Algoritmos e Programação de Computadores I Prof. Eduardo 1 1. FUNÇÕES

Transcrição

1 Algoritmos e Programação de Computadores I Prof. Eduardo 1 1. FUNÇÕES A identificação de problemas mais complexos resultará no desenvolvimento de algoritmos também mais complexos para resolve-os. Segundo (Ascencio e Campos, 2007), uma abordagem eficiente para este tipo de problema é a divisão do problema mais complexo em problemas mais simples de serem resolvidos. Este método é conhecido como modularização, onde um grande problema é divido em problemas menores e a solução destes problemas menores resultará na solução do problema maior (mais complexo). Estes programas menores são denominados sub-rotinas, subprogramas ou subalgoritmos. Em qualquer tipo de linguagem, um bloco de instruções previamente identificado e que tenha o objetivo de executar uma tarefa específica dentro de um programa é denominado rotina. Se o programa é um sistema mais amplo e desenvolvido para executar vários módulos específicos, então normalmente esse programa possui uma rotina principal. Desse modo, um conjunto de subrotinas comandadas por uma rotina principal forma um programa; assim estamos falando de sistemas desenvolvidos sob a lógica da Programação Estruturada. Nesta programação a ênfase é dada sobre a estruturação do programa a partir do método top-down (de cima para baixo) com os objetivos de obter uma visão geral do problema, escolher a rotina principal do programa, definir as rotinas secundárias (sub-rotinas) e detalhar as instruções de cada sub-rotina, nesta ordem. Um subprograma é um trecho de um algoritmo (futuro programa) maior (mais complexo) que realiza qualquer operação computacional estudada até agora (entrada, processamento, saída). Ele efetua parte de uma tarefa que um algoritmo maior deverá executar. O algoritmo que aciona um subprograma é chamado de algoritmo principal daquele subprograma. O funcionamento de um subprograma corresponde a implementação de uma função, no sentido matemático da expressão, pois um subprograma também retorna um único valor, de um ou mais valores manipulados em uma ou mais operações realizadas. A expressão "função" também é usada na elaboração de um subprograma, onde ela identifica a disponibilização de um ou mais subprogramas para um algoritmo principal, sendo esta expressão (função) uma palavra reservada. Desenvolver um programa estruturado/modular é antes de tudo uma atitude sábia, pois existem muitas razões para isso: (LEITE, 2013) Permitir o reaproveitamento de código já construído; o trabalho é apenas o de encaixá-lo no programa. Evitar que um bloco de código seja repetido várias vezes dentro de um mesmo programa. Permitir alterações no programa de forma mais rápida, pois localizado o erro ele sempre será pontual e isolado de outros blocos. Limitar o tamanho dos blocos de instruções, melhorando consideravelmente a legibilidade e, por conseguinte a manutenção do sistema. Permitir separar o programa em partes que possam ser logicamente compreendidos de forma isolada. Portanto, sub-rotinas, também chamadas subprogramas, são blocos de instruções que realizam tarefas específicas. O código de uma sub-rotina é carregado uma vez e pode ser executado quantas vezes forem necessárias. Como o problema pode ser subdividido em pequenas tarefas, os programas tendem a ficar menores e mais organizados. (ASCENCIO E CAMPOS, 2007) Em algumas linguagens uma sub-rotina pode ser um desses dois tipos: (1) Procedimento; (2) Função. Conforme (Leite, 2013), ambas cumprem o papel de executar um subconjunto específico (módulo) do programa: executar um bloco de instruções quando solicitadas. Entretanto, existe uma diferença entre elas: enquanto a função executa o bloco de instruções e retorna um valor específico para a rotina principal, o procedimento não retorna nada. Portanto, se for invocada uma função e o

2 Algoritmos e Programação de Computadores I Prof. Eduardo 2 valor desse retorno tiver que ser publicado, isto pode ser feito a partir da rotina principal; mas se for invocado um procedimento esse valor só será conhecido lá, no próprio procedimento, pois a rotina principal não terá acesso a esse valor. No caso da linguagem C a figura específica do procedimento não existe; todas as sub-rotinas num programa C são funções, embora possam ser criadas funções que não retornam nada especificamente. Nesses casos particulares o retorno é definido como void. Até agora foi considerada apenas uma função: main(), que na verdade é a função principal de um programa em C. Todos os programas em C têm que ter, pelo menos, essa função. E é a partir dela que as outras são invocadas. Ao executar um programa em C, primeiro o fluxo do programa executa o bloco de instruções da função main(); se dentro desse bloco existir alguma instrução que invoque outra função isto será feito, e depois de executar a função chamada o fluxo retornará para a linha de instrução imediatamente após o ponto de chamada dessa função. Veja: (LEITE, 2013) Ao carregar o programa o fluxo procura a rotina principal e executa sua primeira linha de instrução dentro de seus limites, no caso invoca a função CalFat5() para calcular o fatorial de 5. Então o fluxo do programa é desviado para a função CalFat5() que calcula o fatorial de 5. Depois de calcular o fatorial de 5 o fluxo retorna imediatamente para a rotina principal. A rotina principal pega o retorno da função CalFat5() e coloca-o na variável F. Depois o fluxo segue imediatamente para a instrução abaixo que mostra a frase Fatorial de 5: 120. Pronto, está concluída a chamada da função CalcFat5(). Em C:

3 Algoritmos e Programação de Computadores I Prof. Eduardo 3 Os programas em geral são executados linearmente, uma linha após a outra, até o fim. Entretanto, quando são utilizadas sub-rotinas, é possível a realização de desvios na execução dos programas. Veja a representação de um subprograma, em fluxograma, apresentado a seguir. Estes desvios são efetuados quando uma função é chamada pelo programa principal. Observe o exemplo a seguir: (a numeração das linhas à esquerda está apenas para facilitar a explicação) 1 algoritmo exemplo 2 declaração de variáveis 3 início 4 real sal; 5 escreva( Digite o salário: ); 6 leia(sal); 7 aum calculo(sal); 8 novo_sal sal + aum; 9 escreva( Novo salário:,novo_sal); 10 fim_algoritmo sub-rotina calculo (real sal) 13 início 14 real perc,valor; 15 escreva( Digite o percentual de aumento: ); 16 leia(perc); 17 valor sal * perc/100; 18 retorne valor; 19 fim_sub-rotina calculo O algoritmo apresentado tem como objetivo receber o salário de um funcionário e calcular o novo salário. Para resolver este problema, utilizou-se o programa principal (representado pelo bloco de instruções entre as linhas 1 e 10) e sub-rotina (representada pelo bloco de instruções entre as linhas 12 e 19). O programa principal é executado linearmente até a linha 7. Neste ponto, existe uma chamada à sub-rotina calculo (que recebe como parâmetro o valor do salário inicial) e o programa principal fica temporariamente suspenso. A ordem de execução das instruções é, então, desviada para a linha 12, onde começa a sub-rotina calculo. A execução só volta ao programa principal quando o comando retorne é executado (linha 18). Esse comando é responsável também por devolver ao programa principal um valor calculado dentro da sub-rotina (nesse exemplo, foi devolvido o conteúdo da variável valor). A execução do programa principal é retornada exatamente no ponto em que foi interrompida; dessa maneira, o valor devolvido pela sub-rotina é atribuído à variável aum (linha 7). A partir daí, o programa volta a ser executado linearmente até o fim (linha 10).

