programa˘c~ao estruturada aula 1 - introdu˘c~ao · 2017-05-26 · linguagem de m aquina...

Programacao Estruturada Aula 1 - Introducao

Prof. Luis Carlos Retondaro

Tecnico em Telecomunicacoes2o Ano

CEFET/RJ - Centro Federal de Educacao Tecnologica Celso Suckow da Fonseca

Campus Petropolis

2017

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Apresentacao da disciplinaProgramacao

Uma visao geral do CReferencias

Sumario

1 Apresentacao da disciplina

2 Programacao

3 Uma visao geral do C

4 Referencias

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Ementa

O que vamos aprender

Programacao em C;

Historia da linguagem;

Introducao a linguagem C;

Variaveis, constantes, expressoes aritmeticas e logicas;

Tipos de dados, E/S de dados;

Operadores;

Comandos de controle: selecao, repeticao;

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Ementa


Funcoes;

Matrizes e strings;

Estruturas;

Ponteiros;

Alocacao dinamica;

Arquivos.

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Conceitos basicosLogica de programacaoSintaxe e semanticaAprendizado

Organizacao basica de um computador

Um computador e constituıdo de 4 unidades basicas: entrada, saıda,processamento central e memoria;

Entrada: A unidade de entrada sao os dispositivos que permitemque o usuario interaja com o computador, fornecendo dados queserao processados;

Saıda: Sao dispositivos que fornecem ao usuario os resultados doprocessamento realizado;

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CPU: E responsavel por todo processamento requerido;

ULA: E a unidade logica e aritmetica, responsavel pelos calculosmatematicos;

Memoria: Armazena dados e informacoes que serao utilizados noprocessamento;

Memoria Principal: Usada pela CPU para armazenar instrucoes einformacoes enquanto o computador esta ligado (memoria RAM);

Memoria Secundaria: Usada pelo computador para armazenarinstrucoes e informacoes por tempo indeterminado independente doestado do computador, com capacidade maior e acesso mais lentoque a RAM.

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Linguagem de maquina

As unidades que compoem o computador precisam se comunicarumas com as outras;

Ex.: Dado fornecido pelo teclado e armazenado na memoria.Quando a CPU vai realizar uma operacao aritmetica ela busca osvalores armazenados na memoria, etc;

Para que ocorra essa comunicacao e necessario estabelecer umalinguagem;

Sere humanos: linguagem escrita e a fala (cada qual com suasregras);

Escrita: paragrafos, perıodos, frases, palavras, letras.

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Uma letra e um ente indivisıvel da linguagem escrita e, por isto, echamada sımbolo basico desta linguagem;

Toda linguagem requer a existencia de sımbolos basicos, para a falaos fonemas;

A linguagem entre as unidades deve ser um fenomeno fısico epossuir dois sımbolos basicos dada a facilidade de representarfisicamente dois estados distintos e nao confundıveis.

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A linguagem usada para a comunicacao interna de um computador echamada de linguagem de maquina e possui dois sımbolos;

Cada um desses sımbolos e denominado de bit (binary digit),representados por 0 e 1;

bit em ingles significa fragmento, dessa forma as palavras nalinguagem de maquina sao sequencias de bits, ou seja sequencias de0 e 1.

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O codigo ASCII

Para que seja possıvel a comunicacao entre homem e computador, enecessario que as palavras da linguagem escrita sejam traduzidaspara a linguagem de maquina e vice-versa;

Entao, e necessario estabelecer qual sequencia de bits quecorresponde a cada caractere usado na linguagem escrita, ou seja,uma codificacao em bits para cada um dos caracteres;

Uma codificacao muito utilizada e o codigo ASCII (AmericanStandard Code for Information Interchange, estabelecido pelo ANSI(American National Standards Institute);

Nesta codificacao, cada caractere e representado por uma sequenciade oito bits (byte);

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O codigo ASCII

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O codigo ASCII

Cada sequencia de 0 e 1 pode ser vista como a representacao de umnumero inteiro no sistema binario de numeracao [Evaristo, J 2002];

Pode-se, ate para facilitar a manipulacao, associar a cada codigoASCII o inteiro correspondente (codigo ASCII decimal);

Exemplo: 1000001 e a representacao do numero (decimal) 65 nosistema binario de numeracao, dizemos que o codigo ASCII decimalde A e 65.

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Alguns termos tecnicos

Dados: Qualquer tipo de informacao ou instrucao que pode sermanipulada pelo computador;

Bit: Unidade basica para armazenamento, processamento ecomunicacao de dados;

Byte: Um conjunto de 8 bits;

Palavra: Um conjunto de n bytes (e.g. n = 1, 2, 4, 8). Os dados saoorganizados em palavras de n bytes. Os processadores maismodernos processam os dados em palavras de 16 bytes ou 128 bits;

Comandos: Sao as instrucoes que fazem com que o computadorexecute tarefas.

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Programa: E uma sequencia de instrucoes com alguma finalidade;

Arquivo: Conjunto de bytes que contem dados (programa, imagem,lista de nomes, ...);

Software: E um conjunto de programas com um proposito globalcomum;

Hardware: Parte fısica do computador;

Sistema Operacional: Conjunto de programas que gerenciam ealocam recursos de hardware e Software.

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Linguagem de programacao: Consiste da sintaxe (gramatica) esemantica (significado) utilizada para escrever (codificar) umprograma;

Alto Nıvel: Linguagem de codificacao de programa independente dotipo de maquina e, de facil utilizacao pelo ser humano (Pascal ,C,Java, Python, C++, ...);

Baixo Nıvel: Linguagem de codificacao baseada em mnemonicosdepende do tipo da maquina e e de facil traducao para a maquina(Assembly);

Linguagem de Maquina: Conjunto de codigos binarios que saocompreendidos pela CPU de um computador (depende do tipo damaquina).

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Compilador: Traduz programas codificados em linguagem de altonıvel e baixo nıvel (codigo fonte) para linguagem de maquina(codigo executavel);

Interpretador: Traduz o codigo fonte para codigo de maquinadiretamente em tempo de execucao (Basic, Python, Lisp);

Algoritmos: Sao procedimentos ou instrucoes escritos emlinguagem humana antes de serem codificados usando umalinguagem de programacao.

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Objetivo do curso

Etapas de solucao de um problema utilizando computador.

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Programas de computador

Para que um computador tenha alguma utilidade, ele deve executarum programa que tenha uma finalidade especıfica;

Exemplos:

Games: sao programas com o objetivo propiciar entretenimento aosseus usuarios;

Processadores de texto: sao programas que permitem que textossejam digitados, impressos e armazenados;

Planilhas eletronicas: sao programas que oferecem recursos paramanipulacao de tabelas de valores numericos;

Navegadores: permitem acesso a paginas da internet.

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Estes programas sao para usuarios finais, pessoas que vao utilizar ocomputador, usando um programa que aprendeu a usar, sempreocupacao relativa com o funcionamento interno do sistema(computador/programa);

Exemplo: um usuario de um processador de texto deve aprender ospassos para que o processador destaque em negrito alguma parte dotexto ou localize uma palavra, sem a necessidade de saber como oprograma realiza estas acoes;

De fato para que um processador de texto execute qualquer tarefa enecessaria a execucao de muitas instrucoes com objetivos bem maisespecıficos.

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Um programa de computador e um conjunto de instrucoes quepodem ser executadas pelo computador;

A area da computacao que trata do desenvolvimento de programas“menores” e a programacao de computadores.

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Logica de programacao

O desenvolvimento de um programa requer a utilizacao de umraciocınio ımpar em relacao aos raciocınios utilizados na solucao deproblemas de outros campos do saber;

Exemplo simplificado:

Problema de Mecanica Newtoniana: para tentar resolver deve-seprocurar capturar a especificacao, as grandezas fısicas envolvidas eaplicar as formulas que relacionam estas grandezas;

Por programacao: para se desenvolver um programa que resolvaum determinado problema e necessario que encontremos umasequencia de instrucoes que cujas execucoes resultem na solucao daquestao (algoritmo).

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A logica de programacao pode ser entendida como o conjunto deraciocınios utilizados para o desenvolvimento de algoritmos (e,portanto, de programas).

Exemplo:

Um senhor, esta numa das margens de um rio com uma raposa, umaduzia de galinhas e um saco de milho. O senhor pretende atravessar o riocom suas cargas, num barco a remo que so comporta o senhor e uma dascargas.

Evidentemente, o senhor nao pode deixar em uma das margens, sozinhos,a raposa e a galinha, nem a galinha e o milho.

A questao e escrever um algoritmo que oriente o senhor a realizar o seuintento.

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Algoritmo de travessia

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.

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O que e sintaxe?

Um programa escrito em linguagem de alto nıvel e traduzido para alinguagem de maquina por um compilador;

Para que o compilador consiga fazer a traducao, e necessario quecada instrucao seja escrita de acordo com regras preestabelecidas;

Estas regras sao chamadas sintaxe da linguagem e quando nao saoobedecidas dizemos que existe erro de sintaxe no programa;

Se o programa fonte contem algum erro de sintaxe o compilador naoconsegue compilar o programa e indica qual o tipo de erro cometido.

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O que e semantica?

Cada instrucao tem uma finalidade especıfica. Ou seja, a execucaode um instrucao resulta na realizacao de alguma acao parcial;

E a sequencia das acoes parciais que redunda na realizacao da tarefapara a qual o programa foi escrito;

A acao resultante da execucao de uma instrucao e chamadasemantica da instrucao;

Infelizmente, um programa pode nao conter erros de sintaxe (e,portanto,pode ser executado), mas a sua execucao nao fornecercomo saıda o resultado esperado para alguma entrada.

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O que e semantica?

Para aprender a programar numa determinada linguagem enecessario que se aprenda a sintaxe de cada instrucao e suassemanticas;

Tambem ter uma boa logica de programacao para que se escolha asinstrucoes necessarias e a sequencia segundo a qual estas instrucoesdevem ser escritas;

Felizmente ou infelizmente, para cada tarefa que se pretende naoexiste apenas uma sequencia de instrucoes que a realize (nao existeapenas um programa);

Dado um problema, devemos procurar o melhor programa, ou seja,um programa que tenha boa legibilidade, demande o menor tempopossıvel e que use o mınimo da memoria.

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Criar algoritmos simples;

Usar a linguagem C para descrever os algoritmos;

Testar o programa criado;

Ter um executavel para realizar as tarefas especificadas.

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Um pouco de historiaAs origens do CC e uma linguagem de medio nıvelC e uma linguagem Estruturada

Um pouco de historia

Primordios da programacao: programacao em codigo binario;

ENIAC:

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Melhoria na programacao: Linguagem Assembly;

Criou-se uma linguagem de baixo nıvel, para representar asinstrucoes em codigo binario;

Um programa chamado montador ou Assembler, faz atransformacao em codigo de maquina;

Exemplo:

LOOP : MOV A, 3

INC A

JMP LOOP

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Criacao de linguagens de alto nıvel e compiladores para estas;

Mais distantes da maquina e mais proximas de linguagens naturais;

Um compilador as transforma em codigo executavel;

Exemplo:

C, C + +, ...PascalJavaPython

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Historia do C

A primeira versao de C foi criada por Dennis Ritchie em 1972 noslaboratorios Bell;

O objetivo era incluir a linguagem como um dos softwares a seremdistribuıdos juntamente com o sistema operacional Unix docomputador PDP-11;

O foco da linguagem C inicialmente foi o desenvolvimento desistemas operacionais e compiladores.

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Historia do C

O surgimento do C iniciou com a linguagem ALGOL 60, definida em1960. ALGOL era uma linguagem de alto nıvel;

A linguagem ALGOL permitia ao programador trabalhar “longe damaquina”, sem se preocupar com os aspectos de como cadacomando ou dado era armazenado ou processado;

Criado para substituir o FORTRAN, a ALGOL nao teve sucesso,(muito alto nıvel) em uma epoca em que a maioria dos SOs exigiamdo usuario grande conhecimento de hardware.

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Historia do C

Em 1967 surgiu CPL (Combined Programming Language) nasuniversidades de Londres e Cambridge com o objetivo, de “trazerALGOL a terra”, ou “manter contato com a realidade de umcomputador real”;

Da mesma forma de ALGOL, CPL nao foi bem aceita, em especialpelos projetistas de sistemas operacionais que a consideravam difıcilde implementar.

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Historia do C

Em 1970, Ken Thompson, chefe da equipe que projetou o UNIXpara o PDP-11 (Bell Labs) implementou um compilador para umaversao mais reduzida do CPL. Batizou a linguagem de B;

A linguagem B mostravam-se muito limitada, podendo ser utiizadaapenas para certas classes de problemas;

O grupo responsavel por reescrever o UNIX em uma linguagem dealto nıvel percebeu que a linguagem B era considerada lenta.

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Historia do C

Estes problemas levaram o projetista Dennis Ritchie, do Bell Labs, aser encarregado de projetar uma nova linguagem, sucessora do B,que viria entao, a ser chamada de C;

A linguagem C buscou manter o “contato com o computador real” eainda sim dar ao programador novas condicoes para odesenvolvimento de programas em areas diversas, como comercial,cientıfica e de engenharia;

C foi usada com grande exito na construcao de uma nova versao dosistema operacional Unix, que inicialmente foi escrito em Assembly.

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Historia do C

O grande sucesso obtido no mundo do Unix fez com que alinguagem ganhasse cada vez mais adeptos;

Atualmente, quase todos os grandes sistemas operacionais saoconstruıdos em C/C++.

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Padronizacao do C

No ano de 1978 foi publicado o livro: The C ProgrammingLanguage por Kernigham e Ritchie. Este livro fez grande sucesso eajudou muito a divulgar a linguagem;

Nos anos 80 C passou a ser reconhecida como uma linguagem deproposito geral e contava com diversos compiladores desenvolvidospor varios fabricantes;

Com uma serie de compiladores C semelhantes, eles frequentementeapresentavam varias discrepancias e eram incompatıveis entre si,tornando a padronizacao da linguagem uma necessidade;

A padronizacao foi iniciada pela ANSI – American National StandardInstitute – em 1983 e finalizada em 1989.

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Origem do C

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Padronizacao do C

Atualmente ainda ha versoes de compiladores proprias de cadafabricante, porem a maioria dos fabricantes oferece uma opcao decompatibilidade com o padrao ANSI C;

A linguagem C e uma linguagem de proposito geral, o que quer dizerque se adapta a praticamente qualquer tipo de projeto, altamenteportavel e extremamente rapida em tempo de execucao;

Linguagens como Java, C++ e C# foram influenciadas pelalinguagem C.

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Linguagem de medio nıvel

Um tipo de dados define os valores que uma variavel pode armazenare as operacoes que podem ser executadas com essa variavel;

Embora C tenha 5 tipos de dados internos, ela nao e uma linguagemrica em tipos de dados como Pascal e Ada;

Permite quase todas as conversoes de tipos de dados.

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Linguagem de medio nıvel

Sendo uma linguagem de nıvel medio alguns detalhes deprogramacao ficam sob a responsabilidade do programador (limitesde matrizes, utilizacao de ponteiros, alocacao e liberacao dememoria);

O C tem apenas 32 palavras-chaves, que sao os comandos quecompoem a linguagem e as linguagens de alto nıvel possuemalgumas vezes mais essa quantidade de palavras reservadas;

Ex.: A maioria das versoes do Basic possuem bem mais de 100palavras-chaves.

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Linguagem estruturada

Embora o termo de linguagem estruturada em blocos nao sejarigorosamente aplicavel ao C, ela e normalmente referida comolinguagem estruturada;

Razao: As linguagens estruturadas em blocos permitem queprocedimentos e funcoes sejam declarados dentro de procedimentose funcoes;

A caracterıstica principal de uma linguagem estruturada e acompartimentalizacao do codigo e dos dados (uso de sub-rotinas);

Com o uso de variaveis locais e possıvel escrever sub-rotinas deforma que os eventos que ocorrem dentro delas nao causem nenhumevento inesperado nas outras partes do programa.

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Uma linguagem estruturada permite muitas possibilidades naprogramacao, suporta diretamente diversas construcoes de lacos;

Permite que o programador insira sentencas em qualquer lugar deuma linha;

Exemplo de linguagens estruturadas: Pascal, Ada, C, Modula2,C++, Java;

Exemplo de linguagens nao estruturadas: Fortran, basic, Cobol.

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Linguagens estruturadas tendem a ser modernas;

O principal componente estrutural do C e a funcao;

As funcoes em C sao blocos em que toda atividade do programaocorre;

As funcoes permitem o programador codificar separadamente asdiferentes tarefas de um programa (modularizacao do programa);

Outra forma de estruturar o codigo e atraves de blocos de codigo,grupos de comandos conectados logicamente (comandoscondicionais, de repeticao).

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Referencias

1 C completo e Total. 3a ed. Revista e Atualizada, Hebert schildt,Makron Books Ltda.

2 Linguagem C. DAMAS, Luis. 10a. Edicao. LTC, 2014.

3 Aprendendo a programar, programando na linguagem C. 3a. Edicao.Edicao digital, Jaime Evaristo.

4 Notas de aula prof. Alexandre Xavier Falcao, UNICAMP, 2005.

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