1. Revisão de Vetores, Ponteiros, Funções e Estruturas em C

Transcrição

1 Introdução à Computação II Revisão de Vetores, Ponteiros, Funções e Estruturas em C Prof. Renato Tinós Local: Depto. de Computação e Matemática (FFCLRP/USP) 1

2 Principais Tópicos 1.1. Revisão de Vetores em C Strings Matrizes 1.2. Revisão de Ponteiros em C 1.3. Revisão de Funções em C 1.4. Revisão de Estruturas em C 1.5. Alocação Dinâmica de Vetores 2

3 1.1. Vetores Tipos de dados atômicos em C char 8 bits (1 byte) int 16 ou 32 bits (2 ou 4 bytes) short int 16 bits (2 bytes) long int 32 bits (4 bytes) float 32 bits (4 bytes) double 64 bits (8 bytes) long double 80 bits (10 bytes) 3

4 1.1. Vetores Definição: coleção de valores de dados individuais com as seguintes características: Contém tipos de dados homogêneos Ex.: vetor de inteiros só pode ter elementos do tipo inteiro Contém dados que podem ser ordenados 4

5 1.1. Vetores Pode-se pensar em um vetor como uma seqüência de dados atômicos Os dados atômicos em um vetor são chamados de elementos Vetor possui duas propriedades fundamentais Tipo de elemento Tamanho do vetor 5

6 1.1. Vetores Declaração tipo nome[tamanho] Ex.: int vetor[10]; Tamanho do vetor pode ser especificado como uma constante Facilita mudança do tamanho Ex.: #define NElementos 10 int vetor[nelementos]; 6

7 1.1. Vetores Indexação Cada elemento de um vetor é identificado por um índice Em C, o primeiro elemento tem índice igual a 0 e o último tem índice igual ao número de elementos 1 Ex. vetor de 4 elementos possui os índices 0, 1, 2, 3 7

8 1.1. Vetores Para se referir a um elemento específico de um vetor, devem ser fornecidos: Nome do vetor Índice correspondente à posição do elemento dentro do vetor Ex.: A nota do segundo juiz é dada por notas[1] 8

9 1.1. Vetores Expressão com seleção Funciona como uma simples variável Ex.: nota[2] = 9.4; É importante distinguir entre índice de um elemento e valor de um elemento nota Índice = 2 Valor = 9.4 9

10 1.1. Vetores Expressão com seleção É possível mudar os valores em um vetor, mas nunca o seu tamanho Valor do índice não precisa ser uma constante Pode ser qualquer expressão cujo resultado é um tipo escalar (Ex.: int, short, long) for (i = 0; i < NJuizes; i++){ notas[i] = 0.0; } 10

11 1.1. Vetores Tamanho do vetor Deve ser constante Muitas vezes não se sabe quantos elementos o vetor vai conter Estratégias Declarar tamanho como o número máximo de elementos possível (tamanho alocado)» Declarar um inteiro para indicar número de elementos utilizados (tamanho efetivo) Alocação dinâmica 11

12 1.1. Vetores Inicialização de vetores Valores iniciais podem ser atribuídos a uma variável do tipo vetor quando da sua declaração Ex.: int digitos[10] = { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 } Neste caso, o tamanho do vetor pode ser omitido Ex.: int digitos[ ] = { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 } Obs.: A Linguagem C não checa se você passou dos limites de um vetor 12

13 1.1. Vetores Exemplo Vetores /* Programa: Vetores*/ # include <stdio.h> main(){ int val[100]; int i; } for (i = 0; i < 100; ++i){ val[i] = i; } 13

14 Strings Strings são representados internamente como vetores de caracteres Caracteres são armazenados em bytes consecutivos Final de string é representado por \0 Ex.: Compilador C reserva 6 bytes para o string Hello Declaração: char hello = { H, e, l, l, o, \0 }; ou char str[6] = Hello ; H e l l o \0 14

15 Strings Como strings são vetores, elementos individuais podem ser selecionados e manipulados int i, n_espacos; n_espacos = 0; for (i = 0; str[i]!= \0 ; i++){ if (str[i] == ) n_espacos++; } 15

16 Strings Bibliotecas de operações sobre strings Exporta operações que permitem a manipulação de strings Interface ANSI string.h para manipular strings Biblioteca padrão da linguagem C Fornece um conjunto de operações avançadas Permite trabalhar com o string inteiro utilizando uma simples chamada de função 16

