Ferramenta para criação e teste de algoritmos utilizando Fluxogramas ou Portugol

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1 Ferramenta para criação e teste de algoritmos utilizando Fluxogramas ou Portugol E. A. De Jesus, Pesquisador CTTMar/UNIVALI, R. De Santiago, Pesquisador CTTMar/UNIVALI e R. L. S. Dazzi, Orientador, CTTMar/UNIVALI Resumo - O sistema CIFluxProg é uma ferramenta desenvolvida com o propósito de auxiliar os estudantes de lógica de programação no entendimento dos processos envolvidos na criação de um programa de computador. Possibilita que sejam criados fluxogramas de maneira simples e intuitiva. O sistema possibilita também que o usuário escreva um pseudocódigo usando a notação conhecida como Portugol (Português Estruturado). Pode-se ainda verificar o resultado do fluxograma ou do pseudocódigo criado, visto que o sistema tem a capacidade de analisar o conteúdo inserido pelo usuário e mostrar o resultado correspondente na tela do computador. Abstract - The system CIFluxProg is a tool developed with the purpose of aiding the students of programming logic in the understanding of the processes involved in the creation of a computer program. It makes possible that flowcharts in a simple and intuitive way is created. The system also makes possible that the user writes a code using the notation known as Portugol (Structured Portuguese). It still exists the possibility to verify the result of the flowchart or of the created code, because the system has the capacity to analyze the content inserted by the user and to show the corresponding result in the screen of the computer. Index Terms: Flowcharts Algorithms, Computer science education O I. INTRODUÇÃO sistema CIFluxProg é uma ferramenta que foi construída para auxiliar os estudantes de computação no aprendizado da lógica de programação de computadores. Existem pouquíssimas ferramentas construídas para este fim e estas apresentam muitos pontos negativos, tornando difícil e desagradável um processo de aprendizagem que deveria ser na medida do possível fácil e prazeroso [4] [2]. A principal meta desse sistema é disponibilizar aos aprendizes de lógica de programação uma maneira totalmente fácil e intuitiva de testar os conceitos ensinados nas salas de aula nas disciplinas que envolvem lógica de programação. II. VISÃO GERAL DO SISTEMA Os dois principais métodos de ensino de lógica usados em sala de aula, no curso de Ciência da Computação do CTTMar- UNIVALI, são o portugol (português estruturado) e os fluxogramas. O portugol é uma pseudolinguagem onde as instruções são representadas por alguns símbolos matemáticos e palavras escritas na língua portuguesa. Possui muitas semelhanças com as linguagens de programação usadas atualmente, facilitando posteriormente a tradução dos códigos aprendidos nesta pseudolinguagem para uma linguagem realmente utilizada por programadores de computador. Por outro lado, esta pseudo linguagem tem a vantagem de ser bastante enxuta, com poucos comandos e instruções, o que facilita a atividade dos alunos. Esta técnica de algoritmização, segundo Manzano [3], é baseada em uma PDL (Program Design Language Linguagem de Projeto de Programação). A forma original de escrita é conhecida como inglês estruturado, muito parecida com a notação da linguagem PASCAL. A diferença entre uma linguagem de programação de alto nível utilizada em computação e uma PDL, é que esta não pode ser compilada em um computador [3]. O portugol, apesar de ser uma maneira mais singela de se escrever códigos, ainda não é a maneira mais fácil de se entender a lógica de programação. O fluxograma, principalmente nas fases mais iniciais do aprendizado de lógica de programação, facilita mais o entendimento dos processos envolvidos do que o portugol [2] [6]. Os fluxogramas podem representar as mesmas instruções pseudo codificadas no portugol, porém de uma maneira visualmente mais atraente e de fácil compreensão. O perfil de um fluxograma é constituído por um conjunto de estruturas de programação, cada qual, com uma representação distinta [7]. Com a utilização de figuras geométricas, os fluxogramas representam estruturas lógicas de seqüência, desvio condicional e repetição condicional e o fluxo de seqüência representado por setas direcionais, o que facilita sensivelmente a visualização da solução [6]. A idéia de se usar símbolos representando as instruções facilita em muito a visualização do fluxo de dados, dando uma idéia clara ao estudante de lógica do que realmente acontece quando se executa uma seqüência de instruções computacionais. III. FUNCIONALIDADE E VANTAGENS DO SISTEMA O sistema foi desenvolvido em ambiente visual visando as facilidades que este oferece ao usuário, como a possibilidade de uso de um mouse como dispositivo apontador, a detecção de cliques do mesmo, e uma série de outras vantagens bem conhecidas por usuários de sistemas de interface gráfica. Dessa maneira, o usuário pode construir facilmente e com poucos cliques do mouse um fluxograma que represente, por exemplo, um problema mostrado em sala de aula. O sistema também oferece a possibilidade de se escrever as instruções 213

2 em pseudocódigo (portugol), ficando a cargo do próprio sistema a construção do fluxograma correspondente ao que foi escrito em portugol. Como os dois métodos de ensino (fluxograma e portugol) são usados paralelamente nas aulas de lógica de algoritmos, a ferramenta possibilita que o usuário utilize tanto uma quanto a outra metodologia. Se um código é escrito em portugol, o sistema interpreta-o gerando o fluxograma correspondente. Se o usuário preferir a abordagem do fluxograma, o pseudocódigo correspondente (portugol) será gerado automaticamente pelo sistema. IV. INTERFACE DO SISTEMA fluxograma. Cada símbolo é representado por um ícone clicável com o desenho do símbolo correspondente conforme apresentado na Figura 1. Esta barra de ferramentas possui três abas contendo os principais tipos de símbolos usados nos fluxogramas. Estas abas são: Entrada e Saída, Desvios Condicionais e Laços de Repetição. Cada uma dessas abas contém os ícones dos símbolos pertinentes ao título das mesmas. A aba Entrada e Saída, por exemplo, contém os ícones dos símbolos Leia, Escreva e Operações, ou seja, os símbolos que representam no fluxograma as operações de entrada e saída. A aba Laços de Repetição contém os ícones Faça, Faça...Enquanto e Para. A aba Desvios Condicionais contém o ícone do tipo de desvio condicional SE...SENÃO. O sistema disponibiliza ao usuário uma barra de ferramentas contendo todos os símbolos usados por um Figura 1. Barras de ferramentas do CIFluxProg. Para montar um fluxograma o usuário apenas aponta o mouse para o ícone que corresponde ao símbolo desejado, e clica sobre ele para que seja criado na tela do computador um desenho representando o símbolo correspondente. O usuário tem total liberdade para inserir os símbolos na ordem que julgar adequada, tendo que respeitar apenas alguns símbolos que são padronizados no fluxograma e por esse motivo inseridos automaticamente pelo sistema. Estes símbolos são: Declarações, Início e Fim. Estes três símbolos sempre farão parte de um fluxograma, ficando assim vetada a possibilidade do usuário apagar intencionalmente ou não um destes símbolos. O símbolo Declarações é usado para que o usuário possa escrever as variáveis que pretende usar no fluxograma. Os símbolos Início e Fim representam respectivamente o início e fim do fluxograma, conforme apresentado na Figura

3 Figura 2. Exemplo de fluxograma construído com o CIFluxProg. Qualquer símbolo inserido no fluxograma, exceto os três citados anteriormente, pode ser apagado clicando-se no símbolo que se deseja remover do fluxograma e em seguida clicando-se no botão apagar, este último disponibilizado em tamanho grande no canto superior esquerdo da interface da ferramenta. O sistema suporta o aninhamento de símbolos, característica não observada em outras ferramentas de mesmo propósito. O aninhamento acontece quando se tem dentro de um símbolo dos tipos Laço de Repetição ou Desvio Condicional um outro símbolo também destes mesmos tipos. É imprescindível que o sistema suporte esse tipo de encadeamento, pois este tipo de estrutura é extremamente utilizado na resolução de problemas computacionais [2]. Quando um aninhamento de símbolos é criado, não há a necessidade do usuário apagar cada símbolo que constitui o encadeamento, basta apagar o símbolo localizado mais externamente no aninhamento para que todos os símbolos vinculados internamente a este sejam também apagados do fluxograma. Todos os símbolos disponibilizados na barra de ferramentas possuem campos editáveis pelo usuário. É nesses campos que o usuário deve inserir os nomes e valores de variáveis, condições lógicas, etc. Quando um símbolo é inserido seu desenho é criado na tela e automaticamente o cursor é direcionado para a área de edição do símbolo criado, permitindo assim uma fácil manipulação das informações necessárias para a futura interpretação e execução do fluxograma. Algumas informações inseridas pelo usuário podem ser maiores em número de caracteres do que o tamanho do campo de edição do símbolo. Quando isso acontece só os caracteres que cabem na caixa de edição do símbolo são mostrados na tela, os outros caracteres ficam armazenados no símbolo, porém não são mostrados no vídeo do usuário. O sistema possibilita então que o usuário visualize todo o conteúdo inserido na área de edição simplesmente posicionando o mouse sobre o símbolo que se deseja visualizar o conteúdo da área de edição. Quando o mouse é repousado sobre a caixa de edição de qualquer um dos símbolos inseridos, o conteúdo da área de edição do símbolo onde o mouse está apontando é mostrado por completo na tela do usuário, sem limitações de tamanho a não ser a própria dimensão da tela do computador. O sistema também disponibiliza um botão localizado no canto superior esquerdo da tela com o título Compilar. Este botão faz com que o fluxograma ou o portugol criado pelo usuário do sistema seja analisado, gerando na tela os resultados correspondentes ao que foi escrito (portugol) ou montado (fluxograma) na tela, executando as ações programadas para ele, conforme pode ser observado na Figura

4 Figura 3. Fluxograma sendo executado. O usuário dispõe também de recursos para guardar em seu computador o material que esta sendo desenvolvido no sistema. A Figura 4 mostra as opções disponíveis na ferramenta, que são as opções tipicamente encontradas nos softwares em geral como salvar e abrir arquivos. Com isso não há a necessidade de que o usuário recrie todo um fluxograma ou pseudocódigo a cada vez que for usar o sistema. Figura 4. Tela com os menus salvar e abrir. V. SOBRE A CONSTRUÇÃO DA FERRAMENTA Inicialmente fez-se uma análise do problema a ser resolvido tendo em vista uma solução que utilizasse o paradigma de orientação a objetos, visando buscar toda a flexibilidade, modularidade e generalidade inerente deste paradigma. Sendo assim, a ferramenta CIFluxProg foi desenvolvida na linguagem de programação C++ com programação visual. 216

5 A programação orientada a objetos usa o conceito de classe como instrumento de representação de objetos do mundo real. Segundo Ambler [1], uma classe é na verdade, uma planta baixa a partir do qual os objetos são criados. Dizemos que um objeto é uma instância de uma classe, e que instanciamos objetos a partir de uma classe. Com isso, torna-se muito interessante implementar um sistema como o CIFluxProg fazendo uso desse paradigma de programação, pois tem-se a possibilidade de modelar cada símbolo usado no fluxograma através de uma classe, esta contendo todas as características e comportamentos necessários para o funcionamento do símbolo modelado. Segundo Ambler [1], um objeto é qualquer indivíduo, lugar, coisa, tela, relatório ou conceito que seja aplicável ao sistema. A análise inicial resultou em uma hierarquia de classes onde cada símbolo do fluxograma seria modelado por uma classe específica. Concluiu-se também que esta hierarquia deveria ter uma classe base possuindo as características comuns encontradas nas classes que modelam os símbolos do fluxograma. A vinculação entre as classes usadas para modelar os símbolos e a citada classe base, dá-se através de um conceito usado na programação orientada a objetos chamado de herança. O conceito de herança permite que uma classe seja criada tendo como suporte lógico uma outra classe, herdando automaticamente as características e comportamentos da classe que deu o suporte, chamada de classe base. Segundo Ricarte [5], herança é um mecanismo que permite que características comuns a diversas classes sejam fatoradas em uma classe base, ou superclasse. A partir de uma classe base, outras classes podem ser especificadas. Cada classe derivada ou subclasse apresenta as características (estrutura e métodos) da classe base e acrescenta a elas o que for definido de particularidade para ela. Seguindo esse conceito criou-se algumas classes