Programação linguagem C: introdução, Manuais, Projetos, Pesquisas de Teoria dos Jogos

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Aprendendo

a

Programar

Programando

na

Linguagem C

Para Iniciantes

Jaime Evaristo

Terceira Edição

Revisada/Ampliada

Edição Digital

(cópias autorizadas)

Aprendendo a Programar Programando na Linguagem C

Jaime Evaristo

Professor Adjunto

Instituto de Computação

Universidade Federal de Alagoas

Sumário

• 1 Introdução à Programação.................................................................................................................
  • 1.1 Organização básica de um computador.....................................................................................
  • 1.2 Linguagem de máquina..............................................................................................................
  • 1.3 Programas de computadores......................................................................................................
  • 1.4 Lógica de programação..............................................................................................................
  • 1.5 Resolução de problemas............................................................................................................
  • 1.6 Processador de um algoritmo.....................................................................................................
  • 1.7 Exemplos de algoritmos matemáticos.....................................................................................
  • 1.8 Linguagens de alto nível..........................................................................................................
  • 1.9 Sintaxe e semântica de uma instrução.....................................................................................
  • 1.10 Sistemas de computação........................................................................................................
  • 1.11 Exercícios propostos..............................................................................................................
• 2. Introdução à Linguagem C.............................................................................................................
  • 2.1 Variáveis simples.....................................................................................................................
  • 2.2 Constantes................................................................................................................................
  • 2.3 Expressões aritméticas.............................................................................................................
  • 2.4 Relações...................................................................................................................................
  • 2.5 Expressões lógicas...................................................................................................................
  • 2.6 Estrutura de um programa em C..............................................................................................
  • 2.7 Entrada dos dados de entrada...................................................................................................
  • 2.8 Saída de dados.........................................................................................................................
  • 2.9 Comando de atribuição............................................................................................................
  • 2.10 Exemplos Parte I....................................................................................................................
  • 2.11 Funções de biblioteca.............................................................................................................
  • 2.12 Exercícios propostos..............................................................................................................
• 3 Estruturas de seleção.......................................................................................................................
  • 3.1 O que é uma estrutura de seleção.............................................................................................
  • 3.2 O comando if...........................................................................................................................
  • 3.3 O comando if else....................................................................................................................
  • 3.4 O operador condicional ternário..............................................................................................
  • 3.5 Exemplos Parte II.....................................................................................................................
  • 3.6 O comando switch...................................................................................................................
  • 3.7 Exemplos Parte III...................................................................................................................
  • 3.8 Exercícios propostos................................................................................................................
• 4. Estruturas de repetição...................................................................................................................
  • 4.1 Para que servem as estruturas de repetição..............................................................................
  • 4.2 O comando for.........................................................................................................................
  • 4.3 O comando while.....................................................................................................................
  • 4.4 O comando do while................................................................................................................
  • 4.5 O comando break em estruturas de repetição..........................................................................
  • 4.6 Exemplos Parte IV...................................................................................................................
  • 4.7 Exercícios propostos................................................................................................................
• 5. Funções e ponteiros........................................................................................................................
  • 5.1 O que são funções....................................................................................................................
  • 5.2 Para que servem funções..........................................................................................................
  • 5.3 Passagem de parâmetros..........................................................................................................
  • 5.4 Ponteiros..................................................................................................................................
  • 5.5 Passagem de parâmetros por referência no Turbo C 2.01.......................................................
  • 5.6 Uma urna eletrônica.................................................................................................................
  • 5.7 Recursividade...........................................................................................................................
  • 5.8 Usando funções de outros arquivos.........................................................................................
  • 5.9 "Tipos" de variáveis.................................................................................................................
  • 5.10 Uma aplicação à História da Matemática..............................................................................
  • 5.11 Exercícios propostos..............................................................................................................
• 6 Vetores.............................................................................................................................................
  • 6.1 O que são vetores.....................................................................................................................
  • 6.2 Declaração de um vetor unidimensional..................................................................................
  • 6.3 Vetores e ponteiros..................................................................................................................
  • 6.4 Lendo e escrevendo um vetor..................................................................................................
  • 6.5 Exemplos Parte IV...................................................................................................................
  • 6.6 Vetores multidimensionais......................................................................................................
  • 6.7 Exemplos Parte V....................................................................................................................
  • 6.8 Uma aplicação esportiva..........................................................................................................
  • 6.9 Exercícios propostos................................................................................................................
• 7 Pesquisa e ordenação.......................................................................................................................
  • 7.1 Introdução................................................................................................................................
  • 7.2 Pesquisa sequencial..................................................................................................................
  • 7.3 Pesquisa binária.......................................................................................................................
  • 7.4 Ordenação..............................................................................................................................
  • 7.5 Exercícios propostos..............................................................................................................
• 8. Cadeias de caracteres (strings).....................................................................................................
  • 8.1 Introdução..............................................................................................................................
  • 8.2 Funções de biblioteca para manipulação de cadeias de caracteres........................................
  • 8.3 Exemplos Parte VI.................................................................................................................
  • 8.4 Exercícios propostos..............................................................................................................
• 9 Estruturas e Arquivos....................................................................................................................
  • 9.1 O que são estruturas...............................................................................................................
  • 9.2 Exemplos Parte VII................................................................................................................
  • 9.3 O que são arquivos.................................................................................................................
  • 9.4 Arquivos de registros (Arquivos binários).............................................................................
  • 9.5 Arquivo texto.........................................................................................................................
  • 9.6 Exercícios propostos..............................................................................................................
• 10 Noções básicas de alocação dinâmica de memória
  • 10.1 O que é alocação dinâmica..................................................................................................
  • 10.2 Armazenando dinamicamente um polinômio......................................................................
  • 10.3 Listas....................................................................................................................................
  • 10.4 Exercícios propostos............................................................................................................
• Bibliografia.......................................................................................................................................
• Índice remissivo................................................................................................................................

O código ASCII Para que haja a possibilidade da comunicação do homem com o computador, é necessário que as palavras da linguagem escrita sejam traduzidas para a linguagem de máquina e vice-versa. Para que isto seja possível, é necessário que se estabeleça qual a sequência de bit's que corresponde a cada caractere usado na linguagem escrita. Ou seja, é necessário que se estabeleça uma codificação em sequência de bit's para cada um dos caracteres. Uma codificação muito utilizada é o código ASCII ( American Standard Code for Information Interchange ou Código Padrão Americano para Intercâmbio de Informações ), estabelecido pelo ANSI ( American National Standards Institute ). Nesta codificação, cada caractere é representado por uma sequência de oito bits (normalmente, um conjunto de oito bit's é chamado byte ). Só para exemplificar (será visto ao longo do livro que, em geral, não há necessidade de que se conheça os códigos dos caracteres), apresentamos a tabela abaixo com os códigos ASCII de alguns caracteres. Tabela 1 Códigos ASCII de alguns caracteres Caractere Código ASCII Espaço em branco 00100000 ! 00100001 " 00100010

...... 0 00110000 1 00110001 ...... A 01000001 B 01000010 ...... Z 01011010 ...... a 01100001 .... .. Observe a necessidade de se haver codificado o espaço em branco (este "caractere" é utilizado para separar nossas palavras) e de se haver codificado diferentemente as letras maiusculas e minúsculas, para que se possa considerá-las como coisas distintas. Levando em conta que cada sequência de zeros e uns pode ser vista como a representação de um número inteiro no sistema binário de numeração [Evaristo, J 2002], podemos, até para facilitar a sua manipulação, associar a cada código ASCII o inteiro correspondente, obtendo assim o que se costuma chamar de código ASCII decimal. Por exemplo, como 1000001 é a representação do número (decimal) 65 no sistema binário de numeração, dizemos que o código ASCII decimal de A é 65. 1.3 Programas de computadores Para que um computador tenha alguma utilidade, ele deve executar um programa que tenha uma finalidade específica. Games são programas que têm como objetivo propiciar entretenimento aos seus usuários. Processadores de texto são programas que permitem que textos sejam digitados, impressos e armazenados para futuras modificações ou impressões. Planilhas eletrônicas são programas que oferecem recursos para manipulação de tabelas de valores numéricos. Navegadores permitem acessos a páginas da internet , a rede mundial de computadores. Estes programas destinam-se a usuários finais , aquelas pessoas que vão utilizar o computador com um determinado objetivo específico, usando para tal um programa que ela aprendeu a usar, não tendo nenhuma preocupação relativa ao funcionamento interno do sistema computador/programa. Por exemplo, um usuário de um processador de texto deve aprender o que fazer para que o processador destaque em negrito alguma parte do texto ou localize uma palavra, não havendo necessidade de saber como o programa realiza estas ações. Na verdade, para que um processador de texto propicie ao usuário a possibilidade de que textos sejam digitados, corrigidos, gravados, inseridos em outros textos e de que palavras sejam localizadas dentro de um

texto, é necessária a execução de muitas instruções com objetivos bem mais específicos e restritos. Um programa de computador é, na realidade, um conjunto de instruções que podem ser executadas pelo computador, de tal forma que a execução de subconjuntos destas instruções permitem a realização de ações mais genéricas. É muito grande o número de instruções dos programas citados acima, chegando à casa dos milhares. Rigorosamente falando, um programa dos acima citados são conjunto de programas menores, cada um deles com objetivos mais restritos, e que podem ser executados de forma integrada. É comum se utilizar a palavra inglesa software para designar um conjunto de programas com objetivos mais restritos que, sendo executados de forma integrada, propiciam a execução de ações bem mais genéricas. A parte da Ciência da Computação que trata do desenvolvimento de softwares é denominada Engenharia de Software. Naturalmente, o estudo da Engenharia de Software deve ser precedido da aprendizagem do desenvolvimento de programas “menores”, ação que comumente é denominada de Programação de Computadores. 1.4 Lógica de programação Sendo um conjunto de instruções cujas execuções redundam na realização da tarefa para a qual foi desenvolvido, o desenvolvimento de um programa requer a utilização de um raciocínio ímpar em relação aos raciocínios utilizados na solução de problemas de outros campos do saber. Por exemplo (e de forma simplificada) ao se tentar resolver um problema de Mecânica Newtoniana deve-se procurar capturar da especificação da questão as grandezas físicas envolvidas e aplicar as fórmulas que relacionam estas grandezas. Para se desenvolver um programa que resolva um determinado problema é necessário que encontremos uma sequência de instruções que cujas execuções resultem na solução da questão. É comum se utilizar a termo algoritmo para indicar uma sequência de instruções que resolvem um dado problema, ficando, neste caso, o termo programa para indicar um algoritmo que pode ser executado num computador. A Lógica de Programação pode ser entendida como o conjunto de raciocínios utilizados para o desenvolvimento de algoritmos (e, portanto, de programas). Por exemplo, imagine a seguinte questão: um senhor, infelizmente bastante gordo, está numa das margens de um rio com uma raposa, uma dúzia de galinhas e um saco de milho. O senhor pretende atravessar o rio com suas cargas, num barco a remo que só comporta o senhor e uma das cargas. Evidentemente, o senhor não pode deixar em uma das margens, sozinhos, a raposa e a galinha, nem a galinha e o milho. A questão é escrever um algoritmo que oriente o senhor a realizar o seu intento. Naturalmente, na primeira viagem, ele não pode levar a raposa (neste caso, as galinhas comeriam o milho), nem o milho (caso em que a raposa devoraria as galinhas). Logo, na primeira viagem ele deve levar as galinhas. Como ele estará presente na chegada, na segunda viagem ele pode levar a raposa ou o milho. Mas, e a volta para apanhar terceira carga? A solução é ele voltar com as galinhas e, aí, atravessar o milho, já que não há problema em que a raposa e o milho fiquem juntos. Escrevendo as instruções na sequência em que elas devem ser executadas, teremos o seguinte algoritmo.

1. Atravesse as galinhas.
2. Retorne sozinho.
3. Atravesse a raposa.
4. Retorne com as galinhas.
5. Atravesse o milho.
6. Retorne sozinho.
7. Atravesse as galinhas. 1.5 Resolução de problemas Uma pergunta que o leitor pode estar se fazendo é: como vou "descobrir" que a primeira instrução deve ser a travessia das galinhas? Algumas tarefas para as quais se pretende escrever um algoritmo podem ser vistas como um problema

5. (A, 1), (B, 0).

6. (A, 0), (B, 1).

7. (A, 3), (B, 1).

8. (A, 0), (B, 4).

Outras questões que podem ser levantadas são: há outras soluções? Existe alguma solução que realize a mesma tarefa com uma quantidade menor de instruções? Para responder a estas questões talvez seja interessante lembrar que 4 = 5 – 1. Significa que, se conseguirmos tirar 1 litro do recipiente de 5 litros quando ele estiver cheio, resolveremos a questão. Para conseguir isto, basta que o recipiente de 3 litros contenha 2 litros. E para se obter 2 litros? Aí basta ver que 2 = 5 – 3. Podemos então resolver a questão com o seguinte algoritmo, constituído de apenas seis instruções:

1. Encha o recipiente de 5 litros.
2. Com o conteúdo do recipiente de 5 litros, encha o de 3 litros.
3. Esvazie o recipiente de 3 litros.
4. Transfira o conteúdo do recipiente de 5 litros para o recipiente de 3 litros.
5. Encha o recipiente de 5 litros.
6. Com o conteúdo do recipiente de 5 litros, complete o recipiente de 3 litros. Após a execução de cada uma das instruções teremos:
7. (A, 0), (B, 5).
8. (A, 3), (B, 2).
9. (A, 0), (B, 2).
10. (A, 2), (B, 0).
11. (A, 2), (B, 5).
12. (A, 3), (B, 4). Uma outra técnica bastante utilizada é se tentar raciocinar a partir de uma solução conhecida de uma outra questão. Para compreender isto considere as duas seguintes questões: imagine uma relação de n números, os quais podem ser referenciados por ai com i = 1, 2, ..., n e queiramos somá-los com a restrição de que só sabemos efetuar somas de duas parcelas. Para resolver esta questão, podemos pensar em casos particulares: se n = 2, basta somar os dois números; se n = 3, basta somar os dois primeiros e somar esta soma com o terceiro. Naturalmente este raciocínio pode ser reproduzido para n > 3. A questão é que a soma dos dois primeiros deve estar "guardada" para que se possa somá-la com o terceiro, obtendo-se a soma dos três primeiros; esta soma deve ser "guardada" para que seja somada com o quarto e assim sucessivamente. Para isto podemos estabelecer uma referência à soma "atual", a qual será alterada quando a soma com o elemento seguinte for efetuada. Até para somar os dois primeiros, pode-se pensar em somar "a soma do primeiro" com o segundo. Temos então o seguinte algoritmo:
13. Faça i = 1.
14. Faça Soma = a 1.
15. Repita n – 1 vezes as instruções 3.1 e 3.2. 3.1. Substitua i por i + 1. 3.2. Substitua Soma por Soma + ai. Por exemplo: se n = 5 e a 1 = 8, a 2 = 4, a 3 = 9, a 4 = 13 e a 5 = 7, a execução do algoritmo resultaria nas seguintes ações:
16. i = 1.
17. Soma = 8. 3.1.1. i = 2. 3.2.1. Soma = 8 + 4 = 12 3.1.2. i = 3. 3.2.2. Soma = 12 + 9 = 21. 3.1.3. i = 4. 3.2.3. Soma = 21 + 13 = 34. 3.1.4. i = 5. 3.2.4. Soma = 34 + 7 = 41. Naturalmente, na execução acima estamos indicando por 3.1.x e 3.2.x a execução de ordem x das

instruções 3.1 e 3.2. Como veremos ao longo do livro, este algoritmo é bastante utilizado em programação, sendo mais comum até o primeiro termo da relação ser "somado" dentro da repetição. Neste caso, para que o primeiro seja somado, é necessário que Soma seja inicializado com 0 (zero), ficando assim o algoritmo:

1. Faça i = 0.
2. Faça Soma = 0.
3. Repita n vezes as instruções 3.1 e 3.2. 3.1. Substitua i por i + 1. 3.2. Substitua Soma por Soma + ai. Conhecendo este algoritmo, é fácil então resolver a questão de se calcular o produto de n números nas mesmas condições, e aí vemos como utilizar uma solução conhecida para resolver um problema. Deve-se inicializar uma referência Produto com 1 e, numa repetição, multiplicar os números como foi feito no caso da soma:
4. Faça i = 0.
5. Faça Produto = 1.
6. Repita n vezes as instruções 3.1 e 3.2. 3.1. Substitua i por i + 1. 3.2. Substitua Produto por Produto x ai. 1.6 Processador de um algoritmo Obviamente, um algoritmo deve ser executado por algum agente. Este agente pode ser uma pessoa munida de certos equipamentos e utensílios ou por máquinas projetadas para executar automaticamente algumas instruções básicas. O algoritmo para a travessia do senhor gordo com as galinhas, sua raposa e seu saco de milho seria executado pelo tal senhor, que estava para tal munido do barco e de remos. O algoritmo para obtenção de quatro litros de água a partir de recipientes de conteúdos cinco litros e três litros poderia ser executado por uma pessoa que dispusesse dos dois recipientes e de água em abundância. Neste último caso, quem sabe, a pessoa poderia ser substituída por um robô. O agente que executa um algoritmo é chamado processador e é evidente que para que o algoritmo seja executado é necessário que o processador seja capaz de executar cada uma das suas instruções. Se o senhor gordo não souber remar ele não será capaz de atravessar o rio. Uma pessoa que não seja capaz de esvaziar um recipiente que pese cinco quilos não será capaz de executar o algoritmo dos quatro litros de água. Alguns autores de livros com objetivos idênticos a este - facilitar a aprendizagem da programação de computadores - iniciam seus textos discorrendo exclusivamente sobre resolução de problemas , encarando o processador como uma "caixa preta" que recebe as instruções formuladas pelo algoritmo e fornece a solução do problema, não levando em conta o processador quando da formulação do tal algoritmo. Entendemos que esta não é a melhor abordagem, visto que o conhecimento do que o processador pode executar pode ser definidor na elaboração do algoritmo. Por exemplo: imagine que queiramos elaborar um algoritmo para extrair o algarismo da casa das unidades de um inteiro dado (apresentaremos posteriormente uma questão bastante prática cuja solução depende deste algoritmo). Evidentemente, o algoritmo para resolver esta “grande” questão depende do processador que vai executá-lo. Se o processador for um ser humano que saiba o que é número inteiro, algarismo e casa das unidades, o algoritmo teria uma única instrução:
7. Forneça o algarismo das unidades do inteiro dado. Porém, se o processador for um ser humano que saiba o que é número inteiro e algarismo, mas não saiba o que é casa das unidades, o algoritmo não poderia ser mais esse. Neste caso, para resolver a questão, o processador deveria conhecer mais alguma coisa, como, por exemplo, ter a noção de "mais à direita", ficando o algoritmo agora como:
8. Forneça o algarismo "mais à direita" do número dado. E se o processador é uma máquina e não sabe o que é algarismo, casa das unidades, "mais à direita", etc.? Nesta hipótese, quem está elaborando o algoritmo deveria conhecer que instruções o processador é capaz de executar para poder escrever o seu algoritmo. Por exemplo, se a máquina é capaz de determinar o resto de uma divisão inteira, o algoritmo poderia ser:

algoritmo para a determinação do quociente e do resto da divisão de dois inteiros positivos dados. Por exemplo: se o dividendo for 30 e o divisor for 7, o algoritmo deve fornecer os valores 4 para o quociente e 2 para o resto. Fomos ensinados que, para determinar o quociente, deveríamos, por tentativa, encontrar o número que multiplicado pelo divisor resultasse no maior número menor que o dividendo. No exemplo numérico citado, poderíamos tentar o 5 e teríamos 5x7 = 35 que é maior que 30; tentaríamos o 3 obtendo 3x7 = 21 que talvez seja pequeno demais em relação ao 30; aí tentaríamos o 4 obtendo 4x7 = 28, encontrando então o quociente 4. Um algoritmo para solucionar esta questão poderia ser:

1. Chame de D1 e D2 o dividendo e o divisor dados.
2. Faça I = 1.
3. repita 3.1 até IxD2 > D1. 3.1. Substitua I por I + 1.
4. Calcule Q = I – 1.
5. Calcule R = D1 - QxD2.
6. Forneça R para o resto e Q para o quociente pedidos. No exemplo numérico proposto, teríamos a seguinte tabela com os valores obtidos durante a execução do algoritmo: D1 D2 I QxI Q R 30 7 1 7 2 14 3 21 4 28 5 35 4 2 2. O algoritmo abaixo determina o menor divisor maior que 1 de um inteiro dado. A ideia é verificar se d = 2 é divisor e, não sendo, verificar se 3 ou 4 ou 5, etc, é divisor. A procura por um divisor vai até que um divisor seja encontrado. Naturalmente, utilizando o algoritmo anterior, o nosso processador agora sabe determinar o resto da divisão inteira de um inteiro x por outro inteiro y não nulo. Isto será indicado por Resto(x, y). Para encontrar um divisor de n basta encontrar um inteiro d tal que Resto(n, d) = 0.
7. Chame de N o inteiro dado.
8. Faça D = 2.
9. Repita 3.1 enquanto Resto(N, D) ≠ 0 3.1 Substitua D por D + 1
10. Forneça D para o divisor procurado. 3. Como se depreende facilmente da sua denominação, o máximo divisor comum ( mdc ) de dois números dados é o maior número que os divide. Antes o mdc só era utilizado para simplificações de frações ordinárias; atualmente ele é utilizado na determinação de chaves públicas para sistemas de criptografia RSA [Evaristo, J, 2002]. Por exemplo, mdc(64, 56) = 8. De maneira óbvia, o algoritmo abaixo determina o mdc de dois números dados:
11. Chame de x e de y os números.
12. Determine D(x), o conjunto dos divisores de x.
13. Determine D(y), o conjunto dos divisores de y.
14. Determine I, a interseção de D(x) e D(y).
15. Determine M, o maior elemento do conjunto I.
16. Forneça M como o mdc procurado. O cálculo de mdc(120, 84) com este algoritmo seria:
17. x = 120, y = 84.
18. D(120) = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 20, 24, 30, 40, 60, 120}.
19. D(84) = {1, 2, 3, 4, 6, 7, 12, 14, 21, 28, 42, 84}.
20. I = {1, 2, 3, 4, 6, 12}.
21. M = 12. Observe que o algoritmo anterior determina o menor divisor de um inteiro não determinando todos os

divisores, como necessário neste exemplo. Observe também que estamos supondo que o nosso processador é capaz de determinar a interseção de dois conjuntos. A matemática fornece uma outra forma de se calcular o mdc de dois inteiros: determina-se a decomposição em fatores primos dos dois inteiros e o mdc é o produto dos fatores primos comuns as duas decomposições com as menores multiplicidades. Para o exemplo dado acima teríamos: 120 2 84 2 60 2 42 2 30 2 21 3 15 3 7 7 5 5 1 1 1 o que nos dá 120 = 2^3 x3x5 e 84 = 2^2 x3x7 e, portanto, mdc(120, 84) = 2^2 x3 = 12. Vale observar que escrever este algoritmo na linguagem informal que estamos utilizando é bastante complicado. Na há dúvida que o primeiro algoritmo para o cálculo do mdc apresentado é de compreensão bastante simples. Porém, comentaremos posteriormente que ele é computacionalmente bastante ineficiente no sentido de que sua execução pode, dependendo dos valores de x e y , demandar um tempo acima do razoável. Por incrível que possa parecer, o algoritmo mais eficiente para o cálculo do máximo divisor comum de dois números foi desenvolvido pelo matemático grego Euclides duzentos anos Antes de Cristo. O algoritmo de Euclides nos é apresentado nas séries intermediárias do ensino fundamental através de um esquema como o diagrama do exemplo abaixo, cujo objetivo é determinar (de novo!) o máximo divisor comum de 120 e 84. 1 2 3 120 84 36 12 O esquema funciona da seguinte forma: divide-se 120 por 84 obtendo-se resto 36; a partir daí, repetem-se divisões até que o resto seja zero, sendo o dividendo da divisão atual o divisor da divisão anterior e o divisor da divisão atual o resto da divisão anterior. O último divisor é o máximo divisor procurado. Como se pode ver, estas instruções escritas desta forma não são nada compreensíveis, o que faz com elas sejam transmitidas oralmente nas salas do ensino fundamental. No capítulo 4 (quatro), teremos a oportunidade de discutir este algoritmo com detalhes e veremos que ele é um algoritmo bastante interessante no desenvolvimento da lógica de programação.

4. Discutiremos agora o algoritmo para o cálculo da média de uma relação contendo um número grande (digamos, 10 000) de números dados. No caso da equação do segundo grau, eram três os dados de entrada e, portanto, os chamamos de a , b , e c. Mas agora são 10 000 os dados de entrada! Uma solução possível é receber os números um a um, somando-os antes de receber o seguinte, conforme vimos na seção 1.5.

1. Chame de A o primeiro número dado.
2. Faça S = A.
3. Repita 9 999 vezes as instruções 3.1 e 3.2. 3.1 Chame de A o próximo número dado. 3.2 Substitua o valor de S por S + A.
4. Calcule M = S/10 000.
5. Forneça M para o valor da média. Por exemplo, se a relação de números fosse {5, 3, 8, 11, ...} até a quarta execução de 3.1 e 3. teríamos a seguinte tabela: A S M 5 5 3 8 8 16 11 27 Está fácil perceber que após 9.999ª execução das instruções 3.1 e 3.2 a variável S conterá a soma de todos os números da relação, o que justifica a instrução 4. 5. Um outro exemplo que justifica plenamente a necessidade do conhecimento do que o processador é capaz de executar é a determinação do maior número de uma relação de números. Se o processador for um

1.9 Sintaxe e semântica de uma instrução O que é sintaxe Dissemos que um programa escrito em linguagem de alto nível é traduzido para a linguagem de máquina por um compilador ou cada instrução é traduzida por um interpretador. É natural se admitir que, para que o compilador consiga traduzir uma instrução escrita com caracteres de algum idioma para instruções escritas como sequências de zeros e uns, é necessário que cada instrução seja escrita de acordo com regras preestabelecidas. Estas regras são chamadas sintaxe da instrução e quando não são obedecidas dizemos que existe erro de sintaxe. Se o programa fonte contém algum erro de sintaxe, o compilador não o traduz para a linguagem de máquina (isto é, o compilador não compila o programa) e indica qual o tipo de erro cometido e a instrução onde este erro aconteceu. Se o programa fonte for interpretado, ele é executado até a instrução que contém o erro, quando então é interrompida a sua execução e o tal erro é indicado. O que é semântica Naturalmente, cada instrução tem uma finalidade específica. Ou seja, a execução de um instrução resulta na realização de alguma ação, digamos parcial , e é a sequência das ações parciais que redunda na realização da tarefa para a qual o programa foi escrito. A ação resultante da execução de uma instrução é chamada semântica da instrução. Infelizmente, um programa pode não conter erros de sintaxe (e, portanto, pode ser executado), mas a sua execução não fornecer como saída o resultado esperado para alguma entrada. Neste caso, dizemos que o programa contém erros de lógica que, ao contrário dos erros de sintaxe que são detectados pelo compilador ou pelo interpretador, são, às vezes, de difícil detecção. No nosso entendimento, para aprender a programar numa determinada linguagem é necessário que se aprenda as instruções daquela linguagem (para que se conheça o que o processador é capaz de fazer), a sintaxe de cada um destes instruções e as suas semânticas. Aliado a isto, deve-se ter um bom desenvolvimento de lógica programação para que se escolha as instruções necessárias e a sequência segundo a qual estas instruções devem ser escritas, para que o programa, ao ser executado, execute a tarefa pretendida. Felizmente ou infelizmente, para cada tarefa que se pretende não existe apenas uma sequência de instruções que a realize. Ou seja, dado um problema não existe apenas um programa que o resolva. Devemos procurar o melhor programa , entendendo-se como melhor programa um programa que tenha boa legibilidade , cuja execução demande o menor tempo possível e que necessite, para sua execução, a utilização mínima da memória. Existe um conjunto de instruções que é comum a todas as linguagens de alto nível e cujas semânticas permitem executar a maioria das tarefas. A aprendizagem das semânticas destas instruções e das suas sintaxes em alguma linguagem de programação (aliado ao desenvolvimento da lógica de programação ) permite que se aprenda com facilidade outra linguagem do mesmo paradigma. 1.10 Sistemas de computação Como foi dito anteriormente, a cpu de um computador é capaz de executar instruções (escritas em linguagem de máquina, permitam a repetição). Ou seja, um computador é capaz de executar programas e só para isto é que ele serve. Se um computador não estiver executando um programa ele para nada está servindo. Como foram concebidos os computadores atuais, um programa para ser executado deve estar armazenado na sua memória. O armazenamento dos programas (e todo o gerenciamento das interações entre as diversas unidades do computador) é feito por um programa chamado sistema operacional. Um dos primeiros sistemas operacionais para gerenciamento de microcomputadores foi o DOS (Disk Operating System). Quando um computador é ligado, de imediato o sistema operacional é armazenado na memória e só a partir daí o computador está apto a executar outros programas. Estes programas podem ser um game , que

transforma o "computador" num poderoso veículo de entretenimento; podem ser um processador de texto , que transforma o "computador" num poderoso veículo de edição de textos; podem ser uma planilha eletrônica , que transforma o "computador" num poderoso veículo para manipulação de tabelas numéricas, podem ser programas para gerenciar, por exemplo, o dia a dia comercial de uma farmácia e podem ser ambientes que permitam o desenvolvimento de games ou de programas para gerenciar o dia a dia comercial de uma farmácia. Talvez com exceção de um game , os programas citados acima são, na verdade, conjuntos de programas que podem ser executados de forma integrada. Um conjunto de programas que podem ser executados de forma integrada é chamado software. Por seu turno, as unidades do computador, associadas a outros equipamentos chamados periféricos , como uma impressora, constituem o hardware. O que nos é útil é um conjunto software + hardware. Um conjunto deste tipo é chamado de um sistema de computação. De agora em diante, os nossos processadores serão sistemas de computação. Isto é, queremos escrever programas que sejam executado por um sistema de computação. Como foi dito acima, o desenvolvimento de um programa que gerencie o dia a dia comercial de uma farmácia requer um compilador (ou um interpretador) que o traduza para a linguagem de máquina. Antigamente, as empresas que desenvolviam compiladores desenvolviam apenas estes programas, de tal sorte que o programador necessitava utilizar um processador de texto à parte para edição do programa fonte. Atualmente, os compiladores são integrados num sistema de computação que contém, entre outros:

1. Processador de texto , para a digitação dos programas fontes;

2. Depurador , que permite que o programa seja executado comando a comando, o que facilita a

descoberta de erros de lógica;

3. Help , que descreve as sintaxes e as semânticas de todas as instruções da linguagem;

4. Linker , que permite que um programa utilize outros programas.

Rigorosamente falando, um sistema constituído de um compilador e os softwares listados acima deveria ser chamado de ambiente de programação ; é mais comum, entretanto, chamá-lo, simplesmente, de compilador. Os ambientes de programação que utilizamos para desenvolver os programas deste livro foram o compilador Turbo C, versão 2.01, e Turbo C++, versão 3.0, ambos desenvolvidos pela Borland International, Inc. , o primeiro em 1988 e o segundo em 1992. Como se pode ver, são sistemas desenvolvidos há bastante tempo (as coisas em computação andam muito mais rápido), já estando disponíveis gratuitamente na internet. Estaremos, portanto, utilizando um compilador “puro C” e um compilador C++, que é up grade da linguagem C para a programação orientada a objeto , paradigma que não está no escopo deste livro. 1.11 Exercícios propostos

1. Três índios, conduzindo três brancos, precisam atravessar um rio dispondo para tal de um barco cuja capacidade é de apenas duas pessoas. Por questões de segurança, os índios não querem ficar em minoria, em nenhum momento e em nenhuma das margens. Escreva um algoritmo que oriente os índios para realizarem a travessia nas condições fixadas. (Cabe observar que, usualmente, este exercício é enunciado envolvendo três jesuítas e três canibais. A alteração feita é uma modesta contribuição para o resgate da verdadeira história dos índios). 2. O jogo conhecido como Torre de Hanói consiste de três torres chamadas origem , destino e auxiliar e um conjunto de n discos de diâmetros diferentes, colocados na torre origem na ordem decrescente dos seus diâmetros. O objetivo do jogo é, movendo um único disco de cada vez e não podendo colocar um disco sobre outro de diâmetro menor, transportar todos os discos para torre destino , podendo usar a torre auxiliar como passagem intermediária dos discos. Escreva algoritmos para este jogo nos casos n = 2 e n = 3. 3. Imagine que se disponha de três esferas numeradas 1, 2 e 3 iguais na forma, duas delas com pesos iguais e diferentes do peso da outra. Escreva um algoritmo que, com duas pesagens numa balança de dois pratos, determine a esfera de peso diferente e a relação entre seu peso e o peso das esferas de pesos iguais. 4. A média geométrica de n números positivos é a raiz n-ésima do produto destes números. Supondo que o processador é capaz de calcular raízes n-ésimas, escreva um algoritmo para determinar a média geométrica de n números dados. 5. Sabendo que o dia 01/01/1900 foi uma segunda-feira, escreva um algoritmo que determine o dia da semana correspondente a uma data, posterior a 01/01/1900, dada. Por exemplo, se a data dada for 23/01/1900, o algoritmo deve fornecer como resposta terça-feira.