17 Strings Funções mais comuns de string.h : Nome strcpy (s1, s2) strcat (s1, s2) strlen (s1) strcmp (s1, s2) strchr (s1, ch) strstr (s1, s2) Função Copia s2 em s1 Concatena s2 ao final de s1 Retorna o tamanho de s1 Retorna 0 se s1 ==s2; menor que 0 se s1<s2; maior que 0 se s1>s2 Retorna um ponteiro para a primeira ocorrência de ch em s1 Retorna um ponteiro para a primeira ocorrência de s2 em s1 17

18 Matrizes São vetores multi-dimensionais Quando os elementos de um vetores são vetores Ex.: double mat [3][3]; mat[0][0] mat[0][1] mat[0][2] mat[1][0] mat[1][1] mat[1][2] mat[2][0] mat[2][1] mat[2][2] 18

19 Matrizes mat [0] mat [1] mat [2] { { { mat [0] [0] mat [0] [1] mat [0] [2] mat [1] [0] mat [1] [1] mat [1] [2] mat [2] [0] mat [2] [1] mat [2] [2] Internamente, C representa mat como um vetor de três elementos Cada elemento é um vetor de três valores ponto-flutuantes Na memória, estes nove valores formam uma lista unidimensional 19

20 Matrizes Inicialização Como os vetores, podem ser inicializadas na declaração Para enfatizar a estrutura geral, valores de cada vetor interno são inicializados entre chaves double ident [3][3] = { {1.0, 0.0, 0.0 }, {0.0, 1.0, 0.0 }, {0.0, 0.0, 1.0 } }; 20

21 Matrizes Exemplo Matrizes /* Programa: Matrizes */ #include <stdio.h> main() { } int t, i, num[3][4]; for(t=0; t<3; ++t) { for(i=0; i<4; ++i) { num[t][i] = 0; } } 21

22 1.2. Ponteiros Apontadores Variável que contém um endereço de memória Este endereço é geralmente a posição de uma outra variável na memória Quando uma variável contém o endereço de uma outra, diz-se que a primeira variável aponta para a segunda 22

23 1.2. Ponteiros Endereço Valor de uma variável do tipo ponteiro Memória 23

24 1.2. Ponteiros Por que usar? Permitem que as funções possam modificar seus argumentos de chamada São usados para suportar rotinas de alocação de memória permitem que novos vetores sejam alocados durante a execução do programa Podem substituir as matrizes proporcionando aumento da eficiência 24

25 1.2. Ponteiros Por outro lado, ponteiros são perigosos Podem causar o travamento do sistema quando Não-inicializados São utilizados incorretamente (descuidados) Podem causar bugs nos programas quando São utilizados incorretamente 25

26 1.2. Ponteiros Variáveis ponteiros devem ser declaradas como tal tipo-base *nome-da-variavel O tipo base do ponteiro define que tipo de variáveis o ponteiro pode apontar Tecnicamente, qualquer tipo de ponteiro pode apontar para qualquer lugar na memória Aritmética de ponteiros é feita pelo tipo base, assim é importante declarar o ponteiro corretamente 26

27 1.2. Ponteiros Operadores de ponteiros Operador unário & fornece o endereço na memória de seu operando (variável ou constante) Ex.: m = &val; & pode ser lido como endereço de Operador unário * é o complemento de & Devolve o valor da variável armazenada no endereço que o segue Ex.: x = *val; * pode ser lido como no endereço 27

28 1.2. Ponteiros Exemplo Ponteiros /* Programa: ponteiro 1*/ #include <stdio.h> main( ){ int x, y; int *p1; x = 100; p1 = &x; / * pega o endereço de x! */ y = *p1; / * pega o valor de x! */ printf("%d", y); /* escreve o valor de x! */ } 28

29 1.2. Ponteiros Exemplo Ponteiros /* Programa: ponteiro 2*/ #include <stdio.h> void main(void){ int x; int *p1, *p2; p1 = &x; p2 = p1; } printf("%p", p2); /* escreve o valor hexadecimal do endereco de x! */ 29

30 1.2. Ponteiros Relacionamento entre ponteiros e vetores Em C, o nome de um vetor tem como valor o endereço do primeiro elemento deste vetor Ex.: int lista[5]; /* lista é idêntico a &lista[0] */ Nome de um vetor equivale a um ponteiro para o primeiro elemento do vetor Nome de um vetor pode ser atribuído a uma variável do tipo ponteiro Usado quando um vetor é passado de uma função para outra 30

31 1.2. Ponteiros Diferença entre ponteiros e vetores ocorre na alocação de memória durante a declaração Ex.: int vet[5]; Reserva 5 posições consecutivas, cada uma capaz de armazenar um valor do tipo inteiro Ex.: int *p; Reserva apenas uma palavra Suficiente para armazenar um endereço de memória 31

