Conceitos Básicos e Tipos de Dados em Algoritmos

Conceitos básicos e tipos de dados Apresentação Nesta unidade estudaremos a representação interna de dados em um computador declaração de variáveis constantes e definição de tipos de dados básicos que são aplicados no desenvolvimento de algoritmos Bons estudos Ao final desta Unidade de Aprendizagem você deve apresentar os seguintes aprendizados Reconhecer a representação interna de dados em um computador Diferenciar variáveis e constantes Demonstrar de forma correta os tipos de dados na solução de problemas Desafio Pensar é preciso e muito para que os nossos algoritmos manipulem os seus dados corretamente e gerem como saída dados corretos e confiáveis Assim vamos analisar uma situação para auxiliar uma família a controlar seus gastos de forma cronológica por dia necessitando desta forma um auxílio para gerenciar e organizar as suas despesas durante este mês Ao final a família deseja receber a informação do total gasto com todas as despesas e quais as despesas que ainda não estão quitadas informando o valor total já quitado e o valor total ainda não quitado das despesas do mês Levando em consideração o problema apresentado responda a Declare todas as variáveisconstantes necessárias para solucionar o problema conforme regras apresentadas na unidade para definição dos identificadores e faça uma pequena descrição sobre qual a sua funçãodescrição no problema apresentado b Defina os tipos de cada identificadorvariávelconstante declarado na letra a conforme sintaxe apresentada na unidade de aprendizagem c Justifique o porquê da escolha de cada tipo de dado para as variáveisconstantes definidas na letra b d Descreva qual será o conjunto de dados que cada identificador definido na letra b poderá receber para a solução do problema proposto Infográfico O esquema mostra os principais temas que serão abordados nesta unidade Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar Conteúdo do livro Para a construção de algoritmos e programas eficientes e eficazes precisamos compreender e manipular de forma correta todos os dados gerenciados por ele Os dados em um computador devem ser armazenados de acordo com o tipo de informação que se deseja representar e com o tipo de operação que será realizada com este dado Desta forma a representação correta e adequada de uma informação permite a otimização dos recursos computacionais disponíveis assim como acelerar o seu processamento Para auxiliálo acompanhe um trecho da obra Algoritmos e Programação com exemplos em Pascal e C de Nina Edelweiss O livro servirá como base para a nossa Unidade de Aprendizagem Neste segundo Capítulo será apresentada a forma de definição e manipulação dos dados que são necessários para a solução de problemas através de algoritmos Boa leitura s é r i e l i v r o s d i d á t i c o s i n f o r m á t i c a u f r g s 23 s é r i e l i v r o s d i d á t i c o s i n f o r m á t i c a u f r g s volume 3 Linguagens Formais e Autômatos 6ed de Paulo Blauth Menezes volume 4 Projeto de Banco de Dados 6ed de Carlos Alberto Heuser volume 5 Teoria da Computação Máquinas Universais e Computabilidade 3ed de Tiarajú Asmuz Diverio e Paulo Blauth Menezes volume 6 Arquitetura de Computadores Pessoais 2ed de Raul Fernando Weber volume 7 Concepção de Circuitos Integrados 2ed de Ricardo Augusto da Luz Reis e cols volume 8 Fundamentos de Arquitetura de Computadores 4ed de Raul Fernando Weber volume 10 Tabelas Organização e Pesquisa de Clesio Saraiva dos Santos e Paulo Alberto de Azeredo volume 11 Sistemas Operacionais 4ed de Rômulo Silva de Oliveira Alexandre da Silva Carissimi e Simão Sirineo Toscani volume 12 Teoria das Categorias para Ciência da Computação 2ed de Paulo Blauth Menezes e Edward Hermann Haeusler volume 13 Complexidade de Algoritmos 3ed de Laira Vieira Toscani e Paulo A S Veloso volume 16 Matemática Discreta para Computação e Informática 4ed de Paulo Blauth Menezes volume 18 Estruturas de Dados de Nina Edelweiss e Renata Galante volume 19 Aprendendo Matemática Discreta com Exercícios de Paulo Blauth Menezes Laira Vieira Toscani e Javier García López volume 20 Redes de Computadores de Alexandre da Silva Carissimi Juergen Rochol e Lisandro Zambenedetti Granville volume 21 Introdução à Abstração de Dados de Daltro José Nunes volume 22 Comunicação de Dados de Juergen Rochol COMPUTAÇÃO wwwgrupoacombr A Bookman é um dos selos editoriais do Grupo A Educação empresa que oferece soluções em conteúdo tecnologia e serviços para a educação acadêmica e profissional algoritmos e programação com exemplos em Pascal e C nina edelweiss maria aparecida castro livi Material didático para professores Visite wwwgrupoacombr nina edelweiss maria aparecida castro livi l i v r o s d i s p o n í v e i s algoritmos e programação com exemplos em Pascal e C 23 edelweiss livi 23 algoritmos e programação com exemplos em Pascal e C Aprender programação não é uma tarefa simples Requer um entendimento perfeito do problema a análise de como solucionálo e a escolha da forma de implementação da solução algoritmos e programação apresenta o processo de construção de algoritmos e de programas enfatizando as etapas de abstração organização análise e crítica na busca de soluções eficientes Os elementos de um programa são introduzidos pouco a pouco ao longo do texto inicialmente apresentados em pseudolinguagem e em seguida exemplificados nas linguagens de programação Pascal e C Este é um livrotexto para disciplinas iniciais de programação de duração de um semestre Pode ser utilizado sobretudo em cursos de bacharelado e licenciatura em ciência da computação análise de sistemas e engenharia da computação E22a Edelweiss Nina Algoritmos e programação com exemplos em Pascal e C recurso eletrônico Nina Edelweiss Maria Aparecida Castro Livi Dados eletrônicos Porto Alegre Bookman 2014 Editado também como livro impresso em 2014 ISBN 9788582601907 1 Informática 2 Algoritmos Programação I Livi Maria Aparecida Castro II Título CDU 004421 as autoras Nina Edelweiss é engenheira eletricista e doutora em Ciência da Computação pela Uni versidade Federal do Rio Grande do Sul Durante muitos anos lecionou em cursos de Enge nharia e de Ciência da Computação na UFRGS na UFSC e na PUCRS Foi ainda orientadora do Programa de PósGraduação em Ciência da Computação da UFRGS É coautora de três livros tendo publicado diversos artigos em periódicos e em anais de congressos nacionais e internacionais Participou de diversos projetos de pesquisa financiados por agências de fomento como CNPq e FAPERGS desenvolvendo pesquisas nas áreas de bancos de dados e desenvolvimento de software Maria Aparecida Castro Livi é licenciada e bacharel em Letras e mestre em Ciência da Computação pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul Desenvolveu sua carreira pro fissional na UFRGS onde foi programadora e analista de sistema antes de ingressar na carreira docente Ministrou por vários anos a disciplina de Algoritmos e Programação para alunos dos cursos de Engenharia da Computação e Ciência da Computação Sua área de interesse prioritário é o ensino de Linguagens de Programação tanto de forma presencial quanto a distância Catalogação na publicação Ana Paula M Magnus CRB 102052 EdelweissIniciaiseletronicaindd ii EdelweissIniciaiseletronicaindd ii 140514 1651 140514 1651 Este primeiro capítulo discute algoritmos formas de expressar algoritmos etapas para a construção de um algoritmo e de um programa paradigmas de programação programação estruturada e fundamentos de representação interna de dados Introduz ainda as linguagens de programação Pascal e C utilizadas no livro fundamentos capítulo 1 Edelweiss01indd 5 Edelweiss01indd 5 120314 0859 120314 0859 6 Algoritmos e Programação com Exemplos em Pascal e C Computadores constituem uma poderosa ferramenta para auxiliar o trabalho do homem O uso mais comum dos computadores é por meio de aplicativos já desenvolvidos e disponíveis tais como editores de texto planilhas