Programando em C++ Joel Saade. Novatec Editora Ltda.
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- Tomás Amorim Aldeia
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1 Programado em C++ Joel Saade Novatec Editora Ltda.
2 Programado em C++ Capítulo 1 Itrodução Este capítulo trata, de forma breve, a história de C e C++. Apreseta a estrutura básica de um programa C++, o míimo ecessário para o desevolvimeto de qualquer programa. Mostra a criação de um primeiro programa e aida, de forma itrodutória, o coceito de amespaces e as etapas para a criação de programas C++. Histórico da liguagem C A liguagem C foi desevolvida por Deis M. Ritchie, dos Laboratórios Bell, o iício da década de 1970, quado trabalhava o projeto de desevolvimeto do Uix, que seria utilizado em um computador PDP-11 da Digital Equipmet Corporatio (DEC). Para a criação de um sistema operacioal, é ecessário uma liguagem de programação cocisa, que produza um código compacto, programas rápidos e que cotrole o hardware de maeira eficiete. Embora a liguagem Assembly pudesse ateder a tais ecessidades, ão seria coveiete utilizá-la, pois o Uix ficaria restrito à plataforma de hardware ode estava sedo desevolvido. A proposta era a de que o Uix fosse executado em várias plataformas de hardware. Daí a ecessidade de uma liguagem que combiasse a eficiêcia de uma liguagem de baixoível (como o Assembly) e a portabilidade de uma liguagem de alto-ível. Nesse cotexto, a liguagem C foi criada. A liguagem C herdou idéias e características de outras liguages de programação, otadamete da liguagem BCPL, criada em 1967 por Marti Richards, e da liguagem B, criada por Ke Thompso em Em 1978, foi publicado o livro The C Programmig Laguage, de Bria W. Kerigha e Deis M. Ritchie, costituido-se a defiição padrão da liguagem C. Essa primeira versão ficou cohecida como K&R C (dos sobreomes de seus criadores, Kerigha e Ritchie). Como a liguagem C gahou popularidade e adquiriu maturidade, o America Natioal Stadards Istitute (ANSI) criou, em 1983, um comitê para estabelecer um padrão, cocluído em 1989 e deomiado ANSI C. Após a publicação desse padrão, o K&R C ficou cohecido como C clássico. 14
3 Capítulo 1 Itrodução Histórico e características de C++ A exemplo da liguagem C, C++ também foi desevolvida os Laboratórios Bell, por Bjare Stroustrup o iício da década de 1980, com a primeira versão liberada em C++ baseiase a liguagem C, a qual Stroustrup adicioou características de orietação a objetos, herdadas da liguagem Simula 67. Assim, excluido-se detalhes, C tora-se um subcojuto de C++. Isso quer dizer que, um programa C é também um programa C++. C++ C Como C++ torou-se rapidamete uma liguagem de larga utilização, em 1990, o ANSI criou um comitê, chamado ANSI X3J16, cujo objetivo era desevolver um padrão para C++. Logo, a Iteratioal Orgaizatio for Stadardizatio (ISO), com um comitê próprio, chamado ISO-WG-21, uiu-se ao ANSI com o mesmo objetivo. Essa uião é cohecida como comitê ANSI/ISO. Desde 1990, esse comitê tem publicado documetos, chamados Committee Draft (CD), referetes à padroização. Em abril de 1995, foi liberado o primeiro documeto. Em dezembro de 1996, foi liberado o segudo documeto, que itroduziu recursos, como exceções, templates e a STL (Stadard Template Library). O padrão iteracioal fial, deomiado ISO/IEC 14882:1998, foi adotado em 1998 pela ISO, pelo Iteratioal Electrotechical Committee (IEC) e pelo ANSI. C++ é uma liguagem de propósitos gerais com uma tedêcia para a programação de sistemas, que suporta programação de baixo-ível os moldes tradicioais, abstração de dados e orietação a objetos. C++ apreseta vatages em relação à liguagem C, tais como verificação de tipos e modularização, cotedo aida melhorias que icluem costates simbólicas, fuções ilie, argumetos-default para fuções, sobrecarga de fuções, operadores de gereciameto de armazeagem livre (free store), referêcia e programação geérica. Embora C++ utilize a biblioteca-padrão de C (defiida pelo padrão ANSI C), cota com uma biblioteca mais específica, a biblioteca-padrão de classes. O ome C++ tem origem o operador de icremeto (++) da liguagem C, que adicioa 1 ao valor de uma variável. C++, etão, sugere uma versão aumetada de C. 15
4 Programado em C++ Estrutura de um programa C++ A estrutura básica de um programa C++ é simples: #iclude <... > usig amespace...; tipo mai() { comados; } Observações: #iclude faz referêcia a um arquivo-cabeçalho; usig amespace refere-se à utilização de um amespace; tipo idica o tipo de valor a ser retorado pela fução mai(); mai() é uma fução obrigatória em programas C++. Todo programa tem sua execução iiciada por ela idepedete da sua localização, porque mai() ão precisa ser a primeira fução de um programa; { e } idicam, o iício e o fim da fução mai(). A seguir, um exemplo de programa C++. // primeiro.cpp #iclude <iostream> usig amespace std; it mai() { // Exibe uma frase a tela cout << Meu Primeiro Programa C++. O iesquecível!\ ; retur 0; } Esse programa, embora completo, ão pode ser executado. É preciso passar pelas fases de compilação e lik-edição para que se tore um programa executável. No ambiete djgpp, digite: gcc -c primeiro.cpp e em seguida, gxx -o primeiro.exe primeiro.o No ambiete Liux, digite g++ primeiro.cpp -o primeiro Para executá-lo, digite primeiro : Resultado da execução do programa Meu Primeiro Programa C++. O iesquecível! 16
5 Capítulo 1 Itrodução Observações: Na liha #iclude <iostream>, iostream é um arquivo-cabeçalho. Na liha usig amespace std;, std é um amespace. Na liha it mai(), it é o tipo do valor a ser retorado pela fução mai(). É obrigatório. A liha // Exibe uma frase a tela é um cometário. Um cometário é idetificado pelos caracteres // e é igorado pelo compilador. Pode ser escrito após um comado. cout é um objeto de C++ que exibe iformações a saída-padrão do sistema operacioal (ormalmete, o moitor). A liha retur 0; ecerra a execução da fução mai() com o valor de retoro 0. O comado retur é ecessário porque o valor de retoro é obrigatório. As lihas de comados termiam com o caractere ; (poto-e-vírgula). Mais iformações sobre criação, compilação e lik-edição de programas C++ são ecotradas os ites Etapas para a criação de um programa e Como compilar e likar programas, págs. 19 e 20. Arquivos-cabeçalho São arquivos que cotêm protótipos de fuções, defiições de macros, declarações de tipos, de estruturas, de classes e de costates, ecessários às fuções da biblioteca de C++. Os arquivos-cabeçalho são processados em uma fase aterior à compilação chamada préprocessameto. São idicados o iício do programa-fote pela palavra-chave #iclude, deomiada diretiva. Essa diretiva iclui o programa-fote o arquivo-cabeçalho especificado. Um programa poderá coter quatos arquivos-cabeçalho forem ecessários. Um programador poderá criar seus arquivos-cabeçalho. A diretiva #iclude possui dois formatos: Formato #iclude <xxx> #iclude "xxx" Sigificado O arquivo-cabeçalho xxx será procurado o diretório-padrão de arquivos-cabeçalho. O arquivo-cabeçalho xxx será procurado o diretório correte, e se ão for ecotrado, o diretório-padrão de arquivos-cabeçalho. Nomes de arquivos-cabeçalho Os compiladores C++ possuem vários arquivos-cabeçalho, cada um com sua fialidade. A utilização desses arquivos tem origem a liguagem C. Iicialmete, C++ seguiu o mesmo camiho trazedo, por exemplo, o arquivo-cabeçalho iostream.h. Num processo atural de evolução, C++ deixa de utilizar extesões, ficado a extesão.h reservada aos arquivoscabeçalho da liguagem C, que programas C++ também podem utilizar. Assim, o arquivocabeçalho iostream.h passa a ser chamar iostream. 17
6 Programado em C++ Os arquivos-cabeçalho da liguagem C, que foram covertidos para utilização com C++, receberam o prefixo c em seus omes, por exemplo, ctype.h passou a se chamar cctype. Os arquivos-cabeçalho de C++ perderam o.h, mas icorporaram um ovo coceito: amespace. Arquivo-cabeçalho Extesão Exemplo Programas que utilizam C.h ctype.h C/C++ C++ (padrão atigo).h iostream.h C++ C++ (ovo padrão) Não há iostream C++ com amespace Covertido Não há cctype (prefixo c) C++ Namespaces: uma itrodução Imagie duas caixas de ferrametas (caixa 1 e caixa 2), cada uma com as seguites ferrametas: martelo e alicate. Alguém diz: Pegue o martelo. E daí a perguta: O martelo da caixa 1 ou da caixa 2?, pois existem ferrametas iguais em caixas de ferrametas diferetes. Nota-se que é preciso uma forma para idetificar as ferrametas de cada uma das caixas. Assim, o pedido poderia ser feito da seguite forma: Pegue o martelo da caixa 1 ou Pegue o martelo da caixa 2. De forma escrita, poderia ser criada uma coveção que implicasse o seguite: o ome de quem cotém seguido do ome de quem está cotido, etão, caixa1::martelo e caixa2::martelo. Situação semelhate ocorre em programas C++, ão com martelos e alicates, mas com omes de fuções, variáveis, estruturas e classes. Em uma situação real, softwares adquiridos de fotes diferetes poderão coter, embora ão propositalmete, variáveis, fuções, estruturas e classes com os mesmos omes, que a tetativa de sua utilização, levaria a erros a compilação, pois o compilador ão saberia qual delas utilizar. A utilização de amespaces elimia o coflito etre omes (idetificadores) iguais, permitido que sejam utilizados em harmoia. Para ilustrar, supoha que uma mesma fução, chamada calcular, coste de dois pacotes de software de empresas distitas e que cada pacote coteha o seu amespace: calc1 e calc2. Etão para utilizar a fução calcular, serão ecessárias as otações calc1::calcular(valor1); e calc2::calcular(valor3); para idividualizar cada uma das fuções. Namespace é o escopo ode um idetificador deve ser úico. Solucioa o problema de coflito de omes iguais. O amespace std Nos vários arquivos-cabeçalho, há o amespace std, ode estão defiidos os vários elemetos que estão sob esse amespace, como por exemplo, os objetos ci e cout. O programa seguite mostra a utilização do amespace predefiido std. No caso, todos os omes desse amespace ficam dispoíveis. // amspa01.cpp #iclude <iostream> usig amespace std; 18
7 Capítulo 1 Itrodução it mai() { it idade; cout << Digite a sua idade: ; ci >> idade; cout << Você tem << idade << aos de idade << \ ; retur 0; } : Resultado da execução do programa Digite a sua idade: 29 Você tem 29 aos de idade Mais iformações sobre amespaces são ecotradas o Capítulo 6 Classes de memória e amespaces. Etapas para a criação de um programa Um programa C++, como o do exemplo aterior, é deomiado programa-fote (extesão.cpp), que ão pode ser executado pelo computador. Com o programa-fote cocluído, serão ecessárias duas etapas para que o mesmo tore-se um programa executável: Compilação: execução de um programa (o compilador) para traduzir o programa-fote a chamada liguagem de máquia. O programa resultate é deomiado programaobjeto (extesão.o). Lik-edição: execução de um programa (o liker) para ligar ao programa-objeto, códigoobjeto de fuções utilizadas e rotias-padrão de iicialização. O programa resultate é deomiado programa executável. É possível também likar vários programas-objeto para criar um úico programa executável, em aplicações multiprograma. Graficamete: Programa-fote Compilador Código-objeto de fuções Programa-objeto Rotias-padrão Liker Programa executável 19
8 Programado em C++ Como compilar e likar programas Compilação e lik-edição costituem duas etapas distitas. Para tato, é ecessário executar o compilador e em seguida, o liker. Compilação de um úico programa Supodo o programa-fote amspa01.cpp, do exemplo aterior. No ambiete djgpp Para compilar, digite: gcc -c amspa01.cpp Não havedo erros o programa amspa01.cpp, será criado o programa-objeto amspa01.o. Para likar, digite: gxx -o amspa01.exe amspa01.o Será criado o programa executável amspa01.exe. No ambiete Liux Para compilar e likar, digite: g++ amspa01.cpp -o amspa01 Será criado o programa executável amspa01. Compilação de vários programas Supodo os programas-fote prog01.cpp e prog02.cpp. No ambiete djgpp Para compilar, digite: gcc -c prog01.cpp prog02.cpp Não havedo erros os programas prog01.cpp e prog02.cpp, serão criados os programas-objeto prog01.o e prog02.o. Para likar, digite: gxx -o prog99.exe prog01.o prog02.o Será criado o programa executável prog99.exe. No ambiete Liux Para compilar e likar, digite: g++ prog01.cpp prog02.cpp -o prog99 Será criado o programa executável prog99. Automatizado a compilação e a lik-edição de programas No ambiete djgpp, para evitar a digitação das duas lihas, é possível criar um arquivo.bat para automatizar a compilação e a lik-edição. 20
9 Capítulo 1 Itrodução Crie um arquivo-texto chamado, por exemplo, cl.bat com o o seguite coteúdo: CLS gcc -c %1.cpp IF NOT EXIST %1.o GOTO fim gxx -o %1.exe %1.o :fim Para compilar e likar seus programas, digite cl e o ome do programa-fote, sem a extesão, pois já está o arquivo cl.bat: cl prog01 Teste seus cohecimetos 1. Escreva F para seteças falsas e V para seteças verdadeiras. 1. A liguagem C foi desevolvida os laboratórios da Hewlett-Packard (HP). ( ) 2. A primeira versão da liguagem C também é cohecida como K&R C. ( ) 3. A liguagem C++ foi desevolvida os Laboratórios Bell, por Bjare Stroustrup. ( ) 4. ANSI C é a deomiação dada à liguagem C após a sua padroização pelo ANSI. ( ) 5. Com a criação de C++, a liguagem C tora-se um subcojuto de C++. ( ) 6. A fução mai() é opcioal em programas C++. ( ) 7. #iclude é uma diretiva utilizada a fase de pré-processameto. ( ) 8. O uso de amespaces permite que idetificadores iguais sejam utilizados sem coflitos. ( ) 9. Os arquivos-cabeçalho são processados a fase de pré-processameto. ( ) 10. Para que um programa C++ possa ser executado, precisa passar pelas fases de lik-edição e compilação. ( ) 11. Um programa C++ escrito pelo programador é deomiado programa-objeto. ( ) 21
CAPÍTULO 5 CIRCUITOS SEQUENCIAIS III: CONTADORES SÍNCRONOS
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