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Programa�c~ao C

Ivan L. M. Ricarte

Departamento de Engenharia de Computa�c~ao e Automa�c~ao Industrial

Faculdade de Engenharia El�etrica e de Computa�c~ao

Universidade Estadual de Campinas

c1995,1996 DCA/FEEC/UNICAMP

Programa�c~ao C

DCA/FEEC/UNICAMP 2

�Indice

1 Introdu�c~ao 1

1.1 A Hist�oria de C : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 1

1.2 Intera�c~ao entre Programador e Computador : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 2

1.3 Princ��pios de Organiza�c~ao de Computadores : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 3

1.3.1 Representa�c~ao Num�erica : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 5

1.3.2 Modos de Endere�camento : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 7

1.4 Princ��pios de Sistemas Operacionais : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 8

1.5 Desenvolvimento de Software : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 10

1.5.1 Projeto : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 11

1.5.2 Programa�c~ao Estruturada : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 13

1.5.3 Codi�ca�c~ao : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 17

1.5.4 Criando um Programa Execut�avel : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 18

1.6 Atividades : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 19

2 Princ��pios de Programa�c~ao C 21

2.1 Organiza�c~ao B�asica de Programas C : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 21

2.2 Tipos de Dados : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 23

2.3 Declara�c~oes de Vari�aveis : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 25

2.4 Express~oes : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 26

2.4.1 Express~oes Aritm�eticas : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 27

2.4.2 Express~oes Condicionais : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 29

2.4.3 Operadores de Bits : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 30

2.5 Controle do Fluxo de Execu�c~ao : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 30

2.6 Invoca�c~ao de Fun�c~oes : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 35

2.6.1 A Fun�c~ao printf : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 39

2.7 Atividades : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 41

i

�INDICE Programa�c~ao C

3 Arranjos, Estruturas e Ponteiros 43

3.1 Arranjos : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 43

3.2 Strings : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 45

3.3 Estruturas : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 45

3.3.1 De�ni�c~ao de Estruturas : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 46

3.3.2 Acesso a Elementos : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 47

3.3.3 Campos : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 48

3.4 Uni~oes : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 49

3.5 Enumera�c~oes : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 49

3.6 De�ni�c~ao de Nomes de Tipos : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 51

3.7 Ponteiros : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 52

3.7.1 Aritm�etica de Ponteiros : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 53

3.7.2 Ponteiros e Arranjos : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 54

3.7.3 Ponteiro como Argumento de Fun�c~oes : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 56

3.7.4 Ponteiros e Estruturas : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 58

3.7.5 Ponteiros para Fun�c~oes : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 60

3.8 Argumentos na Linha de Comando : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 62

3.9 Gerência da Mem�oria Livre : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 63

3.10 O Ponteiro Nulo : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 67

3.11 Atividades : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 68

4 Biblioteca Padr~ao 71

4.1 O Pr�e-processador C : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 71

4.1.1 A diretiva #include : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 72

4.1.2 A diretiva #de�ne : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 75

4.1.3 Compila�c~ao Condicional : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 78

4.1.4 Outros Recursos : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 82

4.2 Rotinas para Entrada e Sa��da de Dados : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 84

4.2.1 Intera�c~ao com Dispositivos Padr~ao : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 84

4.2.2 Intera�c~ao com Arquivos : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 87

4.3 Rotinas para Manipula�c~ao de Strings : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 92

4.4 Rotinas para Intera�c~ao com o Sistema Operacional : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 93

4.5 Exemplo de Aplicativo : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 95

4.6 Atividades : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 99

DCA/FEEC/UNICAMP ii

Ricarte �INDICE

5 Introdu�c~ao a C++ 101

5.1 O Que �E C++ : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 101

5.2 Programa�c~ao Orientada a Objetos : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 102

5.3 Particularidades de C++ : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 103

5.3.1 Entrada e Sa��da : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 104

5.3.2 De�ni�c~ao de Vari�aveis : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 106

5.3.3 Aloca�c~ao Dinâmica : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 109

5.3.4 Argumentos de Fun�c~oes : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 111

5.4 Classes : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 113

5.4.1 Construtores e Destrutores : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 116

5.4.2 Objetos e Fun�c~oes : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 117

5.4.3 Sobrecarga de Operadores : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 118

5.5 Heran�ca : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 119

5.5.1 Heran�ca de Construtores e Destrutores : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 120

5.6 Outros Conceitos : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 121

5.7 Atividades : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 121

A Palavras reservadas em C e C++ 125

B Precedência de Operadores 127

C Conjunto de caracteres do padr~ao ASCII 129

D Emacs 133

E Compilador C 141

iii c1996

�INDICE Programa�c~ao C

DCA/FEEC/UNICAMP iv

Lista de Figuras

1.1 Arquitetura von Neumann. : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 4

1.2 Papel do Sistema Operacional. : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 10

1.3 Processo de evolu�c~ao do software. : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 12

1.4 Estruturas elementares de dados. : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 13

1.5 Mecanismos b�asicos da programa�c~ao estruturada. : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 15

2.1 Estrutura b�asica de um algoritmo. : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 22

2.2 Algoritmo que faz nada. : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 23

2.3 Sequência em C. : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 31

2.4 Sele�c~ao com if: : : else em C. : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 32

2.5 Switch: : : case : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 33

2.6 Switch: : : case sem break. : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 34

2.7 Repeti�c~ao em C : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 36

2.8 Repeti�c~ao em C com for : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 37

v

LISTA DE FIGURAS Programa�c~ao C

DCA/FEEC/UNICAMP vi

Cap��tulo 1

Introdu�c~ao

Resumo:

O objetivo deste texto �e apresentar a base de programa�c~ao em lingua-

gem C necess�aria para o desenvolvimento de aplica�c~oes do usu�ario,

que podem ser autocontidos, usar recursos do sistema operacional ou

recursos de outros aplicativos.

Neste cap��tulo s~ao introduzidos os conceitos b�asicos que constituem a

base para a codi�ca�c~ao em qualquer linguagem de programa�c~ao. Estes

conceitos ser~ao posteriormente revistos sob a �optica da linguagem de

programa�c~ao C.

1.1 A Hist�oria de C

A linguagem de programa�c~ao C foi desenvolvida no in��cio dos anos 70 nos Laborat�orios AT&T

Bell, nos Estados Unidos. A motiva�c~ao para que o autor de C, Dennis Ritchie, criasse uma nova

linguagem de programa�c~ao foi o desenvolvimento do sistema operacional Unix. C �e uma ferramenta

t~ao b�asica que praticamente todas as ferramentas suportadas por Unix e o pr�oprio sistema operacional

foram desenvolvidas em C.

C acompanhou o ritmo da distribui�c~ao do sistema operacional Unix, que foi amplamente divul-

gado e livremente distribu��do na d�ecada de 70. Apesar de haver compiladores para linguagens mais

\tradicionais" na distribui�c~ao Unix, aos poucos C foi ganhando simpatizantes e adeptos. Atual-

mente, n~ao h�a d�uvidas de que C �e uma das linguagens de programa�c~ao de maior aceita�c~ao para uma

ampla classe de aplica�c~oes.

Um dos grandes atrativos da linguagem C �e o balan�co atingido entre caracter��sticas pr�oximas

1

Introdu�c~ao Programa�c~ao C

da arquitetura de computadores e caracter��sticas de linguagens de programa�c~ao com alto n��vel de

abstra�c~ao. O ascendente mais remoto de C, Algol 60, desenvolvida por um comitê internacional, foi

uma linguagem que buscava um alto grau de abstra�c~ao, com estruturas modulares e sintaxe regu-

lar. Por Algol ser \abstrata demais", variantes surgiram que buscavam aproximar aquela linguagem

um pouco mais da m�aquina, tais como CPL (Combined Programming Language), desenvolvida na

Inglaterra. Esta linguagem era ainda muito complexa, o que di�cultava seu aprendizado e a im-

plementa�c~ao de bons compiladores. BCPL (Basic CPL) buscava capturar apenas as caracter��sticas

principais de CPL, e B (desenvolvida por Ken Thompson nos Laborat�orios Bell, em 1970) levava

este objetivo ainda mais adiante. Entretanto, estas linguagens �caram t~ao \b�asicas" que tinham

pouca aplica�c~ao direta. Ritchie reincorporou algumas caracter��sticas de alto n��vel �a B, tais como

suporte a tipos de dados, para criar a linguagem C.