eletrônicas sistemas de gerenciamento de bancos de dados programas de acesso à Internet e jogos Entretanto por vezes as pessoas desenvol vem soluções específicas para determinadas aplicações de modo a permitir que as informa ções dessas aplicações possam ser acessadas e manipuladas de forma mais segura rápida e eficiente ou com um custo mais baixo Este livro trata dessa segunda forma de uso dos com putadores ou seja de como um usuário pode projetar e desenvolver soluções próprias para resolver problemas específicos de seu interesse Este primeiro capítulo apresenta alguns conceitos básicos utilizados no restante do livro o que vem a ser um algoritmo formas de expressar algoritmos etapas para a construção de um algoritmo e de um programa algumas considerações a respeito das linguagens de programa ção utilizadas o que vem a ser a programação estruturada que é a técnica de programação adotada no desenvolvimento dos programas aqui apresentados e alguns fundamentos de representação interna de dados 11 o que é um algoritmo Vejamos como são solucionados alguns problemas do cotidiano exemplo 1 Telefone público Para utilizar um telefone público como um orelhão ou similar as operações que devemos realizar estão especificadas junto a esse telefone sendo mais ou menos assim 1 leve o fone ao ouvido 2 insira seu cartão no orifício apropriado 3 espere o sinal para discar 4 assim que ouvir o sinal disque o número desejado 5 ao final da ligação retorne o fone para a posição em que se encontrava 6 retire seu cartão Esse conjunto de operações é o que se denomina algoritmo Qualquer pessoa pode executar essas operações na ordem especificada para fazer suas ligações telefônicas desde que pos sua um cartão específico e conheça o número para o qual quer telefonar exemplo 2 Compra de um livro Uma compra em um estabelecimento comercial também obedece a uma sequência de ações predeterminadas Por exemplo para comprar um livro em uma livraria devese 1 entrar na livraria 2 verificar se o livro está disponível Para isso precisase conhecer 1 o título e o autor do livro e 2 ter disponibilidade financeira para a compra Caso a compra venha a ser efetu ada devese a levar o livro até o balcão b esperar que a compra seja registrada no caixa Edelweiss01indd 6 Edelweiss01indd 6 120314 0859 120314 0859 Capítulo 1 Fundamentos 7 c pagar o valor correspondente d esperar que seja feito o pacote e levar o livro comprado 3 sair da livraria Os dois exemplos apresentados são resolvidos por uma sequência de ações bem definidas que devem ser executadas em uma determinada ordem Outras aplicações de nosso dia a dia podem ser detalhadas de forma semelhante uma receita de um bolo o acesso a terminais eletrônicos de bancos a troca do pneu de um carro etc definição de algoritmo Um algoritmo é definido como uma sequência finita de opera ções que quando executadas na ordem estabelecida atingem um objetivo determinado em um tempo finito Um algoritmo deve atender aos seguintes requisitos possuir um estado inicial consistir de uma sequência lógica finita de ações claras e precisas produzir dados de saída corretos possuir estado final previsível deve sempre terminar Além de definir algoritmos para resolver problemas do dia a dia podemos também desenvol ver algoritmos que podem ser transformados total ou parcialmente em programas e execu tados em computadores Este livro concentrase em problemas resolvidos através de algorit mos que podem ser integralmente executados por computadores 111 algoritmos executados por um computador Para que um algoritmo possa ser totalmente executado por um computador é necessário identificar claramente quais as ações que essa máquina pode executar O exemplo a seguir permite identificar através de uma simulação algumas das ações básicas que um computa dor executa e como isso é feito Vamos supor que um professor na sala de aula mostre aos alunos como é calculada a média das notas de uma prova Para simplificar suponhamos que a turma tenha somente cinco alunos As provas estão sobre sua mesa já corrigidas O professor desenha uma grade no quadro dando nome a cada um dos espaços nos quais vai escrever a nota de cada aluno Nota1 Nota2 etc Figura 11 Acrescenta mais um espaço para escrever os resultados de seus cálculos que chama de Resultado Para formalizar o que está fazendo ele escreveu a sequência de ações que está executando em uma folha sobre sua mesa Ele inicia pegando a primeira prova olha sua nota vamos supor que seja 10 e escreve essa nota no espaço reservado para ela que chamou de Nota1 Essa prova ele coloca em uma segunda pilha sobre a mesa pois já foi usada e não deve ser considerada uma segunda vez para calcular a média Em seguida faz o mesmo para a segun da prova nota 8 escrevendo seu valor em Nota2 e colocandoa na pilha das já utilizadas Ele repete essa operação para cada uma das provas restantes Edelweiss01indd 7 Edelweiss01indd 7 120314 0859 120314 0859 8 Algoritmos e Programação com Exemplos em Pascal e C Obtidas todas as notas das provas o professor passa a realizar as operações que vão calcular a média Inicialmente precisa somar todas as notas Em cima da sua mesa está uma cal culadora Ele consulta cada um dos valores das notas que escreveu no quadro e utiliza essa calculadora para fazer sua soma Soma Nota1 Nota2 Nota3 Nota4 Nota5 O resultado da soma ele escreve no espaço que chamou de Resultado Figura 12a Feita a soma ela deve ser dividida por cinco para que seja obtida a média das notas Utili zando novamente a calculadora o professor consulta o que escreveu no espaço Resultado onde está a soma e divide este valor por cinco Como não vai mais precisar do valor da soma o professor utiliza o mesmo espaço chamado Resultado para escrever o valor obtido para a média apagando o valor anterior Figura 12b Finalizando o professor escreve as cinco notas obtidas nas provas e a média em uma folha utilizando uma máquina de escrever para informar à direção da escola 7 Xxxx Xxxx xxxx Qweqweq wewerwr tyutu6 hjhk567 123456 Máquina de escrever Máquina de calcular Sequência de ações Provas corrigidas 10 8 7 Nota1 Nota2 Nota3 Nota4 Nota5 Resultado Quadro Professor 8 Xxxx Xxxx xxxx Provas já usadas figura 11 Simulação de um algoritmo Edelweiss01indd 8 Edelweiss01indd 8 120314 0859 120314 0859 Capítulo 1 Fundamentos 9 A sequência de ações que foram executadas foi a seguinte 1 ler a nota da primeira prova e escrevêla em Nota1 2 ler a nota da prova seguinte e escrevêla em Nota2 3 ler a nota da prova seguinte e escrevêla em Nota3 4 ler a nota da prova seguinte e escrevêla em Nota4 5 ler a nota da prova seguinte e escrevêla em Nota5 6 somar os valores escritos nos espaços Nota1 Nota2 Nota3 Nota4 e Nota5 Escrever o resultado da soma em Resultado 7 dividir o valor escrito em Resultado por cinco e escrever o valor deste cálculo em Resultado 8 usando a máquina de escrever escrever os valores contidos em Nota1 Nota2 Nota3 Nota4 Nota5 e Resultado 9 terminar a execução desta tarefa Essa sequência de operações caracteriza um algoritmo sendo que todas as ações realizadas nesse algoritmo podem ser executadas por um computador A tradução desse algoritmo para uma linguagem que um computador possa interpretar gera o programa que deve ser exe cutado pelo computador O professor corresponde à unidade central de processamento UCP ou mais comumente CPU de Central Processing Unit responsável pela execução desse pro grama Essa unidade organiza o processamento e garante que as instruções sejam executadas na ordem correta 10 8 7 5 9 39 10 8 7 5 9 78 a b Quadro Quadro Nota1 Nota2 Nota3 Nota4 Nota5 Resultado Nota1 Nota2 Nota3 Nota4 Nota5 Resultado figura 12 Valores durante a simulação Edelweiss01indd 9 Edelweiss01indd 9 120314 0859 120314 0859 10 Algoritmos e Programação com Exemplos em Pascal e C Fazendo um paralelo entre o exemplo e um computador real os espaços desenhados na gra de do quadro constituem a memória principal do computador que é composta por espaços acessados pelos programas através de