4 Algoritmos e Programação de Computadores I Prof. Eduardo 4 O exemplo apresentado mostra a utilização de uma sub-rotina que recebe um parâmetro (o valor atual do salário) e que, ao final, retorna um valor (aumento que será dado ao salário) para quem a chamou. Porém, as sub-rotinas podem não receber parâmetros nem retornar valor. Outro ponto que precisa ser destacado é que, dentro das sub-rotinas, pode ocorrer declaração de variáveis, chamadas variáveis locais. Elas recebem este nome porque podem ser utilizadas apenas dentro da sub-rotina. Quando a execução desta chega ao fim, essas variáveis são destruídas e seus conteúdos são perdidos. Variáveis declaradas fora de qualquer sub-rotina são chamadas de globais. Elas recebem este nome porque qualquer ponto do programa, incluindo as sub-rotinas, pode utilizá-las. São destruídas quando a execução do programa chega ao fim. Observação: Não se aconselha a utilização excessiva de variáveis globais, por tornar difícil a manutenção e a busca por erros nos programas. 2. FUNÇÕES EM C Um importante recurso apresentado nas linguagens de programação é a modularização, onde um programa pode ser particionado em sub-rotinas bastante específicas. A linguagem C/C++ possibilita a modularização por meio das funções. Um programa escrito na linguagem C/C ++ tem, no mínimo, uma função chamada main, por onde a execução começa. Existem também muitas outras funções predefinidas na linguagem C/C++, por exemplo: clrscr(), gets(), strcmp(), strcpy() etc. Estas funções são adicionadas aos programas pela diretiva #include, no momento da "linkedição". Além disso, o usuário também pode criar quantas funções quiser, dependendo do problema que estiver sendo resolvido pelo programa. As funções às vezes precisam receber valores externos, chamados parâmetros, e também podem devolver algum valor produzido para o ambiente externo, denominado retomo. Os parâmetros são representados por uma lista de variáveis colocadas dentro de parênteses, logo após o nome da função. Caso haja retomo, a última linha da função deverá incluir o comando return, seguido do valor ou variável que será devolvido a quem chamou a função. O tipo do valor retornado deverá ser exatamente igual ao tipo informado antes do nome da função. Caso não haja retorno, deverá ser digitada a palavra void Funções sem passagem de parâmetros e sem retorno O tipo mais simples de função é aquele que não recebe nenhuma informação no momento de sua chamada e que também não repassa nenhum valor para quem a chamou. A seguir é apresentado um exemplo (a numeração das linhas não faz parte do programa, servindo apenas para facilitar a explicação). 1 #include <stdio.h> 2 void soma() 3 int a, b, s; 4 printf("\ndigite o primeiro numero: "); 5 scanf( %d,&a); 6 printf("\ndigite o primeiro numero: "); 7 scanf( %d,&b); 8 s=a+b; 9 printf("\nsoma %d",s); main() soma(); 14