A simplicidade de C n~ao restringe, no entanto, a potencialidade de suas aplica�c~oes. Blocos desem-

penhando tarefas muito complexas podem ser criados a partir da combina�c~ao de blocos elementares,

e este mecanismo de combina�c~ao de partes pode se estender por diversos n��veis. Esta habilidade

de construir aplica�c~oes complexas a partir de elementos simples �e um dos principais atrativos da

linguagem.

O sucesso de C foi t~ao grande que diversas implementa�c~oes de compiladores surgiram, sendo que

nem todos apresentavam o memso comportamento em pontos espec��cos, devido a caracter��sticas

distintas arquiteturas de computadores ou a \extens~oes" que se incorporavam �a linguagem. Para

compatibilizar o desenvolvimento de programas em C, o Instituto Norte-Americano de Padr~oes

(ANSI) criou em 1983 um comitê com o objetivo de padronizar a linguagem. O resultado deste

trabalho foi publicado em 1990, e foi prontamente adotado como padr~ao internacional. Al�em de

padronizar aspectos b�asicos da linguagem, ANSI-C tamb�em de�ne um conjunto de rotinas de suporte

que, apesar de n~ao ser parte integrante da linguagem, deve ser sempre fornecido pelo compilador.

1.2 Intera�c~ao entre Programador e Computador

Um computador nada mais faz do que executar instru�c~oes que lhe s~ao detalhadamente passadas.

H�a muitas maneiras de um usu�ario de um computador requisitar a execu�c~ao de uma tarefa. Por

exemplo, tais intera�c~oes podem ocorrer atrav�es de um comando de um sistema operacional (como

dir em MS-DOS ou ls em Unix para apresentar o conte�udo de um diret�orio) ou atrav�es de intera�c~ao

com uma interface gr�a�ca (por exemplo, carregar um ��cone de um arquivo para um s��mbolo de uma

lata de lixo para remover o arquivo do sistema, como em um sistema NeXT).

As formas de intera�c~ao descritas acima representam apenas distintas interfaces para a execu�c~ao

DCA/FEEC/UNICAMP 2

Ricarte Princ��pios de Organiza�c~ao de Computadores [1.3]

de programas. Um programa nada mais �e do que uma sequência de instru�c~oes para um computador,

onde esta sequência de instru�c~oes foi de�nida por um programador. O programador determina as

instru�c~oes que devem ser executadas em termos de uma linguagem de alto n��vel. Em linguagens

de alto n��vel, as instru�c~oes s~ao passadas para o computador usando termos que se aproximam da

linguagem humana, de forma a facilitar a express~ao e compreens~ao das tarefas a executar.

H�a diversas linguagens de alto n��vel dispon��veis para diversas m�aquinas distintas. Em geral, cada

linguagem teve uma motiva�c~ao para ser desenvolvida (por exemplo, BASIC para ensinar princ��pios

de programa�c~ao e Pascal para o ensino de programa�c~ao estruturada, FORTRAN para programa�c~ao

cient��ca, e lisp para processamento em Inteligência Arti�cial). A linguagem C �e uma destas lingua-

gens, que foi desenvolvida para facilitar o desenvolvimento de software de sistemas (por exemplos,

sistemas operacionais).

O fato de uma linguagem ter sido desenvolvida com uma aplica�c~ao em mente n~ao signi�ca que

ela n~ao seja adequada para outras aplica�c~oes. Este foi o caso com a linguagem C que, juntamente

com sua sucessora C++, �e atualmente utilizada para um universo muito amplo de aplica�c~oes. Uma

das grandes vantagens da linguagem C �e sua exibilidade: um programador C tem �a sua disposi�c~ao

comandos que permitem desenvolver programas com caracter��sticas de alto n��vel e ao mesmo tempo

trabalhar em um n��vel muito pr�oximo da arquitetura da m�aquina, de forma a explorar os recursos

dispon��veis de forma mais e�ciente. Por este motivo, o n�umero de aplica�c~oes desenvolvidas em C e

C++ (assim como o n�umero de programadores) vêm se ampliando muito em anos recentes.

1.3 Princ��pios de Organiza�c~ao de Computadores

Apesar da evolu�c~ao tecnol�ogica que ampliou sensivelmente a capacidade de processamento de

computadores em anos recentes, a base da organiza�c~ao interna da maior parte dos computadores

permanece inalterada. Esta organiza�c~ao, conhecida com a Arquitetura von Neumann1 �e diagramati-

camente apresentada na Figura 1.1.

Por esta �gura, observa-se que um computador tem três elementos b�asicos:

processador central (CPU): �e o c�erebro do computador, que decifra instru�c~oes recebidas e as

executa;

mem�oria: permite armazenar instru�c~oes e dados;

1De John von Neumann, matem�atico h�ungaro (1903{1957). Atuou como consultor no Projeto ENIAC, em meadosda d�ecada de 1940.

3 c1996


CPU

Unid. Controle

Aritmética

Unid. Lógica eE/SMemória

Barramento

Mundo

ExteriorDados

Progr.

Figura 1.1: Arquitetura von Neumann.

sistema de entrada e sa��da (E/S): estabelece a comunica�c~ao entre o computador e o mundo

exterior.

Qualquer intera�c~ao entre uma aplica�c~ao e o computador deve agir sobre um destes três elementos.

Cada processador entende uma linguagem pr�opria, que reete as instru�c~oes b�asicas que ele pode

entender. Uma sequência de comandos simb�olicos utilizando este n��vel de instru�c~oes �e um programa

assembly, que pode ser convertido para os bits que ser~ao entendidos pelo processador (a linguagem

de m�aquina).

Na arquitetura von Neumann, um programa (convertido para a linguagem da m�aquina) �e arma-

zenado na mem�oria. A mem�oria �e acessada pelo processador em unidades chamadas palavras. A

forma de um processador acessar uma palavra espec��ca dentro da mem�oria �e atrav�es da posi�c~ao

da palavra dentro da mem�oria; esta posi�c~ao �e chamada de endere�co. Assim, a mem�oria pode ser

visualizada como uma sequência de palavras ordenadas segundo seus endere�cos.

A execu�c~ao de uma instru�c~ao de um programa pode ser vista (simpli�cadamente) da seguinte

forma:

1. o processador busca a instru�c~ao do programa;

2. o processador decodi�ca a instru�c~ao, isto �e, descobre que a�c~ao ele deve realizar para aquela

instru�c~ao;

3. se esta a�c~ao requer dados adicionais que est~ao em mem�oria, o processador busca tamb�em estes

dados;

4. o processador executa a a�c~ao associada �a instru�c~ao;

DCA/FEEC/UNICAMP 4


5. o processador armazena o resultado gerado na mem�oria.

Este processo �e repetido desde a primeira at�e a �ultima instru�c~ao de um programa.

Quando uma instru�c~ao requer uma intera�c~ao com algum dispositivo externo (por exemplo, en-

trada via teclado, apresenta�c~ao de um caracter na tela, acesso a um dado em disco), os dispositivos

de entrada e sa��da s~ao ativados de forma que ocorre uma intera�c~ao entre estes dispositivos e a

mem�oria do computador. Quando a opera�c~ao �e de sa��da de dados, palavras s~ao transferidas da

mem�oria para o dispositivo externo. Quando a opera�c~ao �e de entrada, dados s~ao transferidos do

dispositivo externo para a mem�oria do computador.

1.3.1 Representa�c~ao Num�erica

Internamente, todos os dados s~ao representados no computador como sequências de bits2. Esta �e a

forma mais conveniente para manipular os dados atrav�es de circuitos digitais, que podem diferenciar

apenas entre dois estados (on ou o�, verdade ou falso, 0 ou 1). Uma sequência de N bits pode

representar uma faixa com 2N valores distintos.

O formato de representa�c~ao interna (ou seja, como uma sequência de bits �e traduzida para um

valor) pode variar de computador para computador, embora a busca por uma uniformiza�c~ao para a

representa�c~ao de tipos b�asicos venha ocorrendo nos �ultimos anos. Assim, um caracter usualmente

ocupa um byte com conte�udo de�nido pelo c�odigo ASCII; um n�umero inteiro tem uma representa�c~ao

bin�aria, em geral em complemento de dois; e um valor real �e usualmente representado no padr~ao

IEEE de representa�c~ao em ponto utuante.