nomes dados pelo programador Nesses espaços são guardadas durante o processamento informações lidas na entrada e re sultados de processamentos como no exemplo visto Cada um desses espaços só pode conter um valor a cada momento perdendo o valor anterior se um novo valor for armazenado nele como ocorreu quando se escreveu a média em Resultado apagando o valor da soma que lá estava Denominase variável cada um desses espaços utilizados para guardar valores denotando que seu valor pode variar ao longo do tempo As instruções de um programa que está sendo executado também são armazenadas na memória principal Todas as informações armazenadas nas variáveis da memória principal são perdidas no momento em que termina a execução do programa Unidades de memória secundária podem ser utilizadas para guardar informações dados a fim de serem utilizadas em outra ocasião Exemplos de dispositivos de memória secundária são HDs Hard Disks CDs DVDs e pendrives A comunicação do computador com o usuário durante o processamento e ao seu final é feita através de unidades de entrada e saída No exemplo anterior a pilha de provas corresponde à unidade de entrada do computador através da qual são obtidos os valores que serão utili zados no processamento A unidade de entrada mais usada para interação entre o usuário e o programa durante a execução é o teclado do computador Quando se trata de imagens a unidade de entrada pode ser por exemplo uma máquina fotográfica ou um scanner A máquina de escrever corresponde à unidade de saída que informa aos usuários o resul tado do processamento Exemplos de unidades de saída são o vídeo do computador e uma impressora As unidades de entrada e saída de dados constituem as únicas interfaces do computador com seu usuário Observe que sem as unidades de entrada e saída não é possível fornecer dados ao computador nem saber dos resultados produzidos A máquina de calcular corresponde à unidade aritmética e lógica do computador responsá vel pelos cálculos e inferências necessários ao processamento Sua utilização fica totalmente transparente ao usuário que somente é informado dos resultados do processamento Resumindo um computador processa dados Processar compreende executar atividades como por exemplo comparações realização de operações aritméticas ordenações A partir de dados de entrada processandoos o computador produz resultados saídas Na figu ra 13 vêse um esquema simplificado da organização funcional de um computador Nela podem ser observados os sentidos em que as informações fluem durante a execução de um programa o sistema central do computador compreende a CPU e a memória principal na CPU estão as unidades de controle e de aritmética e lógica a unidade de controle tem acesso à memória principal às unidades de entrada e de saída de dados e aos dispositivos de me mória secundária Edelweiss01indd 10 Edelweiss01indd 10 120314 0859 120314 0859 Capítulo 1 Fundamentos 11 112 comandos básicos executados por um computador Analisando o exemplo anterior identificamos as primeiras ações que podem ser executadas por um computador obter um dado de uma unidade de entrada de dados também chamada de leitura de um dado informar um resultado através de uma unidade de saída também chamada de escrita de uma informação ou saída de um dado resolver expressões aritméticas e lógicas colocar o resultado de uma expressão em uma variável Essas ações são denominadas instruções ou comandos Outros comandos serão vistos ao longo deste livro 113 da necessidade do desenvolvimento de algoritmos para solucionar problemas computacionais Nas atividades cotidianas já vistas é sem dúvida necessária alguma organização por parte de quem vai realizar a tarefa No uso do telefone retirar o fone do gancho e digitar o número e só depois inserir o cartão não será uma boa estratégia assim como no caso da livraria levar o livro sem passar pelo caixa também resultará em problemas Nessas atividades no entanto grande parte das pessoas não necessita colocar por escrito os passos a realizar para cumprir a tarefa Porém quando se trata de problemas a solucionar por computador a sequência de Unidade de entrada Unidade de saída Unidade de memória auxiliar Memória principal Unidade Central de Processamento UCP Sistema central Unidade aritmética e lógica Unidade de controle figura 13 Esquema simplificado de um computador Edelweiss01indd 11 Edelweiss01indd 11 120314 0859 120314 0859 12 Algoritmos e Programação com Exemplos em Pascal e C ações que o computador deve realizar é por vezes bastante extensa e nem sempre conhecida e óbvia Para a programação de computadores a análise cuidadosa dos elementos envolvidos em um problema e a organização criteriosa da sequência de passos necessários à sua solução algoritmo devem obrigatoriamente preceder a escrita do programa que busque solucionar o problema Para problemas mais complexos o recomendável é desenvolver um algoritmo detalhado antes de passar à etapa de codificação mas para problemas mais simples o algo ritmo pode especificar apenas os passos principais 114 formas de expressar um algoritmo Em geral no desenvolvimento de algoritmos computacionais não são utilizadas nem as lin guagens de programação nem a linguagem natural mas formas mais simplificadas de lingua gens As formas mais usuais de representação de algoritmos são a linguagem textual alguma pseudolinguagem e o fluxograma Para exemplificar cada uma delas vamos usar o seguinte exemplo obter a soma de dois valores numéricos quaisquer linguagem textual Foi a forma utilizada para introduzir o conceito de algoritmo nos exem plos anteriores Analisando o problema aqui colocado para obter a soma de dois valores é preciso realizar três operações na ordem a seguir 1 obter os dois valores 2 realizar a soma 3 informar o resultado pseudolinguagem Para padronizar a forma de expressar algoritmos são definidas pseu dolinguagens Uma pseudolinguagem geralmente é bastante semelhante a uma linguagem de programação sem entretanto entrar em detalhes como por exemplo formatação de in formações de entrada e de saída As operações básicas que podem ser executadas pelo com putador são representadas através de palavras padronizadas expressas na linguagem falada no nosso caso em Português Algumas construções também são padronizadas como as que especificam onde armazenar valores obtidos e calculados bem como a forma de calcular expressões aritméticas e lógicas Antecipando o que será visto nos capítulos a seguir o algoritmo do exemplo recémdiscutido é expresso na pseudolinguagem utilizada neste livro como Algoritmo 11 Soma2 INFORMAR A SOMA DE 2 VALORES Entradas valor1 valor2 real Saídas soma real início ler valor1 valor2 ENTRADA DOS 2 VALORES soma valor1 valor2 CALCULA A SOMA escrever soma INFORMA A SOMA fim Edelweiss01indd 12 Edelweiss01indd 12 120314 0859 120314 0859 Capítulo 1 Fundamentos 13 fluxograma Tratase de uma representação gráfica que possibilita uma interpretação visual do algoritmo Cada ação é representada por um bloco sendo os blocos interligados por linhas dirigidas setas que representam o fluxo de execução Cada forma de bloco representa uma ação A Figura 14 mostra alguns blocos utilizados em fluxogramas neste livro juntamente com as ações que eles representam São adotadas as formas propostas na padronização feita pela ANSI American National Standards Institute em 1963 Chapin 1970 com algumas adaptações Outras formas de blocos serão introduzidas ao longo do texto A representação do algoritmo do exemplo acima está na Figura 15 A representação através de fluxogramas não é adequada para algoritmos muito extensos com grande número de ações a executar Utilizaremos a representação de fluxogramas so mente como apoio para a compreensão das diferentes construções que podem ser utilizadas nos algoritmos 115 eficácia e eficiência de algoritmos Dois aspectos diferentes devem ser analisados quando se constrói um algoritmo para ser exe cutado em um computador sua eficácia exatidão e sua eficiência eficácia