32 1.2. Ponteiros Como usar um ponteiro como um vetor: Atribuir ao ponteiro o endereço base do vetor Ex. p = vet; /*p e vetor se tornam sinônimos */ Ponteiro pode ser inicializado para uma nova memória que ainda não foi utilizada Permite a criação de novos vetores durante execução do programa (alocação dinâmica) 32

33 1.2. Ponteiros Funcionamento do tipo vetor Ex.: double lista [3]; Reserva espaço para três variáveis do tipo double (tipo double ocupa 8 bytes) Cada elemento de um vetor é um valor O vetor lista tem um endereço Endereço pode ser definido com o operador & lista [0] lista [1] lista [2] 33

34 1.2. Ponteiros Sejam as declarações: double lista [3]; double *p; lista [0] lista [1] 1016 lista [2] 1024 p 34

35 1.2. Ponteiros Um ponteiro pode indicar para outro ponteiro O primeiro ponteiro contém o endereço do segundo ponteiro, que aponta para uma variável com o valor desejado Declaração tipo **nome; Pode ser usado em matrizes 35

36 1.3. Funções Função ou Procedimento ou Sub-Rotina Agrupa um conjunto de comandos e associa a ele um nome O uso deste nome é uma chamada da função Após sua execução, programa volta ao ponto do programa situado imediatamente após a chamada A volta ao programa que chamou a função é chamada de retorno 36

37 1.3. Funções A chamada de uma função pode passar informações (argumentos) para o processamento da função Argumentos = lista de expressões Lista pode ser vazia Lista aparece entre parênteses após o nome da função Ex. int Soma(int x, int y) { 37

38 1.3. Funções Comando return Encerra a execução da função (procedimento) Função: valor da expressão retorna como o valor da função Procedimentos e Funções Em procedimentos return; Em funções return (expressão); Expressão não precisa estar entre parênteses 38

39 1.3. Funções Definições e protótipos de funções Funções são definidas de acordo com a seguinte sintaxe: tipo nome (lista de parâmetros) { corpo de função } 39

40 1.3. Funções Definições e protótipos de funções Tipo de resultado Quando a função é um procedimento (ou seja, não retorna nenhum valor), usa-se a palavra chave void Procedimento não retorna valor Lista de parâmetros Funcionam como variáveis locais com valores iniciais Quando função não recebe parâmetros, a lista de parâmetros é substituída pela palavra void 40

41 1.3. Funções Funcionamento de uma chamada: Cada expressão na lista de argumentos é avaliada O valor da expressão é convertido, se necessário, para o tipo de parâmetro formal Este tipo é atribuído ao parâmetro formal correspondente no início do corpo da função O corpo da função é executado 41

42 1.3. Funções Funcionamento de uma chamada: Se um comando return é executado, o controle é passado de volta para o trecho que chamou a função Se um comando return inclui uma expressão, o valor da expressão é convertido, se necessário, pelo tipo do valor que a função retorna O valor então é retornado para o trecho que chamou a função Se um comando return não inclui uma expressão nenhum valor é retornado ao trecho que chamou a função 42

43 1.3. Funções Funcionamento de uma chamada: Se não existir um comando return, o controle é passado de volta para o trecho que chamou a função após o corpo da função ser executado 43

44 1.3. Funções Passagem de informações Ocorre através da declaração de argumentos dentro da declaração Declaração de argumentos informa o número e tipo dos argumentos Conjunto de argumentos forma uma lista de declarações de variáveis separadas por vírgulas Ex.: double bolsa, double notas, int idade 44

45 Passagem de informações por valor 1.3. Funções Significa que uma nova variável será criada dentro da função e receberá o valor da variável passada como parâmetro As novas variáveis só existem dentro da função Caso não seja especificado, não poderá mais ser utilizada depois que a função foi finalizada Alterações nos valores das novas variáveis não alteram os valores da variável passada como parâmetro O mesmo vale quando usamos o return, só que agora no sentido inverso 45

46 1.3. Funções float media (float prova_1, float prova_2, float trabalho) { float final; } if (trabalho > 5){ final = 0.2*trabalho + 0.8*(prova_1+prova_2)/2 ; } else{ final = 0.1*trabalho + 0.9*(prova_1+prova_2)/2 ; } return final; void main(void) { for (i=0;i<nro_alunos;i++) { media_aluno[i]=media(p1[i],p2[i],t [i]); } } 46

47 1.3. Funções Passagem de informações por referência Permite que uma variável passada como referência possa ser manipulada dentro da função Utilização de ponteiros Em C, vetores inteiros podem ser passados como parâmetro Tamanho do vetor não precisa ser informado na declaração da função Geralmente, passa-se junto uma variável com o tamanho do vetor 47

48 1.3. Funções void norm(float *x, float *y) { } float N; N = 10.0; *x = *x / N; *y = *y / N void main(void) { float a, b, m; norm( &a, &b ); printf( Valores = %f, %f, a, b); } 48

49 1.3. Funções Se uma função recebe um vetor de uma dimensão, o parâmetro formal pode ser declarado como ponteiro ou vetor Exemplos (todos têm o mesmo efeito): func (int *x){... } func (int x[10]){... } func (int x[]){... } 49

50 1.3. Funções Protótipos Antes de usar uma função em C, é aconselhável declará-la especificando seu protótipo Tem a mesma forma que a função, só que substitui o corpo por um (;) Nomes das variáveis de um parâmetro são opcionais Fornecê-los ajuda a leitura do programa 50

51 1.3. Funções Mecanismo do processo de chamada de função 1. Valor dos argumentos é calculado pelo programa que está chamando a função 2. Sistema cria nova espaço para todas as variáveis locais da função (estrutura de pilha) 3. Valor de cada argumento é copiado na variável parâmetro correspondente na ordem em que aparecem 3.1 Realiza conversões de tipo necessárias 51

52 1.3. Funções Mecanismo do processo de chamada de função 4. Comandos do corpo da função são executados até: 4.1 Encontrar comando return 4.2 Não existirem mais comandos para serem executados 5. O valor da expressão return, se ele existe, é avaliado e retornado como valor da função 6. Pilha criada é liberada 7. Programa que chamou continua sua execução 52

53 1.3. Funções Projeto top-down Procedimentos e funções permitem dividir um programa em pedaços menores Facilita sua leitura É chamado de processo de decomposição Estratégia de programação fundamental Encontrar a decomposição certa não é fácil Requer experiência 53

54 1.3. Funções Projeto top-down Melhor estratégia para escrever programas é começar com o programa principal Pensar no programa como um todo Identificar as principais partes da tarefa completa Maiores pedaços são candidatos a funções Mesmos estas funções podem ser decompostas em funções menores Continuar até cada pedaço ser simples o suficiente para ser resolvido por si só 54

55 1.4. Estruturas Estrutura Coleção de variáveis referenciada sobre um mesmo nome Meio conveniente de manter informações relacionadas juntas Conhecida também como Registro (Pascal) ou Variável Composta Heterogênea Permite criar novos tipos de dados 55

56 1.4. Estruturas Declaração Forma uma fonte que pode ser usada para criar variáveis de estruturas struct nome_da_estrutura { tipo nome_da elemento_1; tipo nome_da elemento_2; }; 56

57 1.4. Estruturas O compilador define um novo tipo de dado a partir da definição da estrutura As variáveis da estrutura são conhecidas como elementos da estrutura ou membros da estrutura Os elementos da estrutura são logicamente relacionados entre si 57

58 1.4. Estruturas Para utilização da estrutura definida, variáveis do tipo de dado definido devem ser criadas struct nome_da_estrutura nome_da_variavel_estrutura; Isto declarará a variável estrutura nome_da_variável_estrutura do tipo nome_da_estrutura 58

59 1.4. Estruturas O compilador irá alocar automaticamente memória suficiente para acomodar todas as variáveis que compreendem a estrutura Exemplo Estruturas struct endereco { char nome[40]; char rua[50]; char cidade[20]; char estado[3]; unsigned long int cep; }; main( ){ struct endereco cliente; nome 40 bytes rua 50 bytes cidade 20 bytes estado 3 bytes cep 4 bytes cliente 117 bytes 59

60 1.4. Estruturas As variáveis podem ser declaradas logo depois da estrutura struct nome_da_estrutura { tipo nome_do_elemento_1; tipo nome_do_elemento_2; } nome_das_variaveis_estrutura; 60

61 1.4. Estruturas Referência As variáveis de uma estrutura são selecionadas através do operador ponto nome_da_estrutura.nome_do_elemento; 61

62 1.4. Estruturas Exemplo Estruturas struct endereco { char nome[40]; char rua[50]; char cidade[20]; char estado[3]; unsigned long int cep; }; main( ){ struct endereco cliente; strcpy(cliente.cidade, "Sao Paulo"); cliente.cep = ; 62