Inteiros sem sinal (unsigned) têm uma representa�c~ao computacional (em n�umeros bin�arios) equi-

valente �a representa�c~ao usual para n�umeros decimais, ou seja, atrav�es da atribui�c~ao de pesos associa-

dos �a posi�c~ao de cada bit. Grande parte dos computadores atuais utilizam 32 bits para representar

n�umeros inteiros, o que permite representar 4:924:967:296 valores distintos. (A gera�c~ao mais recente

de computadores suporta tamb�em inteiros com 64 bits.) Uma sequência bin�aria

sn�1sn�2sn�3 : : : s2s1s0

est�a associada ao valor inteiron�1X

i=0

si � 2i

onde si 2 f0; 1g. O bit sn�1 �e chamado bit mais signi�cativo, enquanto que s0 �e o bit menos

signi�cativo.

2Um bit �e um d��gito bin�ario (binary digit), usualmente representado pelos s��mbolos 0 e 1.

5 c1996


A representa�c~ao de inteiros com sinal pode usar outros formatos. A forma mais b�asica �e a

representa�c~ao em sinal e magnitude, onde o bit mais signi�cativo denota o sinal associado ao restante

da sequência (sn�1 = 1 indicaria que o n�umero �e negativo). Este formato tem a desvantagem de ter

duas representa�c~oes diferentes para o valor zero, al�em de ter circuitos complicados para suportar

opera�c~oes b�asicas.

Outra formato suportado para representar inteiros com sinal �e a representa�c~ao em complemento

de um. A representa�c~ao para um n�umero negativo neste formato pode ser obtida facilmente a partir

da representa�c~ao do n�umero positivo correspondente simplesmente complementando cada bit da

sequência, ou seja, trocando 0's por 1's e 1's por 0's. Apesar de simpli�car circuitos para opera�c~oes

b�asicas, este formato ainda mant�em duas representa�c~oes distintas para o valor zero.

O formato mais aceito para inteiros com sinal �e sem d�uvida a representa�c~ao em complemento de

dois. Para obter a representa�c~ao de um n�umero negativo neste formato, computa-se inicialmente a

representa�c~ao em complemento de um e adiciona-se 1 ao bit menos signi�cativo. Neste caso, o valor

inteiro associado �a sequência sn�1 : : : s0 �e

n�2X

i=0

si � 2i � sn�1 � 2

n:

Este formato mant�em a simplicidade dos circuitos aritm�eticos e tem apenas uma representa�c~ao

para o valor zero. Uma caracter��stica que lhe �e peculiar �e o fato de que a faixa de valores repre-

sent�aveis n~ao �e sim�etrica em torno de 0, havendo um valor negativo a mais que a quantidade de

valores positivos distintos. Por exemplo, sequências de cinco bits podem representar valores entre

-16 (10000) e +15 (01111).

Nem todos valores armazenados em vari�aveis do computador representam n�umeros inteiros. O

tipo n~ao-num�erico mais suportado em diversas linguagens de programa�c~ao �e o caracter (charac-

ter). Sequências de caracteres ocorrem t~ao frequentemente em computa�c~ao que recebem um nome

espec��co, (string).

Como uma sequência de bits �e traduzida em termos de caracteres tem sido o objeto de diversos

esfor�cos de padroniza�c~ao, tais como ASCII, ISO-8859, UniCode e o Basic Multilingual Plan (BMP).

O padr~ao mais aceito �e sem d�uvida o formato ASCII (American Standard for Computer Information

Exchange). O formato ASCII b�asico permite representar 128 caracteres distintos, entre os quais

est~ao diversos caracteres de controle (tais com esc, associado �a tecla de escape, e cr, associado

ao carriage return) e caracteres de pontua�c~ao. Neste formato, os caracteres entre `0' e `9' s~ao

representados pelos valores hexadecimais 30H a 39H , respectivamente (valores decimais entre 48 e

57); as letras mai�usculas `A' a `Z', pelos valores de 41H a 5AH ; e as letras min�usculas `a' a `z', pelos

DCA/FEEC/UNICAMP 6


valores de 61H a 7AH .

Outra forma de representa�c~ao n~ao-inteira corresponde �a representa�c~ao em ponto utuante. Neste

formato, associado ao conceito de nota�c~ao cient��ca, cada n�umero (real) �e representado por um sinal,

uma mantissa e um expoente. Entre as in�umeras combina�c~oes poss��veis de formatos de representa�c~ao

que seguem esta �loso�a b�asica, o padr~ao IEEE-754 tem sido o mais aceito e usualmente suportado

em hardware (atrav�es das unidades de ponto utuante em co-processadores ou incorporados a CPUs).

Este formato suporta representa�c~oes de n�umeros reais em precis~ao simples (32 bits, dos quais 8 para

a representa�c~ao do expoente e 23 para a representa�c~ao da mantissa) e em precis~ao dupla (64 bits,

sendo 11 para o expoente e 53 para a mantissa). H�a tamb�em representa�c~oes especiais para os valores

�1, +1 e NaN (Not a Number, associado ao resultado de opera�c~oes sem signi�cado matem�atico,

tal como a divis~ao de zero por zero).

1.3.2 Modos de Endere�camento

Vari�aveis de um programa de computador s~ao armazenadas em mem�oria, e referências a estas

vari�aveis devem ser traduzidas internamente em termos de seus endere�cos. H�a diversas maneiras

poss��veis que computadores podem usar para especi�car endere�cos em suas instru�c~oes; estas formas

s~ao os chamados modos de endere�camento. Embora o n�umero de combina�c~oes poss��veis para a

especi�ca�c~ao de endere�cos possa ser praticamente sem �m, processadores mais recentes (da linha

RISC3) suportam apenas as formas mais b�asicas de endere�camento, descritas a seguir.

No modo de endere�camento direto o endere�co de uma vari�avel �e especi�cado diretamente na

instru�c~ao. Esta �e a forma mais intuitiva de endere�camento.

No modo de endere�camento indexado, o endere�co �e computado a partir da soma de um endere�co

base (mantido em um registro da CPU) e um deslocamento. Esta forma de endere�camento �e perfei-

tamente adequada para acesso a sequências de valores, tais como suportadas por vetores num�ericos

ou strings de caracteres.

O terceiro modo b�asico �e o endere�camento indireto, onde o endere�co especi�cado em uma ins-

tru�c~ao n~ao �e o endere�co da vari�avel mas sim um endere�co onde o endere�co da vari�avel poder�a

ser obtido. Este modo de endere�camento permite suportar um mecanismo de acesso dinâmico, ou

seja, uma mesma instru�c~ao pode operar sobre vari�aveis distintas. Em termos de linguagem de

programa�c~ao, este modo de endere�camento est�a usualmente associado ao conceito de apontadores.

3Reduced Instruction Set Computers, ou seja, computadores com um pequeno n�umero de instru�c~oes.

7 c1996


1.4 Princ��pios de Sistemas Operacionais

O Sistema Operacional �e um programa supervisor que estabelece uma camada entre o hardware

do computador e aplica�c~oes de usu�arios. Uma de suas fun�c~oes �e estabelecer uma interface de software

uniforme entre o computador e outros programas do sistema e programas de aplica�c~ao de usu�arios.

Outra fun�c~ao fundamental de um sistema operacional �e gerenciar os recursos de um computador de

forma a promover sua e�ciente utiliza�c~ao. Exemplos de sistemas operacionais s~ao MS-DOS, OS/2 e

Linux para computadores pessoais e sistemas Unix para esta�c~oes de trabalho.

A unidade b�asica de computa�c~ao gerenciada por um sistema operacional �e um processo, que

�e basicamente um programa em execu�c~ao. Os recursos requeridos por um processo, tais como

espa�co em mem�oria para guardar os dados e as instru�c~oes do programa, s~ao alocados pelo sistema

operacional. Um processo passa a existir a partir do momento em que um programa foi ativado, e

deixa de existir quando a execu�c~ao do programa �e encerrada. Neste ponto, os recursos que lhe foram

alocados pelo sistema operacional s~ao liberados.