5 Algoritmos e Programação de Computadores I Prof. Eduardo 5 Como já comentado na seção 2, a execução de programa escrito em C/C++ sempre começa pela função main. No exemplo, a execução se inicia na linha 11. Na linha 13, existe uma chamada à função soma. Neste ponto, o fluxo da execução é desviado para a linha 2. Depois são executadas as linhas 3 até 10. Quando a execução atinge a linha 10, a marca de final da função é encontrada. Neste momento, o fluxo da execução retorna para a linha 14, exatamente abaixo de onde ocorreu o desvio para a função soma. Na linha 14 está a marca de finalização da função main. Assim, a execução do programa é concluída. Devemos destacar que, no momento em que a função soma foi chamada, na linha 13, nenhum valor ou variável foi colocado entre parênteses, indicando que não houve passagem de parâmetros. Além disso, dentro da função soma não foi utilizado o comando return, sinalizando que ela não retornou valor para quem a chamou. Por esta razão, seu tipo é void Funções com passagem de parâmetros e sem retorno O segundo tipo de função é representado por aquelas que recebem valores no momento em que são chamadas (Parâmetros), mas que, no final, não devolvem valor para quem as chamou (retorno). A seguir é mostrado um exemplo (a numeração das linhas não faz parte do programa, servindo apenas para facilitar a explicação). 1 #include <stdio.h> 2 void calcula_mediaint numerol, int numero2) 3 float media; 4 media = (numerol + numero2) / 2 ; 5 printf("\nmédia: %f",media); 6 7 main () 8 int nl, n2; 9 printf("\ndigite o primeiro numero: )"; 10 scanf( %d,&n1); 11 printf("\ndigite o primeiro numero: "); 12 scanf( %d,&n2); 13 calcula_media (nl, n2); 14 No exemplo, a execução iniciou-se na linha 7. A partir daí, são executadas sequencialmente as linhas 8 até 13. Nas linhas 9 e 11, dois valores são recebidos e armazenados nas variáveis n1 e n2. Chegando à linha 13, o fluxo da execução é desviado para a função calcula_media, levando para lá os valores das variáveis n1 e n2. Serão então executadas as linhas 2 a 6, onde está a marca de encerramento da função. O fluxo de execução retorna à função main, na linha 14, imediatamente abaixo do ponto de chamada da função calcula _media. Deste modo, a execução do programa é concluída. Devemos destacar que, no momento em que a função calcula_media foi chamada, na linha 13, duas variáveis foram colocadas entre parênteses, indicando que houve passagem de parâmetros. Os valores delas, são copiados para as variáveis numero1 e numero2, descritas no cabeçalho da função, na linha 2. Além disso, dentro da função calcula_media não foi utilizado o comando return, indicando que ela não retornou valor para quem a chamou. Por esta razão, seu tipo foi definido como void Funções sem passagem de parâmetros e com retorno O terceiro tipo de função é representado por aquelas que não recebem valores no momento em que são chamadas (parâmetros), mas que, no final, devolvem um valor para quem as chamou (retorno). A seguir é apresentado um exemplo (a numeração das linhas não faz parte do programa, servindo apenas para facilitar a explicação).

6 Algoritmos e Programação de Computadores I Prof. Eduardo 6 1 #include <stdio.h> 2 float multiplicacao () 3 float multiplicando, multiplicador, produto; 4 printf( \ndigite o valor do multiplicando: ); 5 scanf( %f,&multiplicando); 6 printf( \ndigite o valor do multiplicador: ); 7 scanf( %f,&multiplicador); 8 produto = multiplicando * multiplicador; 9 return produto; main( ) 12 float resposta; 13 resposta = multiplicacao( ); 14 printf("\no produto é: %f ", resposta); 15 No exemplo, a execução tem início na linha 11. A partir daí, a linha 12 é executada e, ao chegar à linha 13, o fluxo de execução é desviado para a função multiplicacao, na linha 2. Assim, as linhas 2 a 9 são executadas. Ao chegar à linha 9, o comando return é encontrado. Isto indica que a execução da função chegou ao fim e que o conteúdo da variável produto será devolvido para quem a chamou. O fluxo de execução, então, retoma à função main, na linha 11, e o valor retornado é atribuído à variável resposta. Devemos destacar que, no momento em que a função multiplicacao foi chamada, na linha 13, nenhum valor ou variável foi colocado entre parênteses, o que indica que não houve passagem de parâmetros. Além disso, dentro da função multiplicacao foi utilizado o comando return produto, significando que o valor da variável produto foi devolvido a quem a chamou. Por esta razão, o tipo da função é float, exatamente igual ao tipo do valor retornado Funções com passagem de parâmetros e com retorno O quarto tipo de função é representado por aquelas que recebem valores no momento em que são chamadas (parâmetros) e que, no final, devolvem um valor para quem as chamou (retorno). A seguir é apresentado um exemplo (a numeração das linhas não faz parte do programa, servindo apenas para facilitar a explicação). 1 #include <stdio.h> 2 float divisao(int dividendo, int divisor) 3 float q; 4 q = dividendo / divisor; 5 return q; main() 9 int nl, n2; 10 float resposta; 11 printf("\ndigite o valor do dividendo: "); 12 scanf( %d,&nl); 13 printf("\ndigite o valor do divisor: "); 14 scanf( %d,&n2); 15 resposta = divisao(nl, n2); 16 printf("\no resultado da divisão é: %f ",resposta); 17 No exemplo, a execução iniciou na linha 8. Nas linhas 11 e 13, dois valores são recebidos e armazenados nas variáveis n1 e n2. Chegando à linha 15, o fluxo de execução é desviado para a função divisao, levando para lá os valores das variáveis n1 e n2. Serão então executadas as linhas 2, 3 e 4. Ao chegar à linha 5, o comando return é encontrado. Isto indica que a execução da função chegou ao fim e que o conteúdo da variável q será devolvido para quem a chamou. O fluxo de execução retoma à função main, na linha 15, e o valor retornado é atribuído à variável resposta.

