Apostilas de Microprocessadores, Notas de estudo de Tecnologia Industrial

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Curso de

Linguagem C

Apesar de ser bom, não é pré-requisito do curso um conhecimento anterior de linguagens de programação. É importante uma familiaridade com computadores. O que é importante é que você tenha vontade de aprender, dedicação ao curso e, caso esteja em uma das turmas do curso, acompanhe atentamente as discussões que ocorrem na lista de discussões do curso. 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. O C é uma linguagem de programação genérica que é utilizada para a criação de programas diversos como processadores de texto, planilhas eletrônicas, sistemas operacionais, programas de comunicação, programas para a automação industrial, gerenciadores de bancos de dados, programas de projeto assistido por computador, programas para a solução de problemas da Engenharia, Física, Química e outras Ciências, etc ... É bem provável que o Navegador que você está usando para ler este texto tenha sido escrito em C ou C++. Estudaremos a estrutura do ANSI C, o C padronizado pela ANSI. Veremos ainda algumas funções comuns em compiladores para alguns sistemas operacionais. Quando não houver equivalentes para as funções em outros sistemas, apresentaremos formas alternativas de uso dos comandos. Sugerimos que o aluno realmente use o máximo possível dos exemplos, problemas e exercícios aqui apresentados, gerando os programas executáveis com o seu compilador. Quando utilizamos o compilador aprendemos a lidar com mensagens de aviso, mensagens de erro, bugs, etc. Apenas ler os exemplos não basta. O conhecimento de uma linguagem de programação transcende o conhecimento de estruturas e funções. O C exige, além do domínio da linguagem em si, uma familiaridade com o compilador e experiência em achar "bugs" nos programas. É importante então que o leitor digite, compile e execute os exemplos apresentados.

AULA 2 - Primeiros Passos

O C é "Case Sensitive" Vamos começar o nosso curso ressaltando um ponto de suma importância: 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 , 4

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. Dois Primeiros Programas Vejamos um primeiro programa em C: #include <stdio.h> /* Um Primeiro Programa / int main () { printf ("Ola! Eu estou vivo!\n"); return(0); } Compilando e executando este programa você verá que ele coloca a mensagem Ola! Eu estou vivo! na tela. Vamos analisar o programa por partes. 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: / Um Primeiro Programa /. O compilador C desconsidera qualquer coisa que esteja começando com / e terminando com */. Um comentário pode, inclusive, ter mais de uma linha. A linha int main() indica que estamos definindo uma função de nome main. 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 palavra int indica que esta função retorna um inteiro. O que significa este retorno será visto posteriormente, quando estudarmos um pouco mais detalhadamente as funções do C. A última linha do programa, return(0) ; , indica o número inteiro que está sendo retornado pela função, no caso o número 0. 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) "Ola! Eu estou vivo!\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 5 - 5 -

int x; scanf("%d",&x); printf("%d",x); return(0); } } 2 - Compile e execute os programas desta página Introdução às Funções Uma função é um bloco de código de programa que pode ser usado diversas vezes em sua execução. O uso de funções permite que o programa fique mais legível, mais bem estruturado. Um programa em C consiste, no fundo, de várias funções colocadas juntas. Abaixo o tipo mais simples de função: #include <stdio.h> int mensagem () /* Funcao simples: so imprime Ola! */ { printf ("Ola! "); return(0); } int main () { mensagem(); printf ("Eu estou vivo!\n"); return(0); } Este programa terá o mesmo resultado que o primeiro exemplo da seção anterior. O que ele faz é definir uma função mensagem() que coloca uma string na tela e retorna 0. Esta função é chamada a partir de main() , que, como já vimos, também é uma função. A diferença fundamental entre main e as demais funções do problema é que main é uma função especial, cujo diferencial é o fato de ser a primeira função a ser executada em um programa.