Outra fun�c~ao associada ao sistema operacional �e a gerência dos recursos de mem�oria do com-

putador. Em um sistema onde mais de um programa pode estar sendo executado simultaneamente,

os diversos processos est~ao competindo pelos recursos de mem�oria, que s~ao limitados. �E tarefa do

sistema operacional coordenar estes recursos de forma que, em m�edia, todos os processos tenham

tempo de execu�c~ao em limites razo�aveis.

Do ponto de vista l�ogico, a �area de mem�oria de um processo �e dividida em segmentos indepen-

dentes. No sistema operacional Unix, por exemplo, h�a três segmentos de mem�oria associados a um

processo: texto, dados e pilha.

O segmento de texto cont�em as instru�c~oes do programa, e geralmente �e uma �area protegida

pelo sistema operacional | isto �e, um programa de um usu�ario n~ao pode modi�car diretamente o

conte�udo ou o tamanho desta �area. Uma tentativa de modi�ca�c~ao em uma palavra desta �area ir�a

causar um erro de execu�c~ao de um programa, tal com segmentation fault. Deve �car claro que o

conte�udo desta �area n~ao �e o texto das instru�c~oes em uma linguagem de alto n��vel (C, por exemplo),

mas sim sua tradu�c~ao em termos de linguagem de m�aquina. Esta tradu�c~ao �e realizada pelo programa

compilador, um dos aplicativos em um sistema operacional.

O segmento de dados armazena dados e vari�aveis do programa. Esta �e uma �area cujo conte�udo

pode ser modi�cado (o valor de vari�aveis) e cujo tamanho pode ser alterado. O segmento de dados

pode ser conceitualmente dividido em duas sub-�areas, uma �area est�atica, com dimens~ao conhecida

no momento da compila�c~ao de um programa, e uma �area dinâmica ou livre, que pode crescer ou

encolher durante a execu�c~ao do programa. Entretanto, deve-se observar que este tamanho n~ao pode

DCA/FEEC/UNICAMP 8

Ricarte Princ��pios de Sistemas Operacionais [1.4]

crescer inde�nidamente, havendo limites para a mem�oria total associada a um processo.

O segmento de pilha mant�em as informa�c~oes tempor�arias de um processo. Este segmento tamb�em

tem conte�udo e tamanho vari�aveis, embora tamb�em haja limites para a expans~ao da pilha. O

crescimento ilimitado da pilha pode causar um erro de execu�c~ao tal como stack overow.

Outro recurso gerenciado pelo sistema operacional �e o sistema de arquivos, que permite armazenar

dados e acess�a-los de discos sob a forma de arquivos. Esta �e uma atividade importante do sistema

operacional, uma vez que o acesso a discos magn�eticos pode se tornar um ponto cr��tico no desempenho

de aplica�c~oes manipulando muitos dados.

Uma forma que o sistema operacional suporta para melhorar a e�ciência de acesso a arquivos �e

manter, em mem�oria principal, parte da informa�c~ao sobre arquivos em disco. Para tanto, o sistema

operacional mant�em uma tabela de arquivos. Esta tabela mant�em informa�c~oes que permitem agilizar

o acesso aos dados do arquivo, al�em de manter informa�c~oes de suporte (por exemplo, indica�c~ao de

qual a posi�c~ao corrente dentro do arquivo). Uma aplica�c~ao pode referenciar um arquivo presente

nesta tabela atrav�es de um descritor de arquivo, um n�umero inteiro indicando uma posi�c~ao na tabela

alocada pelo sistema operacional.

O sistema operacional suporta rotinas para requisitar a abertura de um arquivo (alocando-lhe

uma entrada na tabela de arquivos), para fechar um arquivo aberto (liberando espa�co nesta tabela),

para transferir dados entre o arquivo e a mem�oria principal, e para rotinas de suporte �a manipula�c~ao

de arquivos. A seguir, s~ao apresentadas algumas das principais opera�c~oes suportadas pelo sistema

operacional Unix para a manipula�c~ao de arquivos:

open abrir arquivo

argumentos: nome do arquivo, modo de abertura

retorno: descritor do arquivo ou indicador de erro

read transferir bytes do arquivo para uma �area em mem�oria

argumentos: descritor do arquivo, endere�co da �area em mem�oria, n�umero de bytes

retorno: n�umero de bytes efetivamente lidos do arquivo ou indicador de erro

write transferir bytes de uma �area em mem�oria para o arquivo

argumentos: descritor do arquivo, endere�co da �area em mem�oria, n�umero de bytes

retorno: n�umero de bytes efetivamente escritos para o arquivo ou indicador de erro

close fechar o arquivo

argumento: descritor do arquivo

retorno: indicador de sucesso ou erro

9 c1996


Em Unix, a manipula�c~ao de dispositivos de entrada e sa��da (impressoras, teclados, monitores) �e

tratada uniformemente sob a forma de arquivos. Por exemplo, o teclado est�a associado a um arquivo

padr~ao de entrada (descritor 0), enquanto que o monitor est�a associado ao arquivo padr~ao de sa��da

(descritor 1) e tamb�em ao arquivo padr~ao de mensagens de erro (descritor 2).

A Figura 1.2 apresenta o papel do sistema operacional como interface entre aplicativos e o hard-

ware. Aplicativos podem ser tanto os programas desenvolvidos pelo usu�ario como outras aplica�c~oes

que suportam ou facilitam o desenvolvimento das aplica�c~oes do usu�ario.

Rotinas de

Suporte

Hardware

Sistema Operacional

Aplicação

Figura 1.2: Papel do Sistema Operacional.

O objetivo deste curso �e fornecer a base de programa�c~ao em linguagem C necess�aria para o

desenvolvimento de aplica�c~oes do usu�ario, que podem ser autocontidos, usar recursos do sistema

operacional ou recursos de outros aplicativos. A seguir, alguns aspectos ligados ao desenvolvimento

deste tipo de aplica�c~oes s~ao abordados.

1.5 Desenvolvimento de Software

N~ao h�a d�uvidas hoje em dia quanto �a importância do software no desenvolvimento dos mais

diversos sistemas. Com esta evolu�c~ao do papel do software em sistemas computacionais, veio tamb�em

uma maior complexidade de programas e uma maior preocupa�c~ao em desenvolver programas que

pudessem ser facilmente entendidos e modi�cados (se necess�ario), n~ao apenas pelo autor do programa

mas tamb�em por outros programadores. A disciplina que estuda o desenvolvimento de bom software

�e conhecida como Engenharia de Software.

A Engenharia de Software estabelece alguns princ��pios de desenvolvimento que independem da

linguagem de programa�c~ao adotada. Estes princ��pios s~ao utilizados nas três fases da vida de um

DCA/FEEC/UNICAMP 10

Ricarte Desenvolvimento de Software [1.5]

programa, que s~ao:

De�ni�c~ao: estuda o que deve ser feito pelo programa, incluindo an�alises do sistema e do problema

a ser resolvido;

Desenvolvimento: incorpora o projeto do programa (por exemplo, uma descri�c~ao do algoritmo e

estruturas necess�arias), a codi�ca�c~ao (tradu�c~ao do projeto em termos de uma linguagem de

programa�c~ao) e testes do programa; e

Manuten�c~ao: �e a fase de mudan�cas decorrentes da corre�c~ao de erros e atualiza�c~oes do programa.

A fase de desenvolvimento costuma tomar a maior parte do ciclo de vida de cria�c~ao de um

software. Nesta fase s~ao tomadas decis~oes que podem afetar sensivelmente o custo e a qualidade do

software gerado.

Uma vez estabelecida a funcionalidade do software que se deseja implementar na fase de de�ni�c~ao,

a fase de desenvolvimento propriamente dita pode ser iniciada. Esta fase pode ser dividida em três

etapas principais, que s~ao projeto, codi�ca�c~ao e teste. A seguir, ser~ao destacados alguns aspectos

ligados ao desenvolvimento de software, que ser�a o principal enfoque deste curso.

1.5.1 Projeto

O projeto de software pode ser subdividido em dois grandes passos, projeto preliminar e projeto

detalhado. O projeto preliminar preocupa-se em transformar os requisitos especi�cados na fase de

an�alise em arquiteturas de dados e de software. O projeto detalhado re�na estas representa�c~oes de

arquitetura em estruturas de dados detalhadas e em representa�c~oes algor��tmicas do software.

Uma das estrat�egias de projeto mais utilizadas �e o desenvolvimento top-down. Neste tipo de

desenvolvimento, trabalha-se com o conceito de re�namento de descri�c~oes do software em distintos

n��veis abstra�c~ao. O conceito de abstra�c~ao est�a relacionado com esconder informa�c~ao sobre os de-

talhes. No n��vel mais alto de abstra�c~ao, praticamente nenhuma informa�c~ao �e detalhada sobre como

uma dada tarefa ser�a implementada | simplesmente descreve-se qual �e a tarefa. Em etapas suces-

sivas de re�namento, o projetista do software vai elaborando sobre a descri�c~ao da etapa anterior,

fornecendo cada vez mais detalhes sobre como realizar a tarefa.

O resultado natural do desenvolvimento top-down �e uma estrutura de software, que representa

a organiza�c~ao dos distintos componentes (ou m�odulos) do programa. A Figura 1.3 ilustra de forma

simpli�cada o processo de passagem de um problema a uma estrutura de software para sua solu�c~ao.

Observe nesta �gura que a solu�c~ao pode n~ao ser �unica: dependendo de como o projeto �e desenvolvido

e das decis~oes tomadas, distintas estruturas podem resultar.

11 c1996


S1 S2 S3 S4 S1

S2 S3

S4

"Problema"

P2P3

P4P1

S1S3

S4

S2

Solucao

por software

Possiveis estruturas de software

Figura 1.3: Processo de evolu�c~ao do software.

DCA/FEEC/UNICAMP 12


Outro aspecto t~ao importante quanto a estrutura de software �e a estrutura de dados, que �e uma

representa�c~ao do relacionamento l�ogico entre os elementos de dados individuais. As estruturas de

dados utilizadas de�nem a organiza�c~ao, m�etodos de acesso e alternativas de processamento para a

informa�c~ao manipulada pelo programa. Embora a estrutura �nal possa ser t~ao complexa quanto o

projetista deseja, h�a alguns blocos b�asicos (Figura 1.4) que permitem construir as estruturas mais

so�sticadas.

A estrutura de dao mais simples �e um escalar, que representa um elemento simples de informa�c~ao

que pode ser acessado atrav�es de um identi�cador. Elementos escalares organizados como um

grupo cont��guo constituem um vetor sequencial, cujos elementos podem ser acessados atrav�es de um

identi�cador em associa�c~ao com um ��ndice. Elementos n~ao-cont��guos podem ser agrupados atrav�es

de uma lista ligada, cuja unidade de acesso �e um n�o que cont�em um item de dado (escalar ou n~ao)

e um ponteiro para indicar o pr�oximo n�o na lista.

Escalar Vetor sequencial

. . .

Lista ligada

Figura 1.4: Estruturas elementares de dados.

Uma vez estabelecidas as estruturas de software e de dados do programa, o detalhamento do

projeto pode prosseguir com o projeto procedimental, onde s~ao de�nidos os detalhes dos algoritmos

que ser~ao utilizados para implementar o programa. Um algoritmo �e uma solu�c~ao passo-a-passo

para a resolu�c~ao do problema especi�cado. Em princ��pio, algoritmos poderiam ser descritos usando

linguagem natural (português, por exemplo). Entretanto, o uso da linguagem natural para descrever

algoritmos geralmente leva a ambiguidades, de modo que se utilizam normalmente linguagens mais

restritas para a descri�c~ao dos passos de um algoritmo. Algumas formas de especi�ca�c~ao destas

linguagens s~ao descritas na sequência.

1.5.2 Programa�c~ao Estruturada

A programa�c~ao estruturada estabelece uma disciplina de desenvolvimento de algoritmos que

facilita a compreens~ao de programas. O princ��pio b�asico de programa�c~ao estruturada �e que um pro-

13 c1996


grama �e composto por blocos elementares que se interligam atrav�es de três mecanismos b�asicos, que

s~ao sequência, sele�c~ao e repeti�c~ao. Cada uma destas constru�c~oes tem um ponto de in��cio (o topo do

bloco) e um ponto de t�ermino (o �m do bloco) de execu�c~ao. Qualquer algoritmo, independentemente

da �area de aplica�c~ao e de sua complexidade, pode ser descrito atrav�es destes mecanismos b�asicos.

Um dos mecanismos mais utilizados para a representa�c~ao de algoritmos �e o uxograma. Em

um uxograma, o retângulo indica um passo do processamento (uma tarefa), o losango indica uma

condi�c~ao l�ogica e as setas mostram o uxo de controle. A Figura 1.5 mostra os s��mbolos utilizados

para representar as principais formas de constru�c~ao estruturada de algoritmos.

Sequência (Figura 1.5(a)) implementa os passos de processamento necess�arios para descrever

qualquer programa. Por exemplo, um segmento de programa da forma \fa�ca primeiro a Tarefa a e

depois a Tarefa b" seria representado por uma sequência de dois retângulos. Uma nota�c~ao textual

equivalente poderia ser obtida atrav�es de uma pseudo-linguagem que se restringisse a constru�c~oes

estruturadas, como em

Tarefa a;

Tarefa b;

Sele�c~ao especi�ca a possibilidade de selecionar o uxo de execu�c~ao do processamento baseado

em ocorrências l�ogicas. H�a duas formas b�asicas de condi�c~ao. A primeira forma �e a constru�c~ao

IF-THEN-ELSE (Figura 1.5(b)), que permite representar uxos da forma \se a condi�c~ao x for ver-

dadeira, fa�ca a Tarefa a; sen~ao (isto �e, se a condi�c~ao x for falsa), fa�ca a Tarefa b." As duas setas

que saem do losango de condi�c~ao no uxograma recebem r�otulos T e F para indicar o uxo de

execu�c~ao quando a condi�c~ao especi�cada �e verdadeira ou falsa, respectivamente. O retângulo sob

a seta rotulada T normalmente �e denominado a parte then da constru�c~ao, enquanto que o outro

retângulo �e denominado parte else. Em termos de pseudo-linguagem, a constru�c~ao equivalente pode

ser descrita como

IF (x)

THEN Tarefa a;

ELSE Tarefa c;

ENDIF

A outra forma de sele�c~ao estende o n�umero de condi�c~oes que podem ser testadas para de�nir

o uxo de execu�c~ao. Esta constru�c~ao, CASE-SELECT (Figura 1.5(c)), permite representar uxos da

forma \se a vari�avel v tem o valor x, fa�ca a Tarefa a; se v tem o valor y, fa�ca a Tarefa b; e se tem o valor

z, fa�ca a Tarefa c." Uma poss��vel representa�c~ao para tal constru�c~ao em termos de pseudo-linguagem

�e:

DCA/FEEC/UNICAMP 14


(a) (b)

...

(c)

(d) (e)

T F T

T

T

F

F

F

F

T

T

F

Figura 1.5: Representa�c~ao dos mecanismos b�asicos da programa�c~ao estruturada: (a) sequência; (b)sele�c~ao IF; (c) sele�c~ao CASE; (d) repeti�c~ao WHILE; (e) repeti�c~ao DO.

15 c1996


CASE OF v:

WHEN x SELECT Tarefa a;

WHEN y SELECT Tarefa b;

WHEN z SELECT Tarefa c;

DEFAULT: Tarefa d;

ENDCASE

Neste exemplo em pseudo-linguagem, ilustra-se a inclus~ao de uma condi�c~ao default, que indica qual

deve ser a a�c~ao executada (no caso, Tarefa d) quando a vari�avel assume um valor n~ao explicitamente

especi�cado pelo programador.

Observe que a constru�c~ao case-select n~ao �e essencial, uma vez que ela pode ser representada

em termos de if-then-else, como em

IF (v = x)

THEN Tarefa a;

ELSE IF (v = y)

THEN Tarefa b;

ELSE IF (v = z)

THEN Tarefa c;

ELSE Tarefa d;

ENDIF

ENDIF

ENDIF

Entretanto, a utiliza�c~ao deste tipo de estrutura simpli�ca a express~ao de situa�c~oes que ocorrem

frequentemente em programas (por exemplo, selecionar a�c~oes dependendo de uma op�c~ao escolhida

em um menu) sem ter que recorrer ao aninhamento excessivo de condi�c~oes da forma if-then-else.

Repeti�c~ao permite a execu�c~ao repetitiva de segmentos do programa. Na forma b�asica de repeti�c~ao,

WHILE-DO (Figura 1.5(d)), uma condi�c~ao x �e veri�cada. caso seja verdadeira, ent~ao uma Tarefa

a �e executada, e ent~ao a condi�c~ao �e reavaliada. Enquanto a condi�c~ao for verdadeira, a tarefa �e

repetidamente executada. Em termos da pseudo-linguagem, esta constru�c~ao pode ser representada

por

WHILE (x) DO

Tarefa a;

ENDWHILE

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Uma ligeira varia�c~ao desta constru�c~ao �e apresentada na Figura 1.5(e), onde inicialmente a tarefa

�e executada e apenas ent~ao a condi�c~ao de repeti�c~ao �e avaliada. Esta variante, DO-WHILE, pode ser

expressa em termos da pseudo-linguagem por

DO

Tarefa a;

WHILE (x);

A estrat�egia de desenvolvimento top-down pode tamb�em ser utilizada na descri�c~ao algor��tmica de

procedimentos. Neste caso, um retângulo pode descrever uma tarefa t~ao complexa quanto necess�ario,

sendo que esta tarefa pode ser posteriormente descrita em termos de outro(s) uxograma(s). Em

geral, s~ao aplicados tantos re�namentos quanto necess�ario at�e o ponto em que uma tarefa possa ser

facilmente descrita em termos das constru�c~oes suportadas pela linguagem de codi�ca�c~ao.

1.5.3 Codi�ca�c~ao

A etapa de codi�ca�c~ao traduz a representa�c~ao do projeto detalhado em termos de uma lingua-

gem de programa�c~ao. Normalmente s~ao utilizadas linguagens de alto n��vel, que podem ent~ao ser

automaticamente traduzidas para a linguagem de m�aquina pelo processo de compila�c~ao.

A tradu�c~ao de uma especi�ca�c~ao de um programa para uma linguagem de programa�c~ao pode

resultar em programas incompreens��veis se n~ao houver um cuidado na preserva�c~ao da informa�c~ao

presente. As linhas gerais que est~ao a seguir buscam estabelecer uma disciplina de codi�ca�c~ao que,

se seguida, facilita o entendimento e manuten�c~ao de programas.

C�odigo deve ser acima de tudo claro. Os compiladores modernos fazem um �otimo trabalho de

otimiza�c~ao de c�odigo, de forma que n~ao h�a necessidade do programador �car se preocupando em usar

pequenos \truques" para economizar algumas instru�c~oes no c�odigo de m�aquina | provavelmente o

compilador j�a faria isto para o programador. A preocupa�c~ao com a otimiza�c~ao de c�odigo s�o deve

existir ap�os a detec�c~ao da necessidade real desta otimiza�c~ao, e ela deve se restringir ao segmento do

programa onde o problema de desempenho foi localizado.

Nomes de identi�cadores (vari�aveis, procedimentos) devem denotar claramente o signi�cado do

identi�cador. Linguagens de programa�c~ao modernas raramente limitam o n�umero de caracteres

que um identi�cador pode ter, de forma que n~ao faz sentido restringir este tamanho. Compare as

duas linhas de c�odigo a seguir, e observe como nomes claros podem facilitar a compreens~ao de um

programa:

d = v*t;

distancia = velocidade * tempo;

17 c1996


O uso de coment�arios deve ser usado como forma de documenta�c~ao interna de um programa.

O excesso de coment�arios n~ao �e recomendado, pois isto pode prejudicar a leitura de um programa.

Entretanto, h�a coment�arios que devem estar presentes em qualquer programa, tais como

� Coment�arios de pr�ologo, que aparecem no in��cio de cada m�odulo. Devem indicar a �nalidade

do m�odulo, uma hist�oria de desenvolvimento (autor e data de cria�c~ao e modi�ca�c~oes), e uma

descri�c~ao das vari�aveis globais (se houver);

� Coment�arios de procedimento, que aparecem antes de cada fun�c~ao indicando seu prop�osito,

uma descri�c~ao dos argumentos e valores de retorno;

� Coment�arios descritivos, que descrevem blocos de c�odigo.

Coment�arios devem ser facilmente diferenci�aveis de c�odigo, seja atrav�es do uso de linhas em branco,

seja atrav�es de tabula�c~oes. �E importante que coment�arios sejam corretos, uma vez que um co-

ment�ario errôneo pode di�cultar mais ainda o entendimento de um programa do que se n~ao houvesse

coment�ario nenhum.

Na especi�ca�c~ao das constru�c~oes estruturadas, use tabula�c~oes para indicar blocos de distintos

n��veis. Evite sempre que poss��vel o uso de condi�c~oes de teste complicadas e o aninhamento muito pro-

fundo de condi�c~oes de teste. Use parênteses para deixar claro como express~oes l�ogicas e aritm�eticas

ser~ao computadas.

Com rela�c~ao a instru�c~oes de entrada e sa��da, todos os dados de entrada devem ser validados.

O formato de entrada deve ser t~ao simples quanto poss��vel e, no caso de entrada interativa, o

usu�ario deve receber uma indica�c~ao de que o programa est�a aguardando dados. Da mesma forma,

a apresenta�c~ao de resultados deve ser clara, com indica�c~ao sobre o que est�a sendo apresentado.

Finalmente, teste o valor de retorno de qualquer rotina que possa retornar um erro, tomando as

a�c~oes que forem necess�arias para minimizar o efeito do erro.

1.5.4 Criando um Programa Execut�avel

Para que o computador entenda um programa escrito em uma linguagem de alto n��vel �e preciso

traduzir as instru�c~oes deste programa para a linguagem do computador. A primeira etapa �e a cria�c~ao

de um arquivo com o chamado c�odigo fonte. O c�odigo fonte cont�em as fun�c~oes com instru�c~oes em

linguagem C, que ser~ao posteriormente compiladas em um arquivo com c�odigo objeto.

Para criar um arquivo com o c�odigo fonte do programa, �e preciso usar um editor de programas

ou editor de textos (desde que seja poss��vel criar um arquivo sem caracteres de formata�c~ao).

DCA/FEEC/UNICAMP 18

Ricarte Atividades [1.6]

Ap�os criado o arquivo com c�odigo fonte, este ser�a passado como entrada para o programa compi-

lador. O compilador C executa a tradu�c~ao do c�odigo fonte para um arquivo execut�avel em diversas

etapas, quais sejam:

Pr�e-processador: nesta primeira etapa, algumas abreviaturas que o programador usou em seu

c�odigo fonte s~ao traduzidas para os comandos (n~ao abreviados) da linguagem C. O resultado

desta fase �e ainda um c�odigo fonte, por�em expandido. Estas abreviaturas s~ao introduzidas no

c�odigo fonte atrav�es das diretivas do pr�e-processador ;

Compilador (propriamente dito): nesta segunda etapa, o c�odigo fonte �e traduzido em linguagem

assembly da m�aquina para a qual ele est�a sendo compilado. Nesta etapa veri�ca-se se o c�odigo

fonte est�a sintaticamente correto, isto �e, se as regras da linguagem de programa�c~ao C foram

seguidas. Otimiza�c~oes sobre o c�odigo fonte s~ao realizadas nesta fase;

Montador: usando este aplicativo do sistema, o c�odigo assembly (ainda um arquivo texto) �e tradu-

zido em linguagem de m�aquina (um arquivo bin�ario). O resultado �e o c�odigo objeto reloc�avel,

um formato intermedi�ario que n~ao pode ser lido pelo usu�ario e n~ao pode ser executado pelo

sistema;

Ligador: este aplicativo do sistema executa a fase �nal da cria�c~ao de um arquivo execut�avel. Nesta

etapa, o c�odigo objeto reloc�avel do programa criado pelo usu�ario �e ligado a rotinas internas do

sistema (e possivelmente rotinas de outras aplicativos) para criar uma unidade independente,

um arquivo com c�odigo execut�avel.

Em um sistema operacional como Unix, estas etapas s~ao transparentes para o usu�ario, pois o

aplicativo compilador C realiza as quatro etapas internamente. Assim, o processo de cria�c~ao de um

programa C envolve a edi�c~ao (cria�c~ao do c�odigo fonte), a compila�c~ao (cria�c~ao do c�odigo execut�avel)

e a execu�c~ao do programa. Casa haja erros de sintaxe, o programa execut�avel n~ao ser�a gerado, e

deve-se voltar so processo de edi�c~ao para corrigir estes erros. Caso o programa execut�avel tenha

sido gerado mas apresente resultados imprevistos, o ciclo tamb�em deve se repetir a partir da edi�c~ao.

1.6 Atividades

Atividade 1 Apresente a representa�c~ao bin�aria em complemento de dois (8 bits) para os seguintes

valores decimais inteiros:

(a) 25

19 c1996


(b) -31

(c) 74

(d) -127

Atividade 2 Apresente o valor decimal associado aos seguintes inteiros em representa�c~ao bin�aria

em complemento de dois:

(a) 10110110

(b) 01011101

(c) 00011111

(d) 11111111

Atividade 3 Desenvolva algoritmos para resolver os seguintes problemas. Indique quais parâmetros

s~ao necess�arios, diferenciando entre aqueles que s~ao constantes e aqueles que s~ao

vari�aveis.

(a) Converter um valor dado em d�olares para reais ou um valor dado em reais para

d�olares.

(b) Dado o nome de um arquivo contendo texto, contar e apresentar o n�umero de

caracteres no arquivo.

(c) Dado o nome de um arquivo contendo texto, apresentar na tela o seu conte�udo.

Atividade 4 Investigue no manual do seu sistema operacional (por exemplo, a se�c~ao 2 do man em

Unix) que tipo de atividades s~ao suportadas na interface de servi�cos para programas

(os system calls). Selecione cinco opera�c~oes e classi�que-as de acordo com o recurso

do computador que estar�a sendo utilizado.

DCA/FEEC/UNICAMP 20

Cap��tulo 2

Princ��pios de Programa�c~ao C

Resumo:

Neste cap��tulo, os fundamentos de programa�c~ao em linguagem C ser~ao

introduzidos. Particularmente, ser�a enfatizada a tradu�c~ao de algorit-

mos para comandos e estruturas da linguagem.

2.1 Organiza�c~ao B�asica de Programas C

Na linguagem C, todo algoritmo deve ser traduzido para uma fun�c~ao. Uma fun�c~ao nada mais �e

do que um conjunto de express~oes da linguagem C (possivelmente incluindo invoca�c~oes ou chamadas

para outras fun�c~oes) com um nome e argumentos associados. Em geral, a de�ni�c~ao de uma fun�c~ao

C tem a forma

tipo nome(lista de argumentos) {

declaracoes;

comandos;

}

O tipo indica o valor de retorno de uma fun�c~ao, podendo assumir qualquer valor v�alido da

linguagem C (que ser~ao vistos adiante). O tipo da fun�c~ao pode ser omitido, sendo que neste caso o

compilador ir�a assumir que o tipo int (inteiro) ser�a retornado.

Nome �e o r�otulo dado �a fun�c~ao, que em geral deve expressar de alguma forma o que a fun�c~ao

realiza. Nos compiladores mais antigos, o n�umero de caracteres em um nome era limitado (em geral,

a 6 ou 8 caracteres). Atualmente, n~ao h�a restri�c~oes ao comprimento de um nome, de forma que

nomes signi�cativos devem ser preferencialmente utilizados. Em C, todo nome que estiver seguido

21

Princ��pios de Programa�c~ao C Programa�c~ao C

por parênteses ser�a reconhecido como o nome de uma fun�c~ao. A lista de argumentos que �ca no

interior dos parênteses indica que valores a fun�c~ao precisa para realizar suas tarefas. Quando nenhum

valor �e necess�ario para a fun�c~ao, a lista ser�a vazia, como em ( ).

O que se segue na de�ni�c~ao da fun�c~ao, delimitado entre chaves f e g, �e o corpo da fun�c~ao.

Declara�c~oes correspondem �as vari�aveis internas que ser~ao utilizadas pela fun�c~ao, e comandos imple-

mentam o algoritmo associado �a fun�c~ao.

Todo algoritmo (e consequentemente todo programa) deve ter um ponto de in��cio e um ponto

de �m de execu�c~ao. Na Figura 2.1, esta estrutura b�asica de um algoritmo �e ilustrada | onde h�a

uma \nuvem" faz alguma coisa, deve ser inserido o corpo do algoritmo que descreve a fun�c~ao a ser

realizada.

start

Faz algumacoisa

end

Figura 2.1: Estrutura b�asica de um algoritmo.

Um programa C �e basicamente um conjunto de fun�c~oes. O ponto de in��cio e t�ermino de execu�c~ao

de um programa C est�a associado com uma fun�c~ao com um nome especial: a fun�c~aomain (principal).

O menor programa C que pode ser compilado corretamente �e um programa que nada faz (Figura 2.2).

Este programa C �e:

main( ) {

}

Neste caso, a fun�c~ao de nome main �e de�nida sem nenhum comando. Neste ponto, algumas

observa�c~oes devem ser feitas:

� Todo programa C tem que ter pelo menos uma fun�c~ao.

DCA/FEEC/UNICAMP 22

Ricarte Tipos de Dados [2.2]

end

start

Figura 2.2: Algoritmo que faz nada.

� Pelo menos uma fun�c~ao do programa C tem o nome main | esta fun�c~ao indica o ponto onde

se iniciar�a a execu�c~ao do programa, e ap�os executado seu �ultimo comando o programa �naliza

sua execu�c~ao.

Ao contr�ario do que ocorre em Pascal ou FORTRAN, que diferenciam procedimentos (subrotinas)

de fun�c~oes, em C h�a apenas fun�c~oes | mesmo que elas n~ao retornem nenhum valor.

2.2 Tipos de Dados

A linguagem C suporta os tipos de dados b�asicos usualmente suportados pelos computadores.

Na linguagem padr~ao, os tipos b�asicos suportados s~ao:

char caracter

int inteiro

oat real

double real de precis~ao dupla

O tipo char ocupa um �unico byte, sendo adequado para armazenar um caracter do conjunto

ASCII e pequenos valores inteiros.

O tipo int representa um valor inteiro que pode ser positivo ou negativo. O n�umero de bytes

ocupado por este tipo (e consequentemente a faixa de valores que podem ser representados) reetem

o tamanho \natural" do inteiro na m�aquina onde o programa ser�a executado. Usualmente, quatro

bytes (32 bits) s~ao reservados para o tipo int nos computadores atuais, permitindo representar valores

na faixa entre �231 a +231 � 1, ou �2 147 483 648 a 2 147 483 647.

Os tipos oat e double representam valores reais, limitados apenas pela precis~ao da m�aquina

que executa o programa. O tipo oat oferece cerca de seis d��gitos de precis~ao enquanto que double

suporta o dobro da precis~ao de um oat.

23 c1996


Alguns destes tipos b�asicos podem ser modi�cados por quali�cadores. Por exemplo, o tipo char

pode ser acompanhado pelo quali�cador signed ou unsigned. O tipo signed char seria utilizado para

indicar que a vari�avel do tipo char estaria representando pequenos n�umeros inteiros (na faixa de -128

a 127). O tipo unsigned char seria utilizado para indicar que a vari�avel estaria armazenando valores

inteiros exclusivamente positivos (sem sinal) na faixa de 0 a 255.

O tipo int tamb�em pode ser quali�cado. Um tipo unsigned int indica que a vari�avel apenas

armazenar�a valores positivos. Um tipo short int indica que (caso seja poss��vel) o compilador dever�a

usar um n�umero menor de bytes para representar o valor num�erico | usualmente, dois bytes s~ao

alocados para este tipo. Uma vari�avel do tipo long int indica que a representa�c~ao mais longa de um

inteiro deve ser utilizada, sendo que usualmente quatro bytes s~ao reservados para vari�aveis deste

tipo.

Estas dimens~oes de vari�aveis denotam apenas uma situa�c~ao usual de�nida por boa parte dos

compiladores, sendo que n~ao h�a nenhuma garantia quanto a isto. A �unica coisa que se pode a�rmar

com rela�c~ao �a dimens~ao de inteiros em C �e que uma vari�avel do tipo short int n~ao ter�a um n�umero

maior de bits em sua representa�c~ao do que uma vari�avel do tipo long int1.