7 Algoritmos e Programação de Computadores I Prof. Eduardo 7 Devemos destacar que, no momento em que a função divisao foi chamada, na linha 15, duas variáveis foram colocadas entre parênteses, indicando que houve passagem de parâmetros. Assim, os valores destas variáveis são copiados, respectivamente, para as variáveis dividendo e divisor, descritas no cabeçalho da função, na linha 2. Além disso, dentro da função divisao foi utilizado o comando return q, sinalizando que o valor da variável q será devolvido a quem a chamou. Por esta razão, o tipo da função é exatamente igual ao tipo do valor retornado. Observação: Em qualquer programa, podemos escrever funções antes ou depois da função main. Se optarmos por escrevê-las antes, nenhum cuidado especial será necessário. Porém, se optarmos por escrevê-las abaixo da função main, deveremos fazer uso dos protótipos de função. Protótipo de uma função é uma linha exatamente igual ao cabeçalho da função (terminando com um ponto-e-vírgula) que sempre deverá ser escrita antes da função main. Esta linha é responsável por informar ao compilador quais outras funções serão encontradas ao término da main. Observe o exemplo a seguir. #include <stdio.h> float divisao(int dividendo, int divisor); // esta linha descreve o protótipo main() int nl, n2; float r; printf( \ndigite o primeiro número: ); scanf( %d,&nl); do printf("\ndigite o segundo número: "); scanf( %d,&n2); while (n2 == 0); r = divisaonl, n2); printf( \na divisão resultou em: %f,r); float divisaoint dividendo, int divisor) float q; q = dividendo / divisor; return q; 3. Passagem de vetor e matriz como parâmetros para uma função A linguagem C não permite que vetores e matrizes sejam passados na integra como parâmetro para uma função. Para resolver esse problema, deve-se passar apenas o endereço da posição inicial do vetor ou da matriz. Esse endereço é obtido utilizando-se o nome do vetor (ou da matriz) sem o índice entre colchetes. Isto quer dizer que é possível passar um vetor para uma função somente se essa passagem for por referência. Vetor Ex: passar um vetor de 3 posições para uma função calcular a média. float media(vetor[ ]); //protótipo da função float vetor[3]; //declaração do vetor nomeado vetor m=media(vetor); //chamando a função media

8 Algoritmos e Programação de Computadores I Prof. Eduardo 8 endereço da posição inicial Matriz A chamada (dentro do programa principal) utiliza apenas o nome da matriz, como acontece com os vetores. O cabeçalho da função exige que seja informado o tipo da matriz, o seu nome e o número de colunas. As linhas não são informadas. Exemplos com vetor e matriz: 1. Faça uma função que receba um vetor A de dez elementos inteiros como parâmetro. Ao final dessa função, deverá ter sido gerado um vetor B contendo o fatorial de cada elemento de A. O vetor B deverá ser mostrado no programa principal. #include <stdio.h> void fatoriais(int a[], int b[]) int i, j; for (i=0;i<4;i++) if ((a[i] == 0) (a[i] == 1)) b[i] = 1; else b[i]=1; for (j=1;j<=a[i];j++) b[i] = b[i] * j; main() int x,vet1[4], vet2[4]; for (x=0;x<4;x++) printf("digite o elemento %d de A: ",x+1); scanf("%d",&vet1[x]); fatoriais(vet1,vet2); for (x=0;x<4;x++) printf("\no fatorial de %d --> %d",vet1[x],vet2[x]);

9 Algoritmos e Programação de Computadores I Prof. Eduardo 9 2. Faça uma função que receba uma matriz A5x5 e retorne a soma de seus elementos. #include <stdio.h> int soma_matriz(int m[][3]) int i, j, soma; soma=0; for (i=0;i<3;i++) for (j=0;j<3;j++) soma = soma + m[i][j]; return soma; main() int x, y, s, matriz[3][3]; for (x=0;x<3;x++) for (y=0;y<3;y++) printf("digite o elemento matriz[%d][%d]: ",x+1,y+1); scanf("%d",&matriz[x][y]); s=soma_matriz(matriz); printf("\na soma dos elementos da matriz: %d",s); 3. Crie um programa que carregue uma matriz 2x3 com números inteiros. Utilize uma função para copiar todos os valores da matriz para um vetor de seis posições. Este vetor deverá ser mostrado no programa principal. #include <stdio.h> void gera_vetor(int m[][3], int v[]); //protótipo main() int mat[2][3], vet[6], i, j; for (i=0; i<2; i++) for (j=0;j<3;j++) printf("digite o numero da posicao [%d][%d]: ",i+1,j+1); scanf("%d",&mat[i][j]); gera_vetor(mat, vet); printf("\nvetor gerado\n"); for (i=0; i<6; i++) printf("\nposicao vet[%d]: %d",vet[i]); void gera_vetor(int m[][3], int v[]) int i, j, k; k = 0; for (i=0; i<2; i++) for (j=0;j<3;j++) v[k] = m[i][j]; k = k + 1;

10 Algoritmos e Programação de Computadores I Prof. Eduardo 10 Exercícios: 1 Criar um algoritmo que mostre um menu com as seguintes opções: 1 Área do retângulo 2 Área do triângulo 3 Área da circunferência 4 Sair Se opção = 1, deve-se ler a base e a altura e executar a função retângulo. Se for escolhida a opção 2, deve-se ler a base e a altura e chamar a função triângulo. Se for escolhido a opção 3, devese ler o raio e chamar a função circunferência. O algoritmo só termina quando for digitada a opção 4. 2 Faça um algoritmo contendo uma função que retorne 1 se o número for positivo ou 0 se for negativo. 3 Faça uma função que receba dois números positivos por parâmetro e retorne a soma dos N números inteiros existentes entre eles. 4 Crie uma função que receba três números inteiros a, b e c, sendo a maior que 1. A função deverá somar todos os inteiros entre b e c que sejam divisíveis por a (inclusive b e c) e retorne o resultado para a função principal. 5 Elabore um algoritmo contendo uma função que receba as três notas de um aluno como parâmetros e uma letra. Se a letra for A, a função deverá calcular a média aritmética das notas do aluno; se for P, deverá calcular a média ponderada, com pesos 5, 3 e 2. A média calculada deverá ser devolvida ao programa principal para, então, ser mostrada. 6 - Faça um algoritmo que leia 3 notas no programa principal (usar vetor). Passar o vetor para uma função calcular a média. Referências bibliográficas ASCENCIO, Ana F. Gomes. CAMPOS, Edilene A.V. Campos. Fundamentos da Programação de Computadores: Algoritmos, Pascal, C/C++ e Java. São Paulo: Pearson Prentice Hall, LEITE, Mário. Curso Básico de C: Prático e Fácil. Rio de Janeiro: Editora Ciência Moderna Ltda., 2013.