63 1.4. Estruturas Exemplo Estruturas struct endereco { char nome[40]; char rua[50]; char cidade[20]; char estado[3]; unsigned long int cep; }; main( ){ struct endereco cliente; gets(cliente.cidade); printf( Cidade: %s \n,cliente.cidade); 63

64 1.4. Estruturas Vetores e matrizes podem ser declarados como sendo do tipo de uma estrutura nome_da_estrutura nome_da_variavel_estrutura[tamanho]; Exemplo : struct endereco { ; }; main( ){ struct endereco cliente[25]; gets(cliente[i].nome); 64

65 1.4. Estruturas Ponteiros para estruturas Da mesma maneira que para qualquer outro tipo de variável, C permite ponteiros para estruturas Declaração: struct nome_da_estrutura *nome_da_variavel_estrutura; Quando ponteiro é utilizado para referenciar uma variável do tipo estrutura, o operador seta (->) deve ser utilizado para referenciar um de seus membros 65

66 1.4. Estruturas Ponteiros para estruturas Exemplo: struct saldo { float valor; char nome[100]; }; main( ){ struct saldo *p, cliente; p = &cliente; p->valor = ; 66

67 1.4. Estruturas Typedef Permite definir novos nomes de tipos de dados Forma geral typedef tipo nome; Exemplos: typedef float flutuante; main ( ) { flutuante a; } typedef struct cliente_tipo { } cliente; main ( ) { cliente clist[n]; } 67

68 Exercícios Exercício 1.1. Escreva um programa em C em que 1. o usuário possa entrar com o tamanho de um vetor e com seus elementos 2. tenha uma função que imprima os valores e os índices do maior elemento do vetor 3. tenha uma função que imprima os valores e os índices do menor elemento do vetor 68

69 Exercícios Exercício 1.2. Escreva um programa em C em que o usuário possa entrar com os elementos de um vetor e que ordene de forma crescente os seus elementos. Imprima o novo vetor. 69

70 Exercício 1.3. Escrever um programa C que 1. Possua uma estrutura chamada aluno com os seguintes elementos i. Nome (string) ii. Numero USP (long int) iii. Média Final (float) Exercícios 2. Tenha um menu que permita realizar as seguintes operações i. Entrar com dados dos aluno ii. Mostrar dados do aluno iii. Mostrar os dados de todos alunos ordenados de acordo com o valor das médias finais iv. Sair Observações: Procurar dados do aluno através de seu número USP Entrar com os dados de 5 alunos para teste 70

71 1.5. Alocação Dinâmica Permite a criação dinâmica de variáveis e vetores durante a execução do programa Se alocação dinâmica não é utilizada, o programador deve saber de antemão a quantidade de espaço necessária para cada variável ou vetor Em C, Variáveis globais são armazenadas em área de armazenamento de tamanho fixo Variáveis locais são armazenadas em uma pilha 71

72 Utilização da memória em C 1.5. Alocação Dinâmica Alta Pilha Espaço para Alocação Dinâmica Variáveis Globais Baixa Programa 72

73 1.5. Alocação Dinâmica Em C, podem ser usadas malloc( ) Aloca memória void *malloc(unsigned numero_bytes) free( ) Como o ponteiro é do tipo void, pode ser atribuído qualquer tipo de dado Desaloca memória 73

74 #include <stdlib> // Alocacao dinamica de vetor de inteiros int *aloc_vetor(int linhas){ int *vetor; 1.2. Ponteiros vetor = (int *)malloc(linhas*sizeof(int)); if (!vetor) { printf("erro de alocacao de vetor de inteiros!\n"); exit(1); } return vetor; } void main(void){ int tam, *v; v = aloc_vetor(tam); free(v); // desalocacao 74

75 #include <stdlib> // Alocacao dinamica de matriz de floats float **aloc_matriz(int linhas, int colunas){ int i; float **Matriz; Matriz = (float **)malloc(linhas*sizeof(float)); for (i=0;i<linhas;i++) { Matriz[i] = (float *)malloc(colunas*sizeof(float)); } if (!Matriz) { printf("erro de alocacao da matriz ( %d x %d )!", linhas, colunas); exit(1); } return Matriz; } // continuacao no proximo slide 75

76 // continuacao // Desalocacao dinamica de matriz de floats void desaloc_matriz(float **Matriz, int linhas) { int i; } for(i=0;i<linhas;i++) { free(matriz[i]); } void main(void){ int lin, col; float **M; M = aloc_matriz(lin, col); desaloc_matrizf(m, lin); 76