2. Introdução à Linguagem C 2.1 Variáveis simples O que é uma variável No capítulo 1 foi dito que uma das unidades básicas de um computador é a memória , cuja finalidade é armazenar dados e informações que serão manipulados pela unidade central de processamento. Naquele capítulo também foi dito que os programas para serem executados devem estar armazenados na memória. Ou seja, a memória armazena programas que serão executados e dados que estes programas vão manipular. Naturalmente, os dados que o programa vai manipular podem ser dados de entrada ou dados gerados pela execução do programa. Para que possa armazenar dados e informações, a memória é dividida em partes, chamadas posições de memória. O sistema operacional que gerencia o sistema de computação pode acessar cada uma destas posições para armazenar tais dados. Para que o acesso às posições de memória seja possível, a cada uma delas está associada uma sequência de bit’s, chamada endereço da posição de memória. Como uma sequência de bit's corresponde a um número inteiro escrito no sistema binário, cada endereço pode ser visto como um inteiro escrito no sistema decimal. Assim temos posições de memória de endereço 1209 ou 2114, por exemplo. Uma variável simples (ou simplesmente variável ) é uma posição de memória cujo conteúdo pode ser modificado durante a execução de um programa. A referência a uma variável no programa é feita através do seu identificador ; os valores que podem ser nela armazenados dependem do seu tipo de dado. O identificador O identificador é uma sequência de letras, dígitos e caractere para sublinhamento escolhida pelo programador e (como foi dito acima) será utilizado no programa para se fazer referência àquela variável (o primeiro caractere do identificador não pode ser um dígito). Como um programa deve ser legível por outros programadores (e pelo próprio programador), é uma boa prática se escolher um identificador de uma variável que tenha alguma relação com a sua finalidade. Se uma variável deve armazenar uma soma, um identificador muito bom para ela será Soma. Se uma variável vai receber números, ela poderia ser identificada por Num ou por Numero. Os compiladores da linguagem C fazem distinção entre letras maiusculas e minúsculas e, portanto, Numero e numero são dois identificadores diferentes. Manteremos, de um modo geral, a seguinte convenção ao longo do texto: quando um identificador possuir mais de um caractere, iniciá-lo-emos por letra maiuscula e quando o identificador tiver um único caractere, utilizaremos letra minúscula. Como veremos ao longo do livro, a linguagem C fixa alguns identificadores para a sintaxe de suas instruções. Estes identificadores não podem ser utilizados nos programas, sendo conhecidos por palavras reservadas. Algumas das palavras reservadas em C são: Tabela 2 Palavras reservadas da linguagem C auto double int struct break else long switch case enum register typedef char extern return union const float short unsigned continue for Signed void default goto sizeof volatile do if static while

O tipo de dado O tipo de dado associado a uma variável é o conjunto dos valores que podem ser nela armazenados. A linguagem C dispõe dos tipos de dados discriminados na tabela a seguir. Tabela 3 Tipos de dados da Linguagem C Denominação Número de Bytes Conjunto de valores char 1 caracteres codificados no código ASCII int 2 números inteiros de –32768 a 32767 long ou long int 4 números inteiros de –65536 a 65535 float 4 números reais de –3,4x10^38 a –3,4x10-38^ e 3,4x10-38^ a 3,4x10^38 double 8 números reais de –1,7x10^308 a -1,7x10-308^ e 1,7x10-308^ a 1,7x10^308 void 0 conjunto vazio A utilização void será melhor explicada no capítulo 5, quando estudarmos funções. Uma observação importante é que os tipos float e double , rigorosamente falando, não armazenam números reais e sim números de um sistema de ponto flutuante , que não contém todos os reais entre dois números reais dados. O estudo de sistemas de ponto flutuante foge ao escopo deste livro e é feito, normalmente, em disciplinas do tipo Organização e Arquitetura de Computadores e Cálculo Numérico. Vale lembrar que, de um modo geral, um byte contém oito bit's e cabe ressaltar que, em algumas situações, é importante se conhecer a quantidade necessária de bytes para uma variável de um determinado tipo. Declaração de variáveis Para que o sistema de computação possa reservar as posições de memória que serão utilizadas pelo programa, associar identificadores aos endereços destas posições de memória e definir a quantidade de bytes de cada posição de acordo com o tipo de dado pretendido, um programa escrito em C deve conter a declaração de variáveis , feita através da seguinte sintaxe: Tipo de dado Lista de identificadores; Por exemplo, um programa para determinar a média de uma relação de números dados pode ter a seguinte declaração: int Quant; float Num, Soma, Media; A ideia é que Quant seja utilizada para armazenar a quantidade de números; Num para armazenar os números (um de cada vez); Soma para armazenar a soma dos números; e Media para armazenar a média procurada. Nas seções 2.7 e 2.9 veremos as instruções em C para o armazenamento em variáveis de dados de entrada e de dados gerados pela execução do algoritmo. Um valor armazenado em uma variável é comumente referido como sendo o conteúdo da variável ou o valor da variável. Também é comum se referir ao identificador da variável como sendo a própria variável. 2.2 Constantes Como uma variável, uma constante também é uma posição de memória à qual devem ser associados um identificador e um tipo de dado. O que caracteriza uma constante (e daí sua denominação, emprestada da matemática) é o fato de que o conteúdo de uma constante não pode ser modificado durante a execução do programa. Este conteúdo é fixado quando da declaração da constante o que deve ser feito de acordo com a seguinte sintaxe: const Tipo de Dado Identificador = Valor;