PROGRAMAÇÃO DE COMPUTADORES I (Parte 1)

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1 PROGRAMAÇÃO DE COMPUTADORES I (Parte 1) Prof. Eduardo Machado Real Conteúdos: Introdução à Programação de Computadores Estrutura Sequencial

2 Programação de Computadores 1 Prof. Eduardo PROGRAMAÇÃO DE COMPUTADORES Caro aluno, podemos iniciar nossos estudos analisando a seguinte frase: "Parte da ausência de humanidade do computador deve-se a que, competentemente programado e trabalhando bem, é completamente honesto." (Isaac Asimov) Um programa é uma sequência de instruções em alguma linguagem compreendida pelo computador, ou seja, um programa é a codificação de um algoritmo em uma linguagem de programação. Programas utilizam a CPU para realizar operações matemáticas e manipular dados e, através do sistema operacional, interagem com os dispositivos do computador. Programação é o processo de escrita, teste e manutenção de um programa de computador. O programa é escrito em uma linguagem de programação, embora seja possível, com alguma dificuldade, escrevê-lo diretamente em linguagem de máquina. Diferentes partes de um programa podem ser escritas em diferentes linguagens. 1. Resolução de Problemas com o Uso do Computador Na resolução de problemas com o uso do computador o objetivo é ensinar o computador a obter a solução do problema proposto. São necessários: a garantia que a natureza da solução do problema seja computável, isto é, que o computador seja capaz de realizar a sua solução a partir de suas operações básicas; e que os dados a serem processados possam ser manipulados pelo computador. Ex: textos, números, imagens, sons, etc. Para resolver problemas computáveis é necessário que alguns passos sejam realizados: 1) Entender o problema conhecer a natureza do problema, identificar claramente o que está sendo pedido, reunir a base de conhecimento para se elaborar um processo para a obtenção da solução e quebrar o problema em problemas menores ou subproblemas 2) Conhecer os dados do problema analisar os dados fornecidos e obter os dados complementares 3) Desenvolver um método para obtenção da solução construir um algoritmo para dar solução ao problema 4) Otimizar o método de obtenção da solução refinar, retirar redundâncias, usando estruturas as mais simples possíveis 5) Escrever o programa traduzir as instruções lógicas do algoritmo para as instruções da linguagem de programação que mais se adéqüe à natureza do problema, produzindo o programa fonte 6) Compilar o programa fonte Traduzir automaticamente, pelo computador, através de um programa compilador, o programa fonte para a linguagem que o computador entende, a linguagem de máquina; caso sejam encontrados erros de sintaxe, voltar ao passo 5) 7) Testar o programa executar um programa com dados de teste que explorem todas as funcionalidades e limites do programa, analisando os resultados obtidos; caso sejam encontrados erros de lógica, voltar ao passo 3) ou, se necessário, ao passo 1) 2 LINGUAGEM DE PROGRAMAÇÃO Uma linguagem de programação é um método padronizado para expressar instruções para um computador. É um conjunto de regras sintáticas e semânticas usadas para definir um programa de computador. Uma linguagem permite que um programador especifique precisamente sobre quais dados um computador vai atuar, como estes dados serão armazenados ou transmitidos e quais ações devem ser tomadas sob várias circunstâncias. O conjunto de palavras (tokens), compostos de acordo com essas regras, constituem o código fonte de um software. Esse código fonte é depois traduzido para código de máquina, que é executado pelo processador.

3 Programação de Computadores 1 Prof. Eduardo 3 Portanto, é um tipo de linguagem usada pelo homem para desempenhar comunicação com a máquina, pois essa não reconhece a linguagem normal do ser humano. Para que a relação homem versus máquina pudesse evoluir, fez-se necessário a criação de uma linguagem que tornasse a máquina operacional. A partir do desenvolvimento da linguagem de programação é que o ser humano passou a obter grandes resultados com a máquina. Atualmente é possível encontrar diversos tipos de linguagem de programação, sendo as principais: Java, C, C++, C#, Php, Delphi, entre outras. 2.1 Classificação em: As linguagens de programação, utilizadas para fazer programas de computador, são classificadas Baixo nível: difícil do ser humano entender fácil da máquina entender. Exemplo: ASSEMBLER, ou linguagem de máquina. Médio nível: fácil do ser humano entender difícil da máquina entender. Exemplo: COBOL, ADA, PL/1, C, PASCAL, BASIC. Alto nível: mais fácil do ser humano entender e mais difícil da máquina entender. Exemplo: VISUAL BASIC, DELPHI, C++, HTML, JAVA, ASP, ActiveX. A linguagem C é uma linguagem de alto nível: ela representa programas em um nível de abstração mais próximo do entendimento humano do que a linguagem nativa do computador, que é a linguagem de máquina. Antes de usar um programa em linguagem de médio ou alto nível, ele precisa ser traduzido para linguagem de máquina. Na linguagem de máquina, cada operação básica é representada por uma sequência de números. Existem duas formas de traduzir linguagens de alto e médio nível para linguagem de máquina: Interpretação: cada instrução de médio e alto nível é lida e traduzida no momento de ser executada. Compilação: todo o programa é traduzido antes de ser executado. O resultado da compilação é chamado programa executável. O C++ é uma linguagem compilada. Todo programa de computador (em qualquer linguagem textual) é escrito como um ou mais arquivos-texto, sem formatação (negrito, fontes, cores, desenhos). Os arquivos que compõem um programa são chamados arquivos-fonte ou programas-fonte. 3 - LINGUAGEM C/C++ O C nasceu na década de 70. Seu inventor, Dennis Ritchie, implementou-o pela primeira vez usando um DEC PDP-11 rodando o sistema operacional UNIX. O C é derivado de uma outra linguagem: o B, criado por Ken Thompson. O B, por sua vez, veio da linguagem BCPL, inventada por Martin Richards. Durante alguns anos, o padrão da linguagem C foi aquele fornecido com a versão 5 do sistema operacional Unix. Com a popularização dos microcomputadores, várias implementações de C foram criadas, gerando, assim, muitas discrepâncias. Para resolver tal situação, o ANSI (American National Standards Institute) estabeleceu, em 1983, um comitê para definir um padrão que guiasse todas as implementações da linguagem C. A linguagem C++ é uma extensão da linguagem C. As instruções que fazem parte desta última representam um subconjunto da primeira. Os incrementos encontrados na linguagem C++ foram feitos para dar suporte à programação orientada a objetos. A sintaxe é basicamente a mesma da linguagem C. Estrutura seqüencial em C/C++:

4 Programação de Computadores 1 Prof. Eduardo 4 #include <nome_da_biblioteca> main() { Bloco de comandos; } Bibliotecas são arquivos contendo várias funções que podem ser incorporadas aos programas escritos em C/C++. A diretiva #include faz com que o texto contido na biblioteca especificada seja inserido no programa. As bibliotecas iostream.h, conio.h e stdio.h permitem a utilização de diversos comandos de entrada e saída. É importante perceber que a linguagem C/C++ é sensível às letras maiúsculas e minúsculas, ou seja, considera que letras maiúsculas são diferentes de minúsculas (por exemplo, a é diferente de A). Sendo assim, todos os comandos devem, obrigatoriamente, ser escritos em letras minúsculas. Portanto, o C é "Case Sensitive", isto é, maiúsculas e minúsculas fazem diferença. Se declarar uma variável com o nome soma ela será diferente de Soma, SOMA, SoMa ou soma. Da mesma maneira, os comandos do C if e for, por exemplo, só podem ser escritos em minúsculas pois senão o compilador não irá interpretá-los como sendo comandos, mas sim como variáveis. Um programa em C/C++ consiste em um ou mais arquivos. Um arquivo é uma porção de texto contendo código fonte em C/C++ e comandos do pré-processador. Em outras palavras, ele corresponde a um arquivo fonte em um sistema tradicional. A extensão dos nomes dos arquivos fonte em C/C++, normalmente, é.c/.cpp. Considerando sua estrutura, um programa em linguagem C ou C++ é uma coleção de variáveis, definições e chamadas de função, onde uma função é um conjunto de instruções com um nome e que desempenham uma ou mais ações. Quando o programa começa, ele executa o código de inicialização e chama uma função especial main( ), onde é colocado o código primário para o programa Um programa C/C++ mínimo consiste em: main( ) { } Este programa define a função main, que não possui argumentos e não faz nada. As chaves, { e }, são usadas para expressar agrupamentos em C++; no exemplo anterior, estas indicam o início e o fim do corpo da função (vazia) main. Cada programa em C++ deve ter uma função main. Tipicamente, um programa produz alguma saída. Analisando alguns exemplos: O exemplo em C abaixo mostra um programa que escreve "Olá acadêmicos da Licenciatura em Comptação!" na tela do computador. /* Programa Olá alunos da Licenciatura em Computação! */ # include <stdio.h> main() // Funcao principal { printf( Olá acadêmicos da Licenciatura em Comptação!\n ); } A linha #include <stdio.h> diz ao compilador que ele deve incluir o arquivo-cabeçalho stdio.h. Neste arquivo existem declarações de funções úteis para entrada e saída de dados (std = standard, padrão em inglês; io = Input/Output, entrada e saída ==> stdio = Entrada e saída padronizadas). Toda vez que você quiser usar uma destas funções deve-se incluir este comando. O C possui diversos Arquivos-cabeçalho. Quando fazemos um programa, uma boa idéia é usar comentários que ajudem a elucidar o funcionamento do mesmo. No caso acima temos um comentário: /*Programa Olá alunos da Licenciatura em Computação!*/. O compilador C desconsidera qualquer coisa que esteja começando com /* e terminando com */. Um comentário pode, inclusive, ter mais de uma linha.

5 Programação de Computadores 1 Prof. Eduardo 5 Todos os programas em C têm que ter uma função main, pois é esta função que será chamada quando o programa for executado. O conteúdo da função é delimitado por chaves { }. O código que estiver dentro das chaves será executado seqüencialmente quando a função for chamada A única coisa que o programa realmente faz é chamar a função printf(), passando a string (uma string é uma seqüência de caracteres, como veremos brevemente) "Programa Olá alunos da Licenciatura em Computação!\n" como argumento. É por causa do uso da função printf() pelo programa que devemos incluir o arquivo- cabeçalho stdio.h. A função printf() neste caso irá apenas colocar a string na tela do computador. O \n é uma constante chamada de constante barra invertida. No caso, o \n é a constante barra invertida de "new line" e ele é interpretado como um comando de mudança de linha, isto é, após imprimir Ola! Eu estou vivo! o cursor passará para a próxima linha. É importante observar também que os comandos do C terminam com ;. Exercícios: 1) Desenvolva o exemplo abaixo e realize algumas alterações: Exemplo // Olaalunos.c // Um programa elementar. #include<stdio.h> main() { printf("\n Olá alunos da Licenciatura em Computação!"); } // Fim de main() a) Modifique o programa Olaalunos.c, de maneira que ele exiba na tela a frase Licenciatura em Computação 1ª série! b) Modifique o programa Olaalunos.c, de maneira que ele exiba na tela as frases Licenciatura em Computação! Estamos aqui na UEMS! *Cada frase deve aparecer em uma linha. Exercícios 1) Faça um programa que mostre, no sentido vertical, um retângulo, uma elipse, uma seta e um losango, como mostrados a seguir: ********* *** * * * * * * *** * * * * * * ***** * * * * * * ******* * * * * * * ********* * * * * * * *** * * * * * * *** * * * * * * *** * * ********* *** *** * 2) Faça um programa que imprima as iniciais do seu nome no sentido vertical ou horizontal.

6 Programação de Computadores 1 Prof. Eduardo 6 3) Faça um programa que mostre um cartão de visitas para você, contendo: nome da universidade, nome do curso, nome do aluno, endereço do aluno, telefone e Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul Licenciatura em Matemática LTP 2011 Abdênio Jobs Gates Aluno Av Sem fim, nº0001 Tel.: abdeniojg@hotmail.com ) Faça um programa para calcular o delta de uma equação do segundo grau em que os coeficientes (a, b e c) são respectivamente: 12, 6 e -4. 5) Faça um programa para encontrar a média aritmética das notas: 9.5, 8.7, 9.3, 10.0 e ) Faça um programa para encontrar a média ponderada das notas: 9.5, 8.7 e 9.3. Os pesos da notas são respectivamente: 3, 2 e 5. 7) Faça um programa para converter e mostrar o numero binário para decimal. 8) Faça um programa que calcule a área de um triângulo de base 10 cm e altura 15 cm. 5 VARIÁVEL Sabe-se que 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. 6 TIPOS DE DADOS Definem os tipos de informações a serem processadas. Os tipos de dados mais utilizados são: numéricos e literais ou caracteres. Numéricos: Algoritmo inteiro real Em C/C++ int float Literais ou Caracteres Algoritmo literal Em C/C++ char 7 FORMAÇÃO DE IDENTIFICADORES Os identificadores são os nomes das variáveis, dos programas, das constantes, das rotinas etc. As regras básicas são:

7 Programação de Computadores 1 Prof. Eduardo 7 Os caracteres que você pode utilizar são: os números, as letras minúsculas e o caractere sublinhado. O primeiro caractere deve ser sempre uma letra ou caractere sublinhado. Não são permitidos espaços em branco e caracteres especiais (@,$,+,-,%,!). Não podemos usar palavras reservadas nos identificadores, ou seja, palavras que pertençam a uma linguagem de programação. 8 ESTRUTURA SEQUENCIAL EM C++ #include <nome_da_biblioteca> main() { bloco de comandos; } 8.1 Declaração de variáveis As variáveis são declaradas após a especificação de seus tipos. Os tipos mais utilizados são: int (inteiro) float (real) char (literal) Em C++ não possui um tipo especial para armazenar cadeias de caracteres (strings). Deve-se, quando necessário, utilizar um vetor contendo vários elementos do tipo char. Exemplos: float x; Declara uma variável chamada x em que pode ser armazenado um número real. float x,y; Declara duas variáveis chamadas x e y em que podem ser armazenados dois números reais. char resposta; Declara uma variável chamada resposta em que pode ser armazenado um caractere. char nome[30]; Declara uma variável chamada nome em que podem ser armazenados até 30 caracteres. 8.2 Comando de atribuição em C++ O comando de atribuição é utilizado para conceder valores ou operações a variáveis, sendo representado por = (sinal de igualdade). Exemplo: x = 4; y = 2.5; i = A ;

8 Programação de Computadores 1 Prof. Eduardo 8 Em C/C++, os caracteres são representados entre apóstrofos ( ). As cadeias de caracteres devem ser representadas entre aspas ( ). Caso seja necessário armazenar uma cadeia de caracteres dentro de uma variável, deve-se utilizar uma função para manipulação de caracteres, que veremos mais adiante. Em C/C++ cada comando é finalizado com o sinal de ponto-e-vírgula. 8.3 Comando de Entrada O comando de entrada é utilizado para receber dados digitados pelo usuário, que serão armazenados em variáveis. Os comandos de entrada mais utilizados em C/C++ são cin, gets e scanf. Exemplo: cin>>x; Um valor digitado pelo usuário será armazenado na variável x. gets(nome); Um ou mais caracteres digitados pelo usuário serão armazenados na variável nome. scanf(&x); Um valor digitado pelo usuário será armazenado na variável x. O comando gets deve ser utilizado quando se deseja digitar uma cadeia contendo espaços em branco, por exemplo, um nome completo, como Radegondes da Silva. O comando cin consegue armazenar os caracteres até que seja encontrado o primeiro espaço em branco, e os caracteres posteriores serão desprezados (sendo assim, seria armazenado apenas Radegondes). Os comandos gets e scanf armazenam toda a cadeia até que seja pressionada a tecla ENTER. Tanto um comando quanto o outro exigem a inclusão da biblioteca stdio.h, ou seja, #include<stdio.h>. 8.4 Comando de saída O comando de saída é utilizado para mostrar dados na tela. O comandos de saída mais utilizados em C/C++ são cout e printf. Exemplos: cout<<x; Mostra o valor armazenado na variável x. cout<< Conteúdo de X = <<x; Mostra a mensagem Conteúdo de Y: e em seguida o valor armazenado na variável y. printf( %d,y); Mostra o número inteiro armazenado na variável y. printf( Conteúdo de Y = %d,y);

9 Programação de Computadores 1 Prof. Eduardo 9 Mostra a mensagem Conteúdo de Y = e em seguida o valor armazenado na variável y. printf( %f,x); Mostra o número real armazenado na variável x. printf( %5.2f,x); Mostra o número real armazenado na variável x utilizando cinco casas para a parte inteira e duas casas decimais. printf( Conteúdo de X = %5.2f,x); Mostra a mensagem Conteúdo de X = e em seguida o número real armazenado na variável x utilizando cinco casas para a parte inteira e duas casas decimais. No comando printf é necessário indicar o tipo de variável que está mostrada: %f para variáveis que armazenam números reais. %d para variáveis que armazenam números inteiros. %c para variáveis que armazenam um único caractere. %s para variáveis que armazenam um conjunto de caracteres. 8.5 Alguns operadores e funções predefinidas em C++ OPERADOR EXEMPLO COMENTÁRIO = x = y O conteúdo da variável y é atribuído à variável x. (A uma variável pode ser atribuído o conteúdo de outra, um valor constante ou, ainda, o resultado de uma função. + - x + y x - y Soma o conteúdo de x e de y. Subtrai o conteúdo de y do conteúdo de x. * x * y Multiplica o conteúdo de x pelo conteúdo de y. / x / y Obtém o quociente da divisão de x por y. % x % y Obtém o resto da divisão de x por y. O operador % só pode ser utilizado com operandos do tipo inteiro.

10 Programação de Computadores 1 Prof. Eduardo 10 Os operadores matemáticos de atribuição são utilizados para representar de maneira sintética uma operação aritmética e, posteriormente, uma operação de atribuição. Por exemplo, na tabela anterior, o operador += está sendo usado para realizar a operação x + y e, posteriormente, atribuir o resultado obtido à variável x. FUNÇÕES MATEMÁTICAS (utilizar a biblioteca math.h, ou seja, #include<math.h>) FUNÇÃO EXEMPLO COMENTÁRIO Ceil ceil(x) Arredonda um número real para cima. Ex.: ceil(3.2) é 4. Floor floor(x) Arredonda um número real para baixo. Ex.: floor(3.2) é 3. Abs abs(x) Obtém o valor absoluto de x. Cós cos(x) Calcula o cosseno de x (x deve estar representado em radianos) Sin sin(x) Calcula o seno de x (x deve estar representado em radianos) Tan tan(x) Calcula tangente de x (x deve estar representado em radianos) M_PI M_PI Retorna o valor de π. Modf z = modf(x,&y) Decompõe o número real armazenado em x em duas partes: y recebe a parte fracionária e z, a parte inteira do número. Pow pow(x,y) Calcula a potência de x elevado a y. Sqrt sqrt(x) Calcula a raiz quadrada de x. (para raiz cúbica de x, por exemplo, faríamos x elevado a 1/3, no entanto, 1/3 deve ser indicado com 1.0/3.0 divisão entre números reais, pois em C++, 1/3 indica uma divisão entre números inteiros, o que resulta um valor inteiro, isto é, 0, pois em C++, a divisão entre números inteiros sempre resulta em inteiro. Então: = x 1/3 = pow(x,1.0/3.0) As funções sin, cos e tan esperam receber argumentos no formato de radianos, para receberem argumentos em graus, veja: Exercícios: Implementar os algoritmos correspondes em Algoritmos e Estruturas de Dados 1.