos pelo utilizador e identificadores pré-definidos (que representem constantes) - usar o alfabeto maiúsculo. Também, para melhorar a legibilidade do programa, devem ser introduzidos comentários relevantes, que expliquem o significado dos diferentes objectos, ou que operação é efectuada por grupos bem definidos de instruções. comentário ::= {<qualquer sequência de símbolos>} (*<qualquer sequência de símbolos>*) 4

5 Representação da informação toda a informação, usada e produzida durante a execução de um programa, está armazenada em binário na memória principal do computador, sob a forma de constantes (valores invariantes), ou de variáveis (valores lidos do dispositivo de entrada, valores temporários calculados a partir destes e valores finais a enviar para o dispositivo de saída); a forma como a informação está organizada, ou seja, o significado que é atribuído a estas sequências binárias de valores, depende da linguagem de programação; as regras que definem cada organização concreta, designada por tipo de dados, constituem o que se chama o seu formato próprio, e indicam o tamanho, em n.º de bytes, necessário ao armazenamento de uma constante desse tipo; a maneira como deve ser lida (interpretada) a sequência de bits da sua representação binária. Tipos de dados válidos em Pascal tipos pré-definidos são os tipos de dados básicos, referenciados na especificação da linguagem e definidos pelo compilador integer e real - representação de quantidades numéricas; boolean - representação de quantidades lógicas; char - representação de símbolos gráficos; string - representação de sequências de símbolos gráficos (em Pascal Standard, só existem constantes deste tipo, mas está presente em Turbo Pascal e na grande maioria dos compiladores actuais). tipos definidos pelo utilizador são tipos de dados particulares, definidos pelo programador, para adequar a representação da informação às condições concretas do problema; são construídos a partir de tipos de dados já existentes (pré ou previamente definidos) e de dispositivos especiais especificados na linguagem, os construtores. 5

6 Tipo integer representação exacta de quantidades inteiras, positivas e negativas, até a um limite que, em valor absoluto, é expresso pela constante MAXINT; caso particular da representação em vírgula fixa (neste caso, a vírgula está à direita do bit menos significativo); o valor da quantidade é expresso num sistema binário pesado, conhecido pelo nome de complemento para 2, em que o bit mais significativo representa o sinal (0 -> +, 1 -> -); para uma representação em N bits, o valor da quantidade A é calculado por A = < a a a > = - a 2 + a 2 N N-1 N-1 em que a = 0 ou 1, para 0 n < N. n N-2 n=0 n n Tipo integer em Turbo Pascal, a constante MAXINT é igual a , o que implica um tamanho de 2 bytes (ou 16 bits); / - o Turbo Pascal contempla ainda os seguintes tipos de vírgula fixa, todos eles compatíveis entre si e com integer Exemplos Nome Gama Tamanho em bytes byte shortint word longint

7 Tipo real representação aproximada de quantidades numéricas positivas e negativas, com parte inteira e/ou parte fraccionária, numa gama de valores muito alargada; caso particular da representação em vírgula flutuante (aquilo que comummente se designa por notação científica: m x B exp, em que m é a mantissa, B é a base (hoje em dia, quase sempre binária) e exp é o expoente); a representação da quantidade é formada por três partes: sinal da mantissa (0->+, 1->-), valor absoluto da mantissa (fraccionária, entre 0.5 e 1.0, ou, alternativamente, entre 1.0 e 2.0), expressa no sistema binário de numeração, e expoente, expresso num sistema binário pesado. Tipo real em Turbo Pascal, a gama de representação em valor absoluto vai aproximadamente de 2.9x10-39 a 1.7x10 38, com uma mantissa de 11 a 12 algarismos significativos, o que implica um tamanho de 6 bytes (ou 48 bits); 47 + / - valor absoluto da mantissa expoente 0 o Turbo Pascal contempla ainda os seguintes tipos de vírgula flutuante, todos eles compatíveis entre si e com real Nome Gama Algarismos significativos Tamanho em bytes single 1.5x x double 5.0x x extended 3.4x x Exemplos e1 0e0-3.45e-2 7

8 Tipo boolean representação dos valores lógicos verdadeiro e falso; normalmente, fixa-se um valor binário (0, por exemplo) para um dos níveis lógicos e o outro pode assumir qualquer valor; em Turbo Pascal, o tamanho usado para armazenamento é um byte (ou 8 bits), que constitui uma palavra de memória; 7 0 Exemplos FALSE TRUE Tipo char representação de símbolos gráficos ou de sinais de controlo; cada símbolo ou sinal é representado numericamente através de um valor binário que lhe é atribuído por um código, o mais comum é o código ASCII (American Standard Code for Information Interchange); qualquer que seja, porém, o código usado, as regras seguintes são impostas pela especificação da linguagem Pascal: os valores binários associados com os algarismos decimais devem ser seguidos e respeitar a ordem natural; os valores binários associados com as letras do alfabeto (maiúsculas e minúsculas) devem respeitar a ordem natural, mas não têm que ser necessariamente seguidos (sãono, contudo, no código ASCII). 8

9 Tipo char em Turbo Pascal, o tamanho usado para armazenamento é um byte (ou 8 bits), que constitui uma palavra de memória; 7 0 Exemplos 4 T? j ainda, em Turbo Pascal, existe um meio alternativo para representar constantes de tipo char; a sua sintaxe é #<valor numérico em decimal do código atribuído ao caracter> este método é particularmente útil para representar os sinais de controlo, porque, sendo estes invisíveis, não podem ser representados pelo processo geral. Tipo string representação de sequências de símbolos gráficos ou de sinais de controlo; em Turbo Pascal, o formato usado por defeito é de 256 bytes e permite um armazenamento de sequências de caracteres, cujo comprimento pode ir até 255; o tamanho do formato por defeito pode ser reduzido, se o programador assim o desejar, através da indicação explícita do comprimento máximo das sequências de caracteres que aí podem ser armazenadas string [N_MAX_CAR] Exemplos era uma vez um gato maltes (string nulo) 9

10 Tipos de dados ordinais ou ordenados são formas de organização da informação em que existe uma possibilidade de enumeração ordenada das constantes que as constituem; isto é, dada uma constante qualquer, é sempre possível determinar qual é a constante que a precede, ou qual é a constante que lhe sucede; tipos de dados ordinais pré-definidos integer (e seus tipos compatíveis) - a ordenação é trivial, neste caso; boolean - admite-se que FALSE vem antes de TRUE; char - a ordenação baseia-se nos valores numéricos do código usado; tipos de dados não ordinais pré-definidos real (e seus tipos compatíveis) - como representam valores numéricos de uma forma aproximada, não é possível saber que constantes estão na vizinhança imediata de qualquer delas; string - tendo as constantes tamanho distinto, o mecanismo de ordenação teria necessariamente que ser multidimensional e a definição anterior não se aplica. Estrutura básica de um programa em Pascal Cabeçalho caracterização do programa e definição dos dispositivos de comunicação nome do programa nomes dos dispositivos de entrada e de saída utilizados Parte Declarativa referência a, ou definição dos diferentes objectos usados na parte de execução referência a bibliotecas externas (units) definição de constantes, de tipos de dados e de variáveis definição de procedimentos e de funções Parte de Execução listagem ordenada da sequência de instruções executadas pelo computador quando o programa é corrido 10

11 Cabeçalho program identificador do programa (lista de nomes dos dispositivos de entrada e saída); identificador do programa ::= identificador válido em Pascal lista de nomes dos dispositivos de entrada e saída ::= identificador do dispositivo lista de nomes dos dispositivos de entrada e saída, identificador do dispositivo identificador do dispositivo ::= input output identificador lógico de ficheiro identificador lógico de ficheiro ::= identificador válido em Pascal Notas - Os identificadores input e output são os nomes dos dispositivos standard de entrada e saída, normalmente, o teclado e o écran do monitor vídeo. Em Turbo Pascal, a lista de nomes dos dispositivos de entrada e saída é opcional. Assim, o cabeçalho típico de Pascal Standard program CONVDIST(input, output); pode ser reduzido a program CONVDIST; Referência a bibliotecas externas uses lista de nomes de bibliotecas; lista de nomes de bibliotecas ::= identificador de biblioteca lista de nomes de bibliotecas, identificador de biblioteca identificador de biblioteca ::= identificador válido em Pascal Nota - A única biblioteca para já relevante é aquela que, dentro do ambiente Windows, cria uma janela de aplicação. Por conseguinte, todos os programas em Turbo Pascal que corram no ambiente Windows, têm que referenciar a biblioteca WinCrt e, por isso, a referência abaixo tem que surgir em todos eles uses WinCrt; 11

12 Definição de constantes const lista de constantes; lista de constantes ::= identificador de constante = valor lista de constantes ; identificador de constante = valor identificador de constante ::= identificador válido em Pascal valor ::= valor literal expressão simples valor literal ::= valor constante de um dos tipos pré-definidos Nota - Quando o valor atribuído a uma constante é calculado a partir de uma expressão simples, todos os seus operandos são necessariamente valores literais, ou constantes que foram previamente definidas. Este tipo de definição é característico de Turbo Pascal, não existindo em Pascal Standard. Definição de constantes const NMAX = 100; (* constante inteira - v. literal *) PI = ; (* constante real - v. literal *) SINAL = FALSE; (* constante booleana - v. literal *) LETRA = S ; (* constante de tipo caracter - v. literal *) NOME = INES ; (* constante de tipo string - v. literal *) VEL_LUZ = 3e8*1000; (* constante real - expressão *) PER_CIRC_UNIT = 2*PI; (* constante real - expressão *) 12

13 Definição de variáveis var lista de variáveis; lista de variáveis ::= lista de nomes: tipo de dados lista de variáveis ; lista de nomes: tipo de dados lista de nomes ::= identificador de variável lista de nomes, identificador de variável identificador de variável ::= identificador válido em Pascal tipo de dados ::= tipo pré-definido tipo definido pelo utilizador Definição de variáveis var A1, A2, A3: integer; (* variáveis inteiras *) A4: integer; (* variável inteira *) B1, B2: real; (* variáveis reais *) C1, C2, C3, C4: boolean; (* variáveis booleanas *) D1: char; (* variável de tipo caracter *) E1, E2: string; (* variáveis de tipo string *) (* com uma capacidade de armazenamento *) (* máxima de 255 caracteres *) F1: string[10]; (* variável de tipo string *) (* com uma capacidade de armazenamento *) (* máxima de 10 caracteres *) 13

14 Constantes vs. Variáveis uma constante é um objecto, cujo valor se mantém invariante durante a execução do programa; definir uma constante significa associar um nome a esse valor; o uso de constantes num programa serve para se conseguir a sua parametrização, melhorando a legibilidade (os valores são substituidos por nomes com significado explícito) e a robustez (a alteração do valor é realizada de um modo centralizado). uma variável é um objecto, cujo valor se altera em princípio durante a execução do programa; definir uma variável significa reservar espaço em memória principal para o seu armazenamento; o uso de variáveis num programa serve para armazenamento, durante a sua execução, dos valores lidos do dispositivo de entrada, dos valores temporários e dos valores a enviar para o dispositivo de saída; o recurso imoderado a variáveis conduz a uma perda da legibilidade do programa. 14

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