corretude de um algoritmo Um algoritmo deve realizar corretamente a tarefa para a qual foi construído Além de fazer o que se espera o algoritmo deve fornecer o resul tado correto para quaisquer que sejam os dados fornecidos como entrada A eficácia de um algoritmo deve ser exaustivamente testada antes que ele seja implementado em um compu tador o que levou ao desenvolvimento de diversas técnicas de testes incluindo testes formais A forma mais simples de testar um algoritmo é através de um teste de mesa no qual se si ENTRADA lista de variáveis variável expressão Ponto em que inicia a execução do algoritmo Ponto em que termina a execução do algoritmo Entrada de dados leitura de informações para preencher a lista de variáveis Saída de dados informa conteúdos das variáveis da lista Atribuição variável recebe o resultado da expressão início fim SAÍDA lista de variáveis figura 14 Blocos de fluxograma Edelweiss01indd 13 Edelweiss01indd 13 120314 0859 120314 0859 14 Algoritmos e Programação com Exemplos em Pascal e C mula com lápis e papel sua execução com conjuntos diferentes de dados de entrada No final de cada capítulo deste livro são indicados alguns cuidados a adotar para verificar a exatidão dos algoritmos durante os testes eficiência de um algoritmo A solução de um problema através de um algoritmo não é necessariamente única Na maioria dos casos algoritmos diferentes podem ser construídos para realizar uma mesma tarefa Neste livro será enfatizada a utilização de técnicas que levam à construção de algoritmos mais eficientes Entretanto em alguns casos não se pode dizer a priori qual a melhor solução Podese sim calcular qual a forma mais eficiente com base em dois critérios tempo de execução e espaço de memória ocupado Aspectos de eficiência de algoritmos são vistos em outro livro desta série Toscani Veloso 2012 Um exemplo da diferença entre eficácia e eficiência pode ser observado na receita de ovo mexido mostrada a seguir 1 ligar o fogão em fogo baixo 2 separar 1 ovo 1 colher de sobremesa de manteiga e sal a gosto 3 quebrar o ovo em uma tigela 4 colocar sal na tigela 5 misturar levemente o ovo e o sal com um garfo 6 aquecer a manteiga na frigideira até que comece a derreter 7 jogar o ovo na frigideira mexendo com uma colher até ficar firme 8 retirar da frigideira e servir ENTRADA valor1 valor2 soma valor1 valor2 início fim SAÍDA soma figura 15 Fluxograma da soma de dois números Edelweiss01indd 14 Edelweiss01indd 14 120314 0859 120314 0859 Capítulo 1 Fundamentos 15 Se analisarmos o algoritmo acima podemos observar que embora o ovo mexido seja obtido garantindo a eficácia da receita existe uma clara ineficiência em relação ao gasto de gás uma vez que ligar o fogão não é prérequisito para a quebra do ovo e mistura do ovo e do sal Já em outras ações como as especificadas nos passos 3 e 4 a sequência não é relevante Se modificarmos apenas a sequência das ações conforme indicado abaixo então teremos um algoritmo eficaz e mais eficiente 1 separar 1 ovo 1 colher de sobremesa de manteiga e sal a gosto 2 quebrar o ovo em uma tigela 3 colocar sal nesta tigela 4 misturar levemente o ovo e o sal com um garfo 5 ligar o fogão em fogo baixo 6 aquecer a manteiga na frigideira até que comece a derreter 7 jogar o ovo na frigideira misturando com uma colher até ficar firme 8 retirar da frigideira e servir 12 etapas de construção de um programa A construção de um algoritmo para dar suporte computacional a uma aplicação do mundo real deve ser feita com todo cuidado para que ele realmente execute as tarefas que se quer de forma correta e em tempo razoável Programar não é uma atividade trivial muito antes pelo contrário requer muito cuidado e atenção A dificuldade em gerar bons programas levou à definição de técnicas específicas que iniciam frequentemente com a construção de um algoritmo A forma mais simples de garantir a qualidade de um programa é construílo seguindo uma série de etapas Partese de uma análise inicial da realidade envolvida na aplicação desenvol vendo a solução de forma gradual e chegase ao produto final um programa que executa as funcionalidades necessárias à aplicação A seguir são explicadas as etapas que devem ser cumpridas para assegurar a construção de um programa correto Figura 16 Observe que este processo não é puramente sequencial mas em cada etapa pode ser necessário voltar a alguma etapa anterior para desenvolver com mais detalhes algum aspecto análise detalhada do problema Iniciase com uma análise detalhada do problema identificando os aspectos que são relevantes para a sua solução No Algoritmo 11 o problema é Informar a soma de dois valores especificação dos requisitos do problema Nessa etapa são identificados e especi ficados os resultados que deverão ser produzidos saídas e os dados que serão neces sários para a execução da tarefa requerida entradas No Algoritmo 11 os dados de entrada e saída são Edelweiss01indd 15 Edelweiss01indd 15 120314 0859 120314 0859 16 Algoritmos e Programação com Exemplos em Pascal e C Entradas dois valores numéricos digitados via teclado Saída a soma dos dois valores mostrada na tela Esse é um problema simples adequado à introdução dos conceitos iniciais Contudo na prática não apenas os objetivos podem ser mais complexos como a identificação de en tradas e saídas pode incluir formatos e valores válidos bem como quantidades de valores e a especificação de outros dispositivos de entrada e saída construção de um algoritmo A etapa seguinte é o projeto de um algoritmo que solucione o problema ou seja de um conjunto finito de ações que quando executadas na ordem estabelecida levem ao resultado desejado em um tempo finito É importante notar que mesmo os problemas mais simples tendem a ter mais de uma solução possí vel devendo ser determinada a solução que será adotada Nesta etapa já devem ser cria dos nomes de variáveis que irão armazenar os valores de entrada e os valores gerados durante o processamento O Algoritmo 11 representa uma possível solução alcançada nesta etapa validação do algoritmo Em seguida deve ser feita a validação lógica do algoritmo desenvolvido Essa validação muitas vezes é feita através de um teste de mesa ou seja simulando sua execução com dados virtuais Procurase através desses testes verificar se a solução proposta atinge o objetivo Devem ser feitos testes tanto com valores corretos como incorretos No exemplo que está sendo utilizado aqui os dados para testes devem incluir valores nulos positivos e negativos como por exemplo Problema Entradas e saídas Verificação do programa Manutenção Construção do algoritmo Análise Validação do algoritmo Construção do programa figura 16 Etapas da construção de um programa Edelweiss01indd 16 Edelweiss01indd 16 120314 0859 120314 0859 Capítulo 1 Fundamentos 17 Valor1 Valor2 Soma 0 0 0 26 12 38 4 10 14 12 10 2 5 2 3 codificação do programa É a tradução do algoritmo criado para resolver o problema para uma linguagem de programação Os programas em Pascal e C gerados a partir do algoritmo desenvolvido para o exemplo Algoritmo 11 são apresentados no Capítulo 3 verificação do programa Consiste nas verificações sintática compilação e semântica teste e depuração do programa gerado Os mesmos valores utilizados no teste de mesa podem ser utilizados para testar o programa gerado manutenção Uma vez considerado pronto o programa passa a ser utilizado por usuá rios A etapa de manutenção do programa inicia no momento em que ele é liberado para execução e acompanha todo seu tempo de vida útil A manutenção tem por finalidade corrigir eventuais erros detectados assim como adicionar novas funcionalidades Cada uma dessas fases é importante devendo ser respeitada e valorizada para se chegar a programas de qualidade Neste sentido aqui são fornecidos subsídios a fim de que todas as etapas sejam consideradas durante a escrita de programas como por exemplo a indicação de valores que devem ser utilizados nos testes de cada comando e conselhos para deixar os programas legíveis de modo a facilitar a sua manutenção 13 paradigmas de programação O programa realmente executado por um computador é escrito em uma linguagem com preendida pela máquina por isso denominada linguagem de máquina na qual as instru ções são codificadas no sistema de numeração binário A utilização direta de linguagem de máquina é bastante complicada Para tornar a escrita de programas mais acessível a usuá rios comuns foram desenvolvidas linguagens de mais alto nível denominadas linguagens de programação São linguagens que permitem a especificação das instruções que deverão ser executadas pelo computador através de uma linguagem mais próxima da linguagem natural Um programa escrito numa linguagem de programação denominado programafonte deve ser primeiro traduzido para linguagem de máquina para só então ser executado pelo com putador A tradução do programafonte para o programa em linguagem de máquina corres pondente é feita por um outro programa específico para a linguagem utilizada denominado compilador Figura 17 Na busca de uma forma simples clara e precisa de escrever programas diversas linguagens de programação foram desenvolvidas nos últimos anos Toda linguagem possui uma sintaxe bem definida que determina as construções corretas a serem utilizadas para a elaboração de programas Além disso cada linguagem de programação utiliza um conjunto de concei Edelweiss01indd 17 Edelweiss01indd 17 120314 0859 120314 0859 18 Algoritmos e Programação com Exemplos em Pascal e C tos adotados na solução de problemas o qual corresponde à semântica desta linguagem ou seja à forma como construções sintaticamente corretas são executadas Esses conceitos possibilitam diferentes abordagens de problemas e formulações de soluções isto é seguem diferentes paradigmas de programação A palavra paradigma corresponde a um modelo ou padrão de como uma realidade é entendi da e de como se interage com essa realidade Aqui um paradigma de programação corresponde à forma como a solução está estruturada e será executada no programa gerado incluindo téc nicas e conceitos específicos bem como os recursos disponibilizados Os principais paradigmas das linguagens de programação são Ghezzi Jazayeri 1987 Melo Silva 2003 Sebesta 2003 imperativo ou procedural no qual um programa é composto por uma sequência de comandos a serem executados pelo computador em uma determinada ordem Dentre as linguagens de programação voltadas a esse paradigma destacamse Pascal C Fortran Cobol PL1 Basic Algol Modula e Ada entre outras funcional em que um programa é composto pela declaração de funções que transfor mam as entradas nas saídas desejadas Exemplos de linguagens funcionais são Lisp ML Miranda Haskell e OCaml lógico que utiliza a avaliação de condições lógicas como base para a escrita dos progra mas Um programa é composto por regras que disparam ações a partir da identificação de premissas Um exemplo desse paradigma é a linguagem Prolog orientação a objetos em que o mundo real é representado por meio de classes de objetos e das operações que podem ser realizadas sobre eles as quais definem seu com portamento Herança e polimorfismo são conceitos básicos adotados nesse paradigma Smalltalk C Java PascalOO Delphi C Eiffel e Simula são exemplos de linguagens orientadas a objetos A forma de escrever um programa em cada um desses paradigmas é bastante diferente Neste livro será considerado somente o paradigma imperativo ou procedural Essa opção para um primeiro curso em programação justificase pelas seguintes razões o paradigma imperativo permite representar de uma forma intuitiva os problemas do dia a dia que geralmente são executados através de sequências de ações Programafonte Programa em linguagem de programação Programa em linguagem de máquina COMPILADOR Programa executável figura 17 Tradução de programafonte para executável Edelweiss01indd 18 Edelweiss01indd 18 120314 0859 120314 0859 Capítulo 1 Fundamentos 19 historicamente os primeiros programas foram desenvolvidos utilizando linguagens impe rativas sendo esse um paradigma dominante e bem estabelecido existe um grande número de algoritmos e de sistemas implementados em linguagens que seguem esse paradigma os quais podem ser utilizados como base para o desenvol vimento de novos programas A opção de utilizar as linguagens Pascal e C neste livro deuse por serem essas as linguagens mais utilizadas como introdutórias à programação na maior parte dos cursos brasileiros de ciência da computação informática e engenharia da computação A linguagem Pascal foi definida por Niklaus Wirth em 1970 Wirth 1971 1972 1978 com a finalidade de ser utilizada em aplicações de propósito geral e principalmente para ensino de programação Uma característica importante de Pascal é que foi desde sua criação pensada para dar suporte à programação estruturada Pascal serviu de base para o desenvol vimento de diversas outras linguagens de programação Ghezzi Jazayeri 1987 Portanto o aprendizado de novas linguagens de programação sobretudo as que seguem o paradigma imperativo se torna mais fácil para quem conhece Pascal A linguagem C foi desenvolvida por Dennis Ritchie nos anos 1970 Kernighan Ritchie 1988 com o propósito de ser uma linguagem para a programação de sistemas É hoje largamente utilizada em universidades e no desenvolvimento de software básico 14 programação estruturada A programação estruturada Jackson 1975 pode ser vista como um subconjunto do pa radigma imperativo Baseiase no princípio de que o fluxo do programa deve ser estruturado devendo esse fluxo ficar evidente a partir da estrutura sintática do programa A estruturação deve ser garantida em dois níveis de comandos e de unidades No nível de comandos a programação estruturada fundamentase no princípio básico de que um programa deve possuir um único ponto de entrada e um único ponto de saída existindo de 1 a n caminhos definidos desde o princípio até o fim do programa e sendo todas as ins truções executáveis sem que apareçam repetições loops infinitas de alguns comandos Nes se ambiente o programa deve ser composto por blocos elementares de instruções coman dos interconectados através de apenas três mecanismos de controle de fluxo de execução sequência seleção e iteração Cada bloco elementar por sua vez é delimitado por um ponto de início necessariamente no topo do bloco e por um ponto de término necessariamente no fim do bloco de execução ambos muito bem definidos Os três mecanismos de controle do fluxo de execução estão representados na Figura 18 através de fluxogramas nos quais se observa claramente os pontos de entrada e de saída de cada bloco de instruções Alguns dos blocos que constam nessa figura serão vistos nos próximos capítulos deste livro Uma característica fundamental da programação estruturada é que o uso de desvios incondi cionais no programa implementados pelo comando GOTO VÁ PARA é totalmente proibido Edelweiss01indd 19 Edelweiss01indd 19 120314 0859 120314 0859 20 Algoritmos e Programação com Exemplos em Pascal e C Embora esse tipo de comando em alguns casos possa facilitar a construção de um progra ma dificulta enormemente sua compreensão e manutenção No nível de unidades a programação estruturada baseiase na ideia proposta em 1972 pelo cientista de computação E W Dijkstra A arte de programar consiste na arte de organizar e dominar a complexidade dos sistemas A programação estruturada enfatiza a utilização de unidades separadas de programas chamadas de módulos que são ativadas através de comandos especiais Propõe que os programas sejam divididos em um conjunto de subpro gramas menores cada um com seu objetivo específico e bem definido mais fáceis de imple mentar e de testar seguindo a tática de dividir para conquistar O desenvolvimento de programas deve ser feito de forma descendente com a decomposição do problema inicial em módulos ou estruturas hierárquicas de modo a dividir ações comple xas em uma sequência de ações mais simples desenvolvidas de forma mais fácil Essa