Em C, n�umeros inteiros podem ter representa�c~ao decimal, octal ou hexadecimal. N�umeros com

representa�c~ao decimal s~ao denotados por qualquer sequência de algarismos entre 0 e 9 que inicie com

um algarismo diferente de 0 | 10, 127, 512, etc. N�umeros em octal s~ao sequências de algarismos

entre 0 e 7 iniciadas por 0 | 012 (decimal 10), 077 (decimal 63), etc. N�umeros em hexadecimal s~ao

sequências de algarismos entre 0 e F iniciadas com o pre�xo 0x | 0xF (decimal 15), 0x1A (decimal

26). As representa�c~oes octal e hexadecimal s~ao atrativas como formas compactas de representa�c~ao

de valores bin�arios | cada algarismo da representa�c~ao octal pode ser diretamente expandido para

uma sequência de três bits, e da representa�c~ao hexadecimal para sequências de quatro bits. Assim,

tanto 127 quanto 0177 quanto 0x7F correspondem a uma mesma sequência de bits, 01111111.

Valores com representa�c~ao em ponto utuante (reais) s~ao representados em C atrav�es do uso do

ponto decimal, como em 1.5 para representar o valor um e meio. A nota�c~ao exponencial tamb�em

pode ser usada, como em 1.2345e-6 ou em 0.12E3.

Caracteres ASCII s~ao denotados entre aspas simples, tais como 'A'. Cada caracter ASCII corres-

ponde tamb�em a uma representa�c~ao bin�aria usada internamente | por exemplo, o caracter ASCII

A equivale a uma sequência de bits que corresponde ao valor hexadecimal 41H ou decimal 65. Os

valores de�nidos para os caracteres ASCII s~ao apresentados no Apêndice C.

1Estes quali�cadores reetem o estado atual do padr~ao ANSI-C. Dependendo do computador e do compiladordispon��vel, outros quali�cadores podem ser suportados, tais como long long e long double para representar inteirosde 64 bits e reais de precis~ao estendida (80 bits), respectivamente. Entretanto, n~ao h�a ainda nenhuma padroniza�c~aoneste sentido.

DCA/FEEC/UNICAMP 24

Ricarte Declara�c~oes de Vari�aveis [2.3]

Al�em dos caracteres alfanum�ericos e de pontua�c~ao, que podem ser representados em uma fun�c~ao

diretamente pelo s��mbolo correspondente entre aspas, C tamb�em de�ne representa�c~oes para carac-

teres especiais de controle do c�odigo ASCII atrav�es de sequências de escape iniciados pelo s��mbolo

\ (contrabarra). As principais sequências s~ao:

\n nova linha

\t tabula�c~ao

\b retrocesso

\r retorno de carro

\f alimenta�c~ao de formul�ario

\\ contrabarra

\' ap�ostrofo

\" aspas

\0 o caracter nul

\xxx qualquer padr~ao de bits xxx em octal

2.3 Declara�c~oes de Vari�aveis

Vari�aveis representam uma forma de identi�car por um nome simb�olico uma regi~ao da mem�oria

que armazena um valor sendo utilizado por uma fun�c~ao. Em C, uma vari�avel deve estar associada

a um dos tipos de dados descritos na Se�c~ao 2.2.

Toda vari�avel que for utilizada em uma fun�c~ao C deve ser previamente declarada. A forma geral

de uma declara�c~ao de vari�avel �e:

tipo nome_variavel;

ou

tipo nome_var1, nome_var2, ... ;

onde nome var1, nome var2, : : : s~ao vari�aveis de um mesmo tipo de dado. Exemplos v�alidos de

declara�c~ao de vari�aveis em C s~ao:

int um_inteiro;

unsigned int outro_inteiro;

char c1, c2;

float SalarioMedio;

double x,

y;

25 c1996


Nomes de vari�aveis podem ser de qualquer tamanho, sendo que usualmente nomes signi�cativos

devem ser utilizados. C faz distin�c~ao entre caracteres mai�usculos e caracteres min�usculos, de forma

que Salariomedio �e diferente de SalarioMedio.

H�a restri�c~oes aos nomes de vari�aveis. Palavras associadas a comandos e de�ni�c~oes da linguagem

(tais como if, for e int) s~ao reservadas, n~ao podendo ser utilizadas para o nome de vari�aveis. A lista

de palavras reservadas em C s~ao apresentadas no Apêndice A. O nome de uma vari�avel pode conter

letras e n�umeros, mas deve come�car com uma letra.

Como pode ser observado no exemplo acima, diversas vari�aveis de um mesmo tipo podem ser

declaradas em um mesmo comando, sendo que o nome de cada vari�avel neste caso estaria separado

por v��rgulas. Al�em disto, vari�aveis podem ser tamb�em inicializadas enquanto declaradas, como em

int a = 0,

b = 20;

char c = 'X';

long int d = 12345678L;

Na �ultima linha deste exemplo (inicializa�c~ao da vari�avel d), o su�xo L indica que a constante �e do

tipo long.

Uma vari�avel cujo valor n~ao ser�a alterado pelo programa pode ser quali�cada como const, como

em

const int NotaMaxima = 100;

Neste caso, a vari�avel NotaMaxima n~ao poder�a ter seu valor alterado. Evidentemente, vari�aveis deste

tipo devem ser inicializadas no momento de sua declara�c~ao.

2.4 Express~oes

Ap�os a declara�c~ao das vari�aveis, o corpo de uma fun�c~ao �e de�nido atrav�es dos comandos que

ser~ao executados pela fun�c~ao. Estes comandos devem ser expressos sob a forma de uma sequência

de express~oes v�alidas da linguagem C.

Antes de mais nada, �e interessante que se apresente a forma de se expressar coment�arios em

um programa C. Coment�arios em C s~ao indicados pelos terminadores /* (in��cio de coment�ario)

e */ (�m de coment�ario). Quaisquer caracteres entre estes dois pares de s��mbolos s~ao ignorados

pelo compilador. Coment�arios em C n~ao podem ser aninhados, mas podem se estender por diversas

linhas e podem come�car em qualquer coluna. Por exemplo,

DCA/FEEC/UNICAMP 26

Ricarte Express~oes [2.4]

/* Exemplo de

* comentario

*/

main( ) {

/* esta funcao nao faz coisa alguma */

}

As express~oes na linguagem C s~ao sempre terminadas pelo s��mbolo ; (ponto e v��rgula). Uma

express~ao nula �e constitu��da simplesmente pelo s��mbolo terminador. Assim, o exemplo acima �e

equivalente a

/* Exemplo de

* comentario

*/

main( ) {

/* esta funcao nao faz coisa alguma */

;

}

2.4.1 Express~oes Aritm�eticas

O comando de atribui�c~ao em C �e indicado pelo s��mbolo =, como em

main() {

int a, b, c;

a = 10; /* a recebe valor 10 */

b = c = a; /* b e c recebem o valor de a (10) */

}

Observe neste exemplo que a atribui�c~ao pode ser encadeada | na �ultima linha da fun�c~ao acima, c

recebe inicialmente o valor da vari�avel a, e ent~ao o valor de c ser�a atribu��do �a vari�avel b.

Express~oes aritm�eticas em C podem envolver os operadores bin�arios (isto �e, operadores que

tomamdois argumentos) de soma (+), subtra�c~ao (-),multiplica�c~ao (*), divis~ao (/). Valores negativos

s~ao indicados pelo operador un�ario -. Adicionalmente, para opera�c~oes envolvendo valores inteiros

s~ao de�nidos os operadores de resto da divis~ao inteira ou m�odulo (%), incremento (++) e decremento

(--). Por exemplo,

27 c1996


main() {

int a=10, b, c, d;

b = 2*a; /* b = 20 */

a++; /* a = a+1 (11) */

c = b/a; /* divisao inteira: c = 1 */

d = b%a; /* resto da divisao: d = 9 */

}

Cada um dos operadores de incremento e decremento tem duas formas de uso, dependendo se

eles ocorrem antes do nome da vari�avel (pr�e-incremento ou pr�e-decremento) ou depois do nome

da vari�avel (p�os-incremento ou p�os-decremento). No caso do exemplo acima, onde o operador de

incremento ocorre de forma isolada em uma express~ao (sozinho na linha), as duas formas poss��veis

s~ao equivalentes. A diferen�ca entre eles ocorre quando estes operadores s~ao combinados com outras

opera�c~oes. No exