Estrutura de Dados Básica

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1 Estrutura de Dados Básica Professor: Osvaldo Kotaro Takai. Aula 2: Revisão dos itens básicos O objetivo desta aula é revisar os conceitos envolvidos na abordagem da Programação Estruturada. Representações de algoritmos Linguagem Natural: Os algoritmos são expressos diretamente em linguagem natural (por exemplo, o português como no Problema da Lâmpada Queimada da Aula 1). Fluxograma (ou Diagrama de Fluxo): Esta é uma representação gráfica que emprega formas geométricas padronizadas para indicar as diversas ações e decisões que devem ser executadas para resolver o problema. Pseudo-Código: Emprega uma linguagem intermediária entre a linguagem natural e uma linguagem de programação para descrever os algoritmos. Não existe consenso entre os especialistas sobre qual é a melhor maneira de representar um algoritmo. A maneira mais comum de representar algoritmos é através de pseudo-códigos. Esta forma de representação tem a vantagem do algoritmo ficar próximo à linguagem de programação de computadores. Atualmente, no entanto, com o surgimento dos processos ágeis, tais como o XP, FDD e SCRUM ( e da abordagem Domain-Driven Design ( as próprias linguagens de programação começaram a ser utilizadas para representar algoritmos. Fluxogramas Fluxogramas são representações gráficas de um algoritmo. Descrevem o fluxo de um algoritmo através de um conjunto de figuras geométricas padronizadas ligadas por setas de fluxo. Exemplos: Obter a raiz de uma equação linear: x + b = 0 Pseudo-Código: 1. Início 2. Ler a, b 3. Se a 0 então - x=-b/a - Imprimir valor de x Senão - Imprimir Não há zero Fim-se 4. Fim 1

2 Fluxograma (ou Diagrama de Fluxo) Código em Linguagem C Estruturas lógicas de programação (Estruturas de controle) Uma estrutura de controle é a unidade básica da lógica de programação. Em meados da década de 1960, alguns matemáticos provaram que qualquer programa podia ser construído através da combinação de 3 estruturas básicas: seqüência, seleção e repetição. 2

3 Seqüência Numa seqüência é processado um conjunto de ações (ou instruções) em série. Não há qualquer possibilidade de alterar a ordem de processamento das ações, i.e. após processar a 1ª ação processa-se a 2ª, depois da 2ª processa-se a 3ª, e assim por diante até processar a última ação. Em C, uma seqüência é um bloco de instruções que começa com { e termina com }. Exemplo em C: Seqüência Seleção com 2 vias A estrutura de seleção também é chamada de estrutura de decisão. Neste caso, o fluxo de processamento segue pela 1ª ou pela 2ª via, dependendo do valor lógico (true ou false) da expressão avaliada no início da estrutura. Em C, uma estrutura de seleção com 2 vias é a instrução if-else. Exemplo em C: if-else Seleção com 1 via Neste caso, se a expressão lógica tiver resultado false, nenhuma ação é processada dentro da estrutura de seleção. Só é processada uma ação dentro da estrutura de seleção se a expressão lógica for true; daí, o nome de seleção com 1 via. Em C, uma estrutura de seleção com 1 via é a instrução if. 3

4 Exemplo em C: if Seleção com n-vias Neste caso, a decisão não é feita com base numa expressão lógica porque há mais do que 2 resultados possíveis. Também são processadas apenas a ação ou as ações encontradas em uma das vias. Em C, uma estrutura de seleção com n vias é a instrução switch com break. No entanto, se não for utilizado o comando break, há a possibilidade de executar as ações de várias vias. Exemplo em C: switch Repetição com teste no início Neste caso, também há a necessidade de tomar uma decisão com base no valor lógico de uma expressão. No entanto, a mesma ação será executada repetidamente enquanto o resultado da expressão lógica se mantiver verdadeiro (true). O teste (da expressão lógica) precede a ação. Diz-se, por isso, que o teste é no início. O teste é importante porque funciona como uma condição de parada (false) dos ciclos ou repetições. Em C, uma estrutura de repetição deste tipo é a instrução while. 4

5 Exemplo em C: while Repetição com teste no fim Esta estrutura de repetição é em tudo idêntica à anterior. A diferença é que o teste é feito após o processamento da ação. O teste (da expressão lógica) sucede a ação. Diz-se, por isso, que o teste é no fim. Em C, uma estrutura de repetição deste tipo é a instrução do-while. Exemplo: do-while Repetição com número pré-definido de ciclos Esta estrutura de repetição é em tudo idêntica às anteriores. O teste é feito no início. A diferença é que no início é especificado o número de ciclos (ou iterações) que serão efetuados, i.e. o número de vezes que a ação será processada. Em C, uma estrutura de repetição deste tipo é a instrução for. 5

6 Exemplo em C: for Inicialização Teste Atualização 6

7 Elementos da Linguagem C Embora a linguagem C não imponha uma estrutura rígida para a descrição de seus os programas, a figura abaixo ilustra a estrutura comumente adotada pela maioria dos programadores dessa linguagem. Área de Includes. Área de definição de constantes, tipos, estruturas e variáveis globais. Cabeçalhos ou Prototypes. Função Principal. Funções. A área de Include contém diretivas para que o pré-compilador da linguagem inclua arquivos denominados arquivos Header (cabeçalhos). Esses arquivos possuem a extensão h e devem conter definições de Tipos, Constantes e Cabeçalhos no formato texto. Um erro muito comum, cometido por muitos programadores dessa linguagem é chamar os arquivos Header de bibliotecas. Uma biblioteca (ou library) contém uma ou mais funções compiladas, portanto em código de máquina, as quais podem ser utilizadas em diversos projetos. Os arquivos biblioteca possuem a extensão a ou lib de pendendo do compilador que a gerou. Normalmente, para que um programa possa utilizar uma biblioteca, ele necessita incluir um ou mais arquivos Header correspondente a essa biblioteca. Por exemplo, para se utilizar a função sqrt que está na biblioteca matemática, é necessário incluir o arquivo math.h. 7

8 A execução de um programa C sempre se inicia pela execução da função principal. Portanto ela é única em todo o programa e é identificado necessariamente pela palavra main. Uma função somente será executada se houver alguma chamada (ou invocação) a essa função dentro do fluxo de execução que se inicia na função principal. Assim, com exceção da função principal, uma função somente será executada dentro de uma outra função. Note no exemplo que as funções Cubica01 e Cubica02 são chamadas dentro da função principal. O processo de compilação A linguagem C é normalmente uma linguagem compilada. Isso significa que os programas escritos nesta linguagem precisam passar por alguns estágios de transformação até chegar à forma executável pelo computador. A figura a seguir ilustra os estágios dessa transformação, bem como os resultados gerados em cada um desses estágios. Fase de Pré-Compilação Fase de Compilação Fase de Linkedição O processo inicia quando a tecla F9 do Dev-C++ é acionada. Nesse momento, a fase de Pré- Compilação se inicia. O Programa-Fonte é submetido ao Pré-Compilador, o qual analisa o Programa- Fonte para descobrir quais arquivos de inclusão são referenciados pela diretiva #include e gera o Programa-Fonte Expandido. A equação Programa-Fonte Expandido = Programa-Fonte + Arquivos Header resume o que o Pré-Compilador realiza. Na fase de Compilação, o Programa-Fonte Expandido é traduzido para a linguagem de máquina e armazenado num arquivo denominado Programa-Objeto. Os arquivos de Programas-Objeto possuem a extensão o ou obj dependendo do compilador. Quando a fase de Compilação é finalizada, a fase de Linkedição se inicia. Nesta fase, o Linkedidor verifica as referências de funções existentes no Programa-Objeto, seleciona a biblioteca que contém a definição dessas funções e gera o Programa-Executável. A equação Programa-Executável = Programa-Objeto + Bibliotecas resume sumariza as ações executadas pelo Linkeditor. 8

9 Funções Os refinamentos de um algoritmo, quando implementados em linguagem C, são representados através de funções e obedecem à seguinte sintaxe: Por exemplo: Nota: A constante M_PI está declarada no arquivo Header math.h Exemplo com 2 argumentos: Nota: A função sqrt está declarada no arquivo math.h 9

10 Passagem de Parâmetros As funções podem receber como parâmetros algum valor passado por uma outra função. No exemplo a seguir, a função principal passa para a função sqr o valor 5 como parâmetro. A função sqr por sua vez recebe o valor 5 e o guarda na variável n, calcula o quadrado de n e devolve o valor calculado, no caso 25, à função principal. A função principal guarda o valor retornado, 25, na variável r e depois a imprime chamando a função printf. Funções que não retornam valor Há casos em que não se deseja que uma função retorne qualquer valor. Nesses casos, utiliza-se void como o tipo dessa função. Um detalhe importante é que em tais funções não devem existir comandos return retornando quaisquer valores. Veja a função abaixo a qual tem define uma forma padrão de imprimir uma mensagem de erro: Características de uma função As seguintes características devem ser atendidas quando se define uma função: Identificador único: O nome da função deve ser único em todo o projeto. Chamada: A execução de uma função somente ocorre se houver uma chamada a partir de uma outra função. Unicidade: Deve realizar uma única tarefa bem definida. Funcionamento: Funciona como uma caixa preta. Generalidade Reutilização: Deve se procurar codificar uma função de forma genérica e independente de qualquer programa ou projeto, a fim de que possa ser reutilizada por outros programas ou projetos. 10

11 Variáveis locais Uma variável local só existe no ambiente de uma função. Após a execução de uma função, a memória ocupada pelas suas variáveis é libertada. Variáveis globais Uma variável global é declarada fora do escopo de qualquer função. Uma variável global permanece em memória até o programa termine a sua execução, momento em que o seu espaço ocupado em memória é libertado. Evite o uso de variáveis globais, uma vez que obscurece o entendimento do algoritmo e dificulta a manutenção dos programas. O programa exibido abaixo, embora funcione, é um exemplo do que não deve ser feito. A variável global s é alterada pela função soma e exibida pela função main. Se mais de uma função alterasse essa variável e a função main exibisse um valor não esperado, seria muito difícil encontrar o local do erro. 11

12 Exercícios 1. Crie um novo projeto para cada programa C visto nesta aula, de acordo com as orientações descritas no arquivo Dev-C++.doc, a fim de exercitar o uso do ambiente de programação, bem como entender cada programa apresentado. 2. Escreva um programa que calcule o Máximo Divisor Comum entre dois números lidos. (Lembre-se do Algoritmo de Euclides visto na primeira aula). 3. Escreva um programa que gere a seguinte tela: 1 - Alunos 2 - Licenciaturas 3 Departamentos 4 - Exit Sugestão: Escreva na tela a string \t 1 -\t Alunos\n, com mudança de linha; Escreva na tela a string \t 2 -\t Licenciaturas\n, com mudança de linha; Escreva na tela a string \t 3 -\t Departamentos\n, com mudança de linha; Escreva na tela a string vazia \n, com mudança de linha; Escreva na tela a string \t 4 -\t Exit\n, com mudança de linha; 4. Escreva um programa que imprima na tela a string Segue-se um sinal sonoro, a seguir à qual deve ouvir-se o tal sinal sonoro. Sugestão: Escreva na tela a string Segue-se um sinal sonoro ; Escreva na tela a string vazia \a a qual irá gerar o sinal sonoro. 5. Escreva um programa que calcule a área de um retângulo. O algoritmo é: Ler do teclado o comprimento do retângulo; Ler do teclado a altura do mesmo retângulo; Calcular a área do retângulo; Escrever na tela a área do desse retângulo. 6. Escreva um programa que leia um número decimal de três dígitos a partir do teclado e que escreva na tela a correspondente expansão na base 10. Por exemplo, o número 937 terá a seguinte saída na tela: 937 = 7 * * * Escreva um programa que calcule o valor da seguinte função matemática: F(x,y)=2 sin(x) + cos(y) - tan(x+y) Nota: A utilização das funções matemáticas sin, cos e tan requer a inclusão da diretiva #include<math.h> no programa e a opção de compilação lm de modo a permitir ligar o código da biblioteca matemática no programa-executável. 8. Escreva um programa que dadas duas notas (inteiras) de um aluno, escreva na tela a sua média aritmética. 9. Escreva um programa que converta um valor real em graus Fahreneit num valor em graus Celsius. O algoritmo é: Pedir ao usuário um valor real em graus Fahreneit; Calcular o respectivo valor em graus Celsius; Imprimir na tela o valor em graus Celsius. Nota: A fórmula de conversão é F = (9 / 5) * C + 32, onde C é uma variável com valor real em graus Celsius e F é uma variável com valor real em graus Fahreneit. 12

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