técnica decorre da programação estruturada e é também conhecida como programação modular Resumindo a programação estruturada consiste em uso de um número muito limitado de estruturas de controle desenvolvimento de algoritmos por fases ou refinamentos sucessivos decomposição do algoritmo total em módulos Essas técnicas para a solução de problemas visam à correção da solução desenvolvida bem como à simplicidade dessa solução garantindo uma melhor compreensão do que é feito e facilitando a manutenção dos programas por outras pessoas além do desenvolvedor inicial Neste texto será utilizada a programação estruturada incentivando o desenvolvimento de programas através de módulos de forma a garantir a qualidade dos programas construídos Farrer et al 1999 Seguindo os preceitos da programação estruturada comandos do tipo GOTO VÁ PARA que alteram o fluxo de execução incondicionalmente não serão tratados neste livro Sequência Seleção Iteração figura 18 Estruturas de controle de fluxo de execução na programação estruturada Edelweiss01indd 20 Edelweiss01indd 20 120314 0859 120314 0859 Capítulo 1 Fundamentos 21 15 elementos de representação interna de dados Internamente os computadores digitais operam usando o sistema numérico binário que utiliza apenas os símbolos 0 e 1 Na memória e nos dispositivos de armazenamento o com ponente conceitual básico e a menor unidade de armazenamento de informação é o bit Bit vem do Inglês binary digit ou seja dígito binário e um bit pode memorizar somente um entre dois valores zero ou um Qualquer valor numérico pode ser expresso por uma sucessão de bits usando o sistema de numeração binário Para representar caracteres são utilizados códigos armazenados em conjuntos de bits Os códigos mais comuns armazenam os caracteres em bytes que são conjuntos de 8 bits Nos códigos de representação de caracteres cada caractere tem associado a si por convenção uma sequência específica de zeros e uns Três códigos de representação de caracteres são bastante utilizados ASCII 7 bits por caractere EBCDIC 8 bits por caractere e UNICODE 16 32 ou mais bits Tanto o ASCII American Standard Code for Information Interchange que é o código utiliza do pela maioria dos microcomputadores e em alguns periféricos de equipamentos de grande porte quanto o EBCDIC Extended Binary Coded Decimal Interchange Code utilizam um byte para representar cada caractere sendo que na representação do conjunto de caracteres ASCII padrão o bit mais significativo bit mais à esquerda do byte é sempre igual a 0 A represen tação dos caracteres A e Z nos dois códigos é Caracteres EBCDIC ASCII A 1100 0001 0100 0001 Z 1110 1001 0101 1010 O UNICODE é promovido e desenvolvido pelo Unicode Consortium Busca permitir aos com putadores representar e manipular textos de forma consistente nos múltiplos sistemas de escrita existentes Atualmente ele compreende mais de 100000 caracteres Dependendo do conjunto de caracteres que esteja em uso em uma aplicação um dois ou mais bytes podem ser utilizados na representação dos caracteres As unidades de medida utilizadas para quantificar a memória principal e indicar a capacidade de armazenamento de dispositivos são K quilo mil 10 3 M mega milhão 10 6 G giga bilhão 10 9 T tera trilhão 10 12 O sistema métrico de unidades de medida utiliza os mesmos prefixos mas o valor exato de cada um deles em informática é levemente superior Como o sistema de numeração utilizado Edelweiss01indd 21 Edelweiss01indd 21 120314 0859 120314 0859 22 Algoritmos e Programação com Exemplos em Pascal e C internamente em computadores é o binário base 2 as capacidades são representadas como potências de 2 K 1024 2 10 M 1048576 2 20 etc A grafia dos valores expressos em múltiplos de bytes pode variar Assim por exemplo 512 quilobytes podem ser escritos como 512K 512KB 512kB ou 512Kb Já os valores expressos em bits via de regra são escritos por extenso como em 512 quilobits 16 dicas Critérios que devem ser observados ao construir um algoritmo procurar soluções simples para proporcionar clareza e facilidade de entendimento do algoritmo construir o algoritmo através de refinamentos sucessivos seguir todas as etapas necessárias para a construção de um algoritmo de qualidade identificar o algoritmo definindo sempre um nome para ele no cabeçalho Este nome deve traduzir de forma concisa seu objetivo Por exemplo Algoritmo 11 Soma2 indica através do nome que será feita a soma de dois valores definir também no cabeçalho o objetivo do algoritmo suas entradas e suas saídas nunca utilizar desvios incondicionais como GOTO VÁ PARA 17 testes Testes de mesa É importante efetuar sempre que possível testes de mesa para verificar a efi cácia corretude de um algoritmo antes de implementálo em uma linguagem de programa ção Nestes testes devese utilizar diferentes conjuntos de dados de entrada procurando usar dados que cubram a maior quantidade possível de situações que poderão ocorrer durante a utilização do algoritmo Quando o algoritmo deve funcionar apenas para um intervalo defini do de valores é recomendável que se simule a execução para valores válidos valores limítrofes válidos e inválidos e valores inválidos acima e abaixo do limite estabelecido Por exemplo se um determinado algoritmo deve funcionar para valores inteiros no intervalo de 1 a 10 inclusive o teste de mesa deveria incluir a simulação da execução para no mínimo os valores 0 1 10 11 e um valor negativo Edelweiss01indd 22 Edelweiss01indd 22 120314 0859 120314 0859 Edelweiss02indd 24 Edelweiss02indd 24 120314 0859 120314 0859 Este capítulo apresenta as unidades léxicas de linguagens de programação imperativas como Pascal e C Discute as declarações de variáveis de constantes e de tipos bem como a representação de expressões aritméticas e lógicas Neste capítulo e nos que o sucedem todos os conceitos são apresentados e analisados inicialmente em linguagem algorítmica sendo a seguir comentados e exemplificados em Pascal e C constantes e expressões unidades léxicas variáveis capítulo 2 Edelweiss02indd 25 Edelweiss02indd 25 120314 0859 120314 0859 26 Algoritmos e Programação com Exemplos em Pascal e C Para que um algoritmo se transforme em um programa executável é necessário que esse seja inicialmente traduzido para uma linguagem de programação pelo compilador corresponden te que irá gerar o programa a ser executado Essa tradução é feita com base na gramática da linguagem Nesse processo cada símbolo cada palavra e cada construção sintática utilizados no programa devem ser reconhecidos pelo compilador Isso é possível porque toda linguagem de programação possui uma gramática bem definida que rege a escrita dos programas ou seja que define sua sintaxe A primeira representação da gramática de uma linguagem de programação foi apresentada por John Backus em 1959 para expressar a gramática da linguagem Algol Esta notação deu origem à BNF BackusNaur Form ou Backus Normal Form Knuth 2003 Wiki 2012 que se tornou a forma mais utilizada para representar a gramática de linguagens de progra mação Neste livro é utilizada uma forma simplificada da BNF ver Apêndice para representar a gramática da pseudolinguagem e das linguagens Pascal e C As gramáticas das linguagens de programação imperativas são bastante parecidas no que se refere a unidades léxicas e comandos disponíveis Esses elementos são apresentados a partir deste capítulo que inicia apresentando as unidades léxicas de linguagens de programação imperativas A seguir ele mostra como devem ser feitas as declarações de variáveis de cons tantes e de tipos incluindo a análise de diferentes tipos de variáveis e dos valores que podem conter Por fim esse capítulo apresenta as expressões aritméticas e lógicas e suas represen tações Outros tipos de declarações serão vistos mais adiante neste livro Todos os conceitos são apresentados e analisados na linguagem algorítmica sendo depois traduzidos para as linguagens de programação Pascal e C 21 componentes das linguagens de programação Os componentes