específicas como classe Faça, classe Se, classe Operações, etc., e uma classe mais genérica chamada oportunamente de classe Base, esta servindo como o próprio nome da classe sugere como base para as outras classes na hierarquia. Este modelo pode ser observado na Figura 5. Por sua vez, a própria classe base foi derivada de uma outra classe (TGraphicControl) disponibilizada no ambiente de desenvolvimento, utilizando-se novamente o conceito de herança. Isto se fez necessário para que a classe base possuísse algumas características como capacidade de desenhar na tela do computador, e algumas outras facilidades extremamente úteis no processo de modelagem de objetos. Figura 5. Diagrama representando a hierarquia de classes usada no CIFluxProg. Partiu-se então para a implementação das classes mais específicas, codificando na linguagem de programação C++ as características e comportamentos de cada símbolo usado no fluxograma. Cada um desses símbolos foi considerado como sendo uma classe específica. Posteriormente, concluiu-se que a maneira mais adequada para se ter o controle dos símbolos inseridos e/ou removidos pelo usuário, seria monitorar essas inserções e/ou remoções através de uma Estrutura de Dados chamada Árvore. Esta conteria todas as informações necessárias para que o programa fizesse um controle sobre os símbolos manipulados pelo usuário. Esta estrutura lógica (árvore) possibilita que se tenha total controle sobre as operações realizadas pelo usuário dentro da ferramenta. Uma outra fase do projeto consistiu na construção de um interpretador. Esta ferramenta desempenha um papel crucial dentro do sistema, pois tem a função de analisar o material produzido pelo usuário (fluxograma ou portugol), verificar possíveis erros, e se estes não estiverem presentes apresentar o resultado daquilo que foi analisado ao usuário. Esta ferramenta basicamente traduz tudo o que foi escrito pelo usuário em um código apropriado na linguagem C++, gerando assim o resultado visual do que foi produzido em fluxograma ou portugol na tela do CIFluxProg. 217

6 VI. CONCLUSÃO A ferramenta encontra-se em fase de testes, tendo inicio o processo de aplicação da ferramenta em aulas práticas das disciplinas de algoritmos do curso de Ciência da Computação do CTTMar-UNIVALI. Com o inicio da aplicação da ferramenta em aula, pretende-se analisar o ganho de desempenho dos alunos quanto ao desenvolvimento correto dos seus algoritmos, assim como, comprovar se a prática com esse tipo de ferramenta traz os benefícios esperados. Os objetivos iniciais do projeto estão sendo alcançados como o imaginado. Os recursos principais da ferramenta já se encontram implementados tornando possível a avaliação do futuro potencial desta. Os algoritmos sejam com fluxogramas ou portugol, já estão sendo implementados na ferramenta e sua execução apresenta ao usuário os resultados efetivamente gerados pelo algoritmo criado. Esse processo permite a confirmação ou não da corretude da solução implementada, com a facilidade e motivação gerados com o uso do computador. Com a conclusão desta etapa do projeto, será seguido como próximo passo a disponibilização do conteúdo das variáveis do algoritmo, durante a execução do mesmo, assim como, a possibilidade de execução passo-a-passo, para permitir uma depuração detalhada do algoritmo. Terminada a construção desta ferramenta serão reavaliados os seus conceitos visando o aprimoramento dos recursos oferecidos, visto que um dos objetivos do projeto é criar um sistema o mais amigável possível de se utilizar. VII. BIBLIOGRAFIA [1] AMBLER, Scott W. Análise e Projeto Orientados a Objeto. Rio de Janeiro: Infobook, [2] CARES, P. L. L. Ambiente para Teste de Mesa Utilizando Fluxograma. Universidade do Vale do Itajaí, [3] MANZANO, José Augusto. Algoritmos Lógica para o desenvolvimento de programas. São Paulo: Editora Érica Ltda, [4] MEDEIROS, C. L. Aplicação Web para Realizar Teste de Mesa em Algoritmos. Universidade do Vale do Itajaí, [5] RICARTE, Ivan Luiz Marques.Herança. Disponível em Acessado em 07/04/2004. [6] SOUZA, E. S.; et al. Reavaliando o Ensino de Algoritmos. Anais do Primeiro Simpósio Catarinense de Computação. Universidade do Vale do Itajaí, [7] UCCI, Waldir; SOUZA, Reginaldo Luiz; Kotani, Alice Mayumi. Lógica de programação Os primeiros passos. São Paulo: Editora Érica Ltda.,