- Argumentos Argumentos são as entradas que a função recebe. É através dos argumentos que passamos parâmetros para a função. Já vimos funções com argumentos. As funções printf() e scanf() são funções que recebem argumentos. Vamos ver um outro exemplo simples de função com argumentos: #include <stdio.h> int square (int x) /* Calcula o quadrado de x / { printf ("O quadrado e %d",(xx)); return(0); } int main () { 7 - 7 -

int num; printf ("Entre com um numero: "); scanf ("%d",&num); printf ("\n\n"); square(num); return(0); } Na definição de square() dizemos que a função receberá um argumento inteiro x. Quando fazemos a chamada à função, o inteiro num é passado como argumento. Há alguns pontos a observar. Em primeiro lugar temos de satisfazer aos requisitos da função quanto ao tipo e à quantidade de argumentos quando a chamamos. Apesar de existirem algumas conversões de tipo, que o C faz automaticamente, é importante ficar atento. Em segundo lugar, não é importante o nome da variável que se passa como argumento, ou seja, a variável num , ao ser passada como argumento para square() é copiada para a variável x. Dentro de square() trabalha-se apenas com x. Se mudarmos o valor de x dentro de square() o valor de num na função main() permanece inalterado. Vamos dar um exemplo de função de mais de uma variável. Repare que, neste caso, os argumentos são separados por vírgula e que deve-se explicitar o tipo de cada um dos argumentos, um a um. Note, também, que os argumentos passados para a função não necessitam ser todos variáveis porque mesmo sendo constantes serão copiados para a variável de entrada da função. #include <stdio.h> int mult (float a, float b,float c) /* Multiplica 3 numeros / { printf ("%f",ab*c); return(0); } int main () { float x,y; x=23.5; y=12.9; mult (x,y,3.87); return(0); }

- Retornando valores Muitas vezes é necessário fazer com que uma função retorne um valor. As funções que vimos até aqui estavam retornando o número 0. Podemos especificar um tipo de retorno indicando-o antes do nome da função. Mas para dizer ao C o que vamos retornar precisamos da palavra reservada return. Sabendo disto fica fácil fazer uma função para multiplicar dois inteiros e que retorna o resultado da multiplicação. Veja: 8

Veja como você está. Escreva uma função que some dois inteiros e retorne o valor da soma.

Introdução Básica às Entradas e Saídas

- Caracteres Os caracteres são um tipo de dado: o char. O C trata os caracteres ('a', 'b', 'x', etc ...) como sendo variáveis de um byte (8 bit s). Um bit é a menor unidade de armazenamento de informações em um computador. Os inteiros ( int s) têm um número maior de bytes. Dependendo da implementação do compilador, eles podem ter 2 bytes (16 bits ) ou 4 bytes (32 bits ). Isto será melhor explicado na aula

3. Na linguagem C, também podemos usar um char para armazenar valores numéricos inteiros, além de usá-lo para armazenar caracteres de texto. Para indicar um caractere de texto usamos apóstrofes. Veja um exemplo de programa que usa caracteres: #include <stdio.h> int main () { char Ch; Ch='D'; printf ("%c",Ch); return(0); } No programa acima, %c indica que printf() deve colocar um caractere na tela. Como vimos anteriormente, um char também é usado para armazenar um número inteiro. Este número é conhecido como o código ASCII correspondente ao caractere. Veja o programa abaixo: #include <stdio.h> int main () { char Ch; Ch='D'; printf ("%d",Ch); /* Imprime o caracter como inteiro */ return(0); } Este programa vai imprimir o número 68 na tela, que é o código ASCII correspondente ao caractere 'D' (d maiúsculo). Muitas vezes queremos ler um caractere fornecido pelo usuário. Para isto as funções mais usadas, quando se está trabalhando em ambiente DOS ou Windows, são getch() e getche(). Ambas retornam o caractere pressionado. getche() imprime o caractere na tela antes de retorná-lo e getch() apenas retorna o caractere pressionado sem imprimí-lo na tela. Ambas as funções podem ser encontradas no arquivo de cabeçalho conio.h. Geralmente estas funções não estão disponíveis em ambiente Unix (compiladores cc e gcc), pois não fazem parte do padrão ANSI. Podem ser substituídas pela função scanf(), porém sem as 10

mesmas funcionalidades. Eis um exemplo que usa a função getch(), e seu correspondente em ambiente Unix: #include <stdio.h> #include <conio.h> /* Este programa usa conio.h. Se você não tiver a conio, ele não funcionará no Unix */ int main () { char Ch; Ch=getch(); printf ("Voce pressionou a tecla %c",Ch); return(0); } Equivalente ANSI-C para o ambiente Unix do programa acima, sem usar getch(): #include <stdio.h> int main () { char Ch; scanf("%c", &Ch); printf ("Voce pressionou a tecla %c",Ch); return(0); } A principal diferença da versão que utiliza getch() para a versão que não utiliza getch() é que no primeiro caso o usuário simplesmente aperta a tecla e o sistema lê diretamente a tecla pressionada. No segundo caso, é necessário apertar também a tecla . Lembre-se que, se você quiser manter a portabilidade de seus programas, não deve utilizar as funções getch e getche, pois estas não fazem parte do padrão ANSI C !!!

- Strings No C uma string é um vetor de caracteres terminado com um caractere nulo. O caracter nulo é um caractere com valor inteiro igual a zero (código ASCII igual a 0). O terminador nulo também pode ser escrito usando a convenção de barra invertida do C como sendo '\0'. Embora o assunto vetores seja discutido posteriormente, veremos aqui os fundamentos necessários para que possamos utilizar as strings. Para declarar uma string, podemos usar o seguinte formato geral: char nome_da_string[tamanho]; Isto declara um vetor de caracteres (uma string) com número de posições igual a tamanho. Note que, como temos que reservar um caractere para ser o terminador nulo, temos que declarar o comprimento da string como sendo, no mínimo, um caractere maior que a maior string que pretendemos armazenar. Vamos supor que declaremos uma string de 7 posições e coloquemos a palavra João nela. Teremos: J o a o \ ... ... 11 - 11 -

printf("\n\nString resultante: %s", str); return(0); } Nesta string, o terminador nulo está na posição 4. Das posições 0 a 4, sabemos que temos caracteres válidos, e portanto podemos escrevê-los. Note a forma como inicializamos a string str com os caracteres 'J' 'o' 'a' 'o' e '\0' simplesmente declarando char str[10] = "Joao". Veremos, posteriormente que "Joao" (uma cadeia de caracteres entre aspas) é o que chamamos de string constante, isto é, uma cadeia de caracteres que está pré-carregada com valores que não podem ser modificados. Já a string str é uma string variável, pois podemos modificar o que nela está armazenado, como de fato fizemos. No programa acima, %s indica que printf() deve colocar uma string na tela. Vamos agora fazer uma abordagem inicial às duas funções que já temos usado para fazer a entrada e saída.

- printf A função printf() tem a seguinte forma geral: printf (string_de_controle,lista_de_argumentos); Teremos, na string de controle, uma descrição de tudo que a função vai colocar na tela. A string de controle mostra não apenas os caracteres que devem ser colocados na tela, mas também quais as variáveis e suas respectivas posições. Isto é feito usando-se os códigos de controle, que usam a notação %. Na string de controle indicamos quais, de qual tipo e em que posição estão as variáveis a serem apresentadas. É muito importante que, para cada código de controle, tenhamos um argumento na lista de argumentos. Apresentamos agora alguns dos códigos % : Código Significado %d Inteiro %f Float %c Caractere %s String %% Coloca na tela um % Vamos ver alguns exemplos de printf() e o que eles exibem: printf ("Teste %% %%") -> "Teste % %" printf ("%f",40.345) -> "40.345" printf ("Um caractere %c e um inteiro %d",'D',120) -> "Um caractere D e um inteiro 120" printf ("%s e um exemplo","Este") -> "Este e um exemplo" printf ("%s%d%%","Juros de ",10) -> "Juros de 10%" 13 - 13 -

Maiores detalhes sobre a função printf() (incluindo outros códigos de controle) serão vistos posteriormente, mas podem ser consultados de antemão pelos interessados.

- scanf O formato geral da função scanf() é: scanf (string-de-controle,lista-de-argumentos); Usando a função scanf() podemos pedir dados ao usuário. Um exemplo de uso, pode ser visto acima. Mais uma vez, devemos ficar atentos a fim de colocar o mesmo número de argumentos que o de códigos de controle na string de controle. Outra coisa importante é lembrarmos de colocar o & antes das variáveis da lista de argumentos. É impossível justificar isto agora, mas veremos depois a razão para este procedimento. Maiores detalhes sobre a função scanf() serão vistos posteriormente, mas podem ser consultados de antemão pelos interessados. AUTO AVALIAÇÃO Veja como você está: a) Escreva um programa que leia um caracter digitado pelo usuário, imprima o caracter digitado e o código ASCII correspondente a este caracter. b) Escreva um programa que leia duas strings e as coloque na tela. Imprima também a segunda letra de cada string. Introdução a Alguns Comandos de Controle de Fluxo Os comandos de controle de fluxo são aqueles que permitem ao programador alterar a sequência de execução do programa. Vamos dar uma breve introdução a dois comandos de controle de fluxo. Outros comandos serão estudados posteriormente. - if O comando if representa uma tomada de decisão do tipo "SE isto ENTÃO aquilo". A sua forma geral é: if (condição) declaração; A condição do comando if é uma expressão que será avaliada. Se o resultado for zero a declaração não será executada. Se o resultado for qualquer coisa diferente de zero a declaração será executada. A declaração pode ser um bloco de código ou apenas um comando. É interessante notar que, no caso da declaração ser um bloco de código, não é necessário (e nem permitido) o uso do ; no final do bloco. Isto é uma regra geral para blocos de código. Abaixo apresentamos um exemplo: #include <stdio.h> int main () { 14

Podemos ver que o for executa a inicialização incondicionalmente e testa a condição. Se a condição for falsa ele não faz mais nada. Se a condição for verdadeira ele executa a declaração, o incremento e volta a testar a condição. Ele fica repetindo estas operações até que a condição seja falsa. Abaixo vemos um programa que coloca os primeiros 100 números na tela: #include <stdio.h> int main () { int count; for (count=1;count<=100;count=count+1) printf ("%d ",count); return(0); } Outro exemplo interessante é mostrado a seguir: o programa lê uma string e conta quantos dos caracteres desta string são iguais à letra 'c' #include <stdio.h> int main () { char string[100]; /* String, ate' 99 caracteres / int i, cont; printf("\n\nDigite uma frase: "); gets(string); / Le a string / printf("\n\nFrase digitada:\n%s", string); cont = 0; for (i=0; string[i] != '\0'; i=i+1) { if ( string[i] == 'c' ) / Se for a letra 'c' / cont = cont +1; / Incrementa o contador de caracteres / } printf("\nNumero de caracteres c = %d", cont); return(0); } Note o teste que está sendo feito no for: o caractere armazenado em string[i] é comparado com '\0' (caractere final da string). Caso o caractere seja diferente de '\0', a condição é verdadeira e o bloco do for é executado. Dentro do bloco existe um if que testa se o caractere é igual a 'c'. Caso seja, o contador de caracteres c é incrementado. Mais um exemplo, agora envolvendo caracteres: / Este programa imprime o alfabeto: letras maiúsculas */ #include <stdio.h> int main() { char letra; for(letra = 'A' ; letra <= 'Z' ; letra =letra+1) 16

printf("%c ", letra); } Este programa funciona porque as letras maiúsculas de A a Z possuem código inteiro sequencial. AUTO AVALIAÇÃO Veja como você está. a) Explique porque está errado fazer if (num=10) ... O que irá acontecer? b) Escreva um programa que coloque os números de 1 a 100 na tela na ordem inversa (começando em 100 e terminando em 1). c) Escreva um programa que leia uma string, conte quantos caracteres desta string são iguais a 'a' e substitua os que forem iguais a 'a' por 'b'. O programa deve imprimir o número de caracteres modificados e a string modificada. Comentários Como já foi dito, o uso de comentários torna o código do programa mais fácil de se entender. Os comentários do C devem começar com /* e terminar com */. O C padrão não permite comentários aninhados (um dentro do outro), mas alguns compiladores os aceitam. AUTO AVALIAÇÃO Veja como você está: Escreva comentários para os programas dos exercícios já realizados.

Palavras Reservadas do C

Todas as linguagens de programação têm palavras reservadas. As palavras reservadas não podem ser usadas a não ser nos seus propósitos originais, isto é, não podemos declarar funções ou variáveis com os mesmos nomes. Como o C é "case sensitive" podemos declarar uma variável For , apesar de haver uma palavra reservada for , mas isto não é uma coisa recomendável de se fazer pois pode gerar confusão. Apresentamos a seguir as palavras reservadas do ANSI C. Veremos o significado destas palavras chave à medida em que o curso for progredindo: auto break case char const double else enum extern float int long register return short struct switch typedef union unsigned 17 - 17 -

apenas valores positivos. A seguir estão listados os tipos de dados permitidos e seu valores máximos e mínimos em um compilador típico para um hardware de 16 bits. Também nesta tabela está especificado o formato que deve ser utilizado para ler os tipos de dados com a função scanf(): Tipo Num de bits Formato para leitura com scanf Intervalo Inicio Fim char 8 %c -128 127 unsigned char 8 %c 0 255 signed char 8 %c -128 127 int 16 %i -32.768 32. unsigned int 16 %u 0 65. signed int 16 %i -32.768 32. short int 16 %hi -32.768 32. unsigned short int 16 %hu 0 65. signed short int 16 %hi -32.768 32. long int 32 %li -2.147.483.648 2.147.483. signed long int 32 %li -2.147.483.648 2.147.483. unsigned long int 32 %lu 0 4.294.967. float 32 %f 3,4E-38 3.4E+ double 64 %lf 1,7E-308 1,7E+ long double 80 %Lf 3,4E-4932 3,4E+ O tipo long double é o tipo de ponto flutuante com maior precisão. É importante observar que os intervalos de ponto flutuante, na tabela acima, estão indicados em faixa de expoente , mas os números podem assumir valores tanto positivos quanto negativos. Declaração e Inicialização de Variáveis As variáveis no C devem ser declaradas antes de serem usadas. A forma geral da declaração de variáveis é: tipo_da_variável lista_de_variáveis; As variáveis da lista de variáveis terão todas o mesmo tipo e deverão ser separadas por vírgula. Como o tipo default do C é o int , quando vamos declarar variáveis int com algum dos modificadores de tipo, basta colocar o nome do modificador de tipo. Assim um long basta para declarar um long int. Por exemplo, as declarações char ch, letra; long count; float pi; declaram duas variáveis do tipo char (ch e letra), uma variavel long int (count) e um float pi. Há três lugares nos quais podemos declarar variáveis. O primeiro é fora de todas as funções do programa. Estas variáveis são chamadas variáveis globais 19 - 19 -

e podem ser usadas a partir de qualquer lugar no programa. Pode-se dizer que, como elas estão fora de todas as funções, todas as funções as vêem. O segundo lugar no qual se pode declarar variáveis é no início de um bloco de código. Estas variáveis são chamadas locais e só têm validade dentro do bloco no qual são declaradas, isto é, só a função à qual ela pertence sabe da existência desta variável, dentro do bloco no qual foram declaradas. O terceiro lugar onde se pode declarar variáveis é na lista de parâmetros de uma função. Mais uma vez, apesar de estas variáveis receberem valores externos, estas variáveis são conhecidas apenas pela função onde são declaradas. Veja o programa abaixo: #include <stdio.h> int contador; int func1(int j) { /* aqui viria o código da funcao ... / } int main() { char condicao; int i; for (i=0; i<100; i=i+1) { / Bloco do for / float f2; / etc ... ... / func1(i); } / etc ... */ return(0); } A variável contador é uma variável global, e é acessível de qualquer parte do programa. As variáveis condição e i, só existem dentro de main(), isto é são variáveis locais de main. A variável float f2 é um exemplo de uma variável de bloco, isto é, ela somente é conhecida dentro do bloco do for, pertencente à função main. A variável inteira j é um exemplo de declaração na lista de parâmetros de uma função (a função func1 ). As regras que regem onde uma variável é válida chamam-se regras de escopo da variável. Há mais dois detalhes que devem ser ressaltados. Duas variáveis globais não podem ter o mesmo nome. O mesmo vale para duas variáveis locais de uma mesma função. Já duas variáveis locais, de funções diferentes, podem ter o mesmo nome sem perigo algum de conflito. Podemos inicializar variáveis no momento de sua declaração. Para fazer isto podemos usar a forma geral 20