básicos de uma linguagem de programação são denominados unidades léxicas As unidades léxicas mais simples analisadas a seguir são valores literais identificado res palavras reservadas símbolos especiais e comentários 211 literais Literais são valores representados explicitamente no programa e que não mudam durante a execução Podem ser números valores lógicos caracteres ou strings números Usualmente é utilizada a notação decimal para representar números nos progra mas embora se saiba que internamente eles sejam representados na forma binária Podem ser utilizados valores numéricos inteiros ou fracionários chamados de reais positivos ou negativos Os números são representados na linguagem algorítmica exatamente como apare cem nas expressões aritméticas em português Ex 123 45 67 As linguagens de programação geralmente também permitem uma forma alternativa de es crita mais compacta de números muito grandes ou muito pequenos denominada notação Edelweiss02indd 26 Edelweiss02indd 26 120314 0859 120314 0859 Capítulo 2 Unidades Léxicas Variáveis Constantes e Expressões 27 exponencial científica ou de ponto flutuante Nessa notação um número real é representado por um valor inteiro denominado mantissa multiplicado por potências de 10 indicadas pelo seu expoente Por exemplo o valor 3000000000000 seria representado como 3 x 10 11 Tanto a mantissa como o expoente podem ter sinal positivo ou negativo Cada linguagem de programação define uma forma para a representação de números em notação exponencial conforme será visto nas seções correspondentes a Pascal e C valores lógicos Os valores lógicos ou booleanos verdadeiro e falso podem ser utiliza dos diretamente nos programas quando for feita alguma comparação caracteres Permitem representar um símbolo ASCII qualquer como uma letra do alfa beto um dígito numérico aqui sem conotação quantitativa apenas como representação de um símbolo ou um caractere especial um espaço em branco também corresponde a um caractere especial Nos programas os caracteres são geralmente representados entre apóstrofos Essa é também a forma utilizada na pseudolinguagem aqui empregada Ex A b 4 strings São sequências de um ou mais caracteres Quaisquer caracteres podem ser utiliza dos letras dígitos e símbolos incluindo o símbolo que representa um espaço em branco Strings normalmente são representadas entre apóstrofos em um programa forma também utilizada na pseudolinguagem Ex Ana Maria A12B3 ab 913403301 212 identificadores São as palavras criadas pelo programador para denominar o próprio programa ou elementos dentro do mesmo tais como variáveis constantes ou subprogramas Toda linguagem de programação define regras específicas para a formação de identificadores para que eles possam ser reconhecidos pelo compilador Na pseudolinguagem utilizada neste livro um identificador deve sempre iniciar por uma letra seguida de qualquer número de letras e dígitos incluindo o símbolo sublinhado por ser essa a forma mais frequentemente utilizada em linguagens de programação Tratandose de uma pseudolinguagem a acentuação e a letra ç também podem ser utilizadas de forma a traduzir de forma mais fiel os valores que devem ser representados A pseudolinguagem não diferencia letras maiúsculas de minúsculas mas se recomenda que sejam usadas apenas minúsculas nos nomes de identificadores reservando as maiúsculas para iniciais e para casos específicos que serão destacados oportunamente Exemplos de identificadores valor número1 a7b21 NomeSobrenome Edelweiss02indd 27 Edelweiss02indd 27 120314 0859 120314 0859 28 Algoritmos e Programação com Exemplos em Pascal e C 213 palavras reservadas São identificadores que têm um significado especial na linguagem representando comandos e operadores ou identificando subprogramas já embutidos na linguagem As palavras re servadas não podem ser utilizadas como identificadores definidos pelo programador Algumas das palavras reservadas definidas na pseudolinguagem são início fim se então escrever ler função 214 símbolos especiais Símbolos especiais servem para delimitar ações separar elementos efetuar operações ou indicar ações específicas Na pseudolinguagem aqui adotada também existem alguns símbo los especiais com significado específico como 215 comentários Comentários são recursos oferecidos pelas linguagens de programação que permitem por exemplo a inclusão de esclarecimentos sobre o que o programa faz e como isso é feito Os comentários são identificados e delimitados por símbolos especiais e podem compreender quaisquer sequências de caracteres Todo o conteúdo compreendido entre os símbolos deli mitadores de comentários é ignorado pelo compilador durante a tradução do programa ser vindo apenas para documentar e facilitar o entendimento pelos seres humanos que tiverem acesso ao código do programa Na pseudolinguagem os comentários são delimitados pelos símbolos e Exemplo de comentário Este é um comentário 22 declarações Todos os itens utilizados em um programa devem ser declarados antes de sua utilização Os nomes e as características desses itens são definidos através de declarações Nesta seção são analisadas declarações de variáveis de tipos de dados e de constantes Outras declarações são vistas em capítulos subsequentes Edelweiss02indd 28 Edelweiss02indd 28 120314 0859 120314 0859 Capítulo 2 Unidades Léxicas Variáveis Constantes e Expressões 29 221 declaração de variáveis Uma variável representa um espaço de memória identificado e reservado para guardar um valor durante o processamento Ressaltese que somente um valor pode estar armazenado em uma variável em um determinado momento Caso seja definido um novo valor para uma variável o anterior será perdido Sempre que um programador decidir utilizar uma variável em seu programa ele deverá informar seu nome e o tipo de valores que ela irá armazenar Isso faz com que ao final da compilação do programa exista um espaço reservado para essa variável na memória principal do computador com um determinado endereço físico O tamanho do espaço alocado para a variável depende do tipo definido para ela Uma vez alocada a variável ela passa a ser referenciada no programa através do nome dado pelo programador não sendo necessário saber seu endereço físico Variáveis de dois tipos bastante diferentes no seu conteúdo e forma de uso podem ser utiliza das em um programa 1 variáveis que armazenam os valores manipulados no programa e 2 variáveis que guardam endereços físicos de memória denominadas ponteiros Esse segundo tipo de variável será tratado mais adiante no Capítulo 14 Até lá sempre que forem feitas refe rências a variáveis se estará tratando das que armazenam valores e não endereços de memória Toda variável utilizada pelo programa deve ser declarada no seu início através de uma decla ração de variáveis em que são definidos seu nome e o tipo de dados que poderá armazenar Os tipos de dados utilizados nas linguagens de programação se classificam de acordo com os valores que podem armazenar em tipos simples numéricos alfanuméricos lógicos ou booleanos ponteiros tipos compostos arranjos registros enumerações conjuntos arquivos Inicialmente serão analisados somente os três primeiros tipos de dados simples O tipo pontei ro e os tipos compostos serão gradualmente apresentados ao longo deste livro Os nomes dados aos tipos de dados simples na pseudolinguagem são inteiro para armazenar somente valores numéricos inteiros real em que são armazenados valores numéricos fracionários caractere para armazenar somente um caractere alfanumérico utilizando a codifica ção de caracteres ASCII que representa qualquer caractere em 8 bits Edelweiss02indd 29 Edelweiss02indd 29 120314 0859 120314 0859 30 Algoritmos e Programação com Exemplos em Pascal e C string em que são armazenadas cadeias de caracteres alfanuméricos lógico para variáveis que podem armazenar somente um dos dois valores lógicos ver dadeiro ou falso Uma opção na declaração de uma variável simples do tipo string é definir o número de ca racteres que poderá conter por meio de um inteiro entre colchetes Por exemplo uma variável definida com o tipo string3 poderá conter somente três caracteres enquanto que uma variável definida com o tipo string sem limitação de tamanho poderá ter o número de caracteres permitido na linguagem de programação utilizada No Capítulo 1 ressaltouse a importância de identificar os valores de entrada e de saída de um algoritmo Esses valores são armazenados em variáveis Na pseudolinguagem sugerese que as variáveis sejam definidas em conjuntos separados identificando 1 as variáveis de entrada que servirão para valores fornecidos ao programa 2 as de saída que vão armazenar os valo res que serão informados pelo programa resultantes de seu processamento e 3 as variáveis auxiliares que servirão somente para guardar valores durante o processamento A sintaxe da declaração de variáveis é a seguinte Entradas lista de nomes de variáveis com seus tipos Saídas lista de nomes de variáveis com seus tipos Variáveis auxiliares lista de nomes de variáveis com seus tipos Os nomes escolhidos pelo programador para cada variável devem ser seguidos do tipo da variável entre parênteses nome string valor real Várias variáveis do mesmo tipo podem ser agrupadas em uma lista de nomes separados por vírgula seguida pelo tipo correspondente int1 int2 int3 inteiro Um exemplo do cabeçalho de um algoritmo incluindo as declarações das variáveis já identifi cadas conforme sua futura utilização é mostrado a seguir Algoritmo MédiaEMaiorValor INFORMA A MÉDIA DE 2 VALORES E QUAL O MAIOR DELES Entradas valor1 valor2 real Saídas média real maior real Variáveis auxiliares aux real 222 declaração de tipos de dados As linguagens de programação geralmente permitem a definição de novos tipos de da dos Um novo tipo é identificado através de um nome dado pelo programador Sua defini ção se baseia em um tipobase anteriormente definido ou predefinido na linguagem Na Edelweiss02indd 30 Edelweiss02indd 30 120314 0859 120314 0859 Encerra aqui o trecho do livro disponibilizado para esta Unidade de Aprendizagem Na Biblioteca Virtual da Instituição você encontra a obra na íntegra Dica do professor Conhecer a forma correta de definição e manipulação dos tipos de dados é muito importante para o desenvolvimento de algoritmosprogramas para que desta forma consigamos solucionar os problemas de forma eficiente e eficaz Assista ao vídeo para conhecer um pouco mais sobre este tema Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar Exercícios 1 Verificamos na unidade de aprendizagem que para a definição de um identificador ou seja o nome de uma variável ou constante possuímos regras e estas precisam ser seguidas na construção dos algoritmos Como boa prática de Programação e não de forma obrigatória para facilitar a compreensão dos algoritmos devemos sempre procurar definir os nomes para os identificadores sempre baseados no conteúdo que elas armazenarão Como exemplo podemos citar o identificador para armazenar o salário do funcionário e para esta utilizar na sua definição com o nome de idade sendo que ela vai armazenar o salário do funcionário e não a idade dele O nome correto para este identificador deveria ser salario ou de forma abreviada sal para assim já identificar o seu conteúdo e facilitar a análise dos algoritmos Considerando as regras apresentadas no material da unidade para a definição dos identificadores avalie as alternativas de nomes a seguir I Valor1 II Média Total III AB IV SalTotal V 1Nota É correto apenas o que se afirma em A I e II estão corretas B I II e III estão corretas C I e IV estão corretas D I IV e V estão corretas E Todas as alternativas Na especificação de memória de computador costumase utilizar como unidade de medida o Byte e seus múltiplos KB MB GB TB PB etc Analise as alternativas abaixo e realize as devidas conversões Dentre as alternativas abaixo quais corresponde ao valor equivalente a 15 MB 15 megabyte 2 I 1536 KB ou 1048576 Bytes II 1572864 Bytes ou 1536 KB III 1572864 KB ou 1536Bytes IV 00014 GB ou 1536Bytes É correto apenas o que se afirma em A I e II estão corretas B II e IV estão corretas C III e IV estão corretas D I III e IV estão corretas E Apenas a afirmativa II está correta 3 Uma das principais funções do computador é a manipulação de informações mas para que esta manipulação seja correta necessitamos da definição correta dos tipos que serão manipulados na memória do computador para que este possa transformar os dados na forma digital e processálos O tipo de dado é um conjunto definido de objetos que tem em comum o mesmo comportamento diante de um conjunto de operações definidos e aplicados Neste contexto precisamos conhecer muito bem o que queremos guardar para assim selecionar o melhor recipiente para guardálos e manipulálos Considerando o conceito de variáveis e constantes e os seus tipos básicos analise as sentenças a seguir I A é um nome de um endereço de memória de um determinado conteúdo podendo este variar ao longo do tempo II A é um nome de um endereço de memória de um determinado conteúdo sendo este um valor fixo não podendo este variar ao longo do tempo III O tipo pode armazenar caracteres individuais ou conjuntos de caracteres também denominados de stringsconjunto de caracteres IV O tipo pode armazenar valores inteiros positivos e negativos V O tipo pode armazenar valores fracionários positivos e negativos VI O tipo pode armazenar somente um conjunto de dois valores com significados opostos que geralmente são representados por 0zero e 1um ou Verdadeiro V e falso F Complete as sentenças conforme alternativas apresentadas abaixo É correta a ordem apresentada apenas em A VariávelConstanteCaractereInteiroRealLógico B ConstanteVariávelCaractereInteiroRealLógico C VariávelConstanteCaractereRealInteiroLógico D VariávelConstanteLógicoInteiroRealCaractere E ConstanteVariávelLógicoRealInteiroCaractere 4 A cada ano as configurações de computadores aumentam sua capacidade de processamento e armazenamento de informações Hoje é comum encontrar computadores com 8 GB de memória RAM 1 TB de disco rígidounidade secundária no mercado Certamente esta configuração já se tornará obsoleta em poucos anos devido ao avanço contínuo da tecnologia nesta área Como comparação de tamanho de memória analisamos um livro onde uma página armazenada em formato ASCII em torno de 50 linhas e 80 caracteres por linha ou seja em torno de 4000 caracteres por página Assim um livro de 500 páginas armazena em torno de 2000000 de caracteres Neste contexto um disco rígido de 1TB poderia guardar em torno de quantos livros deste tipo A Aproximadamente 5000 livros B Aproximadamente 500000 livros C Aproximadamente 50000 livros D Aproximadamente 30000 livros E Aproximadamente 300000 livros 5 Levando em consideração o tipo de sistema de numeração utilizado pelos computadores digitais analise as afirmativas abaixo e identifique se a mesma é VVerdadeira ou FFalsa I O Bit é a menor unidade de informação utilizada pelo computador Este tem atribuições lógicas 0 ou 1 II O Byte é conjunto de 8 bits e pode ter até 28 256 configurações diferentes III No sistema de numeração binário a notação que é utilizada possui apenas 2 algarismos ou dígitos para representar uma quantidade desejada o 0 e o 1 É correto apenas o que se afirma em A FFF B VFV C VFF D VVV E FVV Na prática Vamos ver agora algumas situações práticas de armazenamento de produtos no nosso dia a dia e qual a sua relação com o armazenamento de dados em um computador Você já analisou uma geladeira E a diversidade de produtos guardados dentro da geladeira E ainda a diversidade de recipientes existentes nela para guardar toda esta variedade de produtos Acompanhe na imagem a seguir esta relação com tipos de dados Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar Saiba Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto veja abaixo as sugestões do professor Variáveis e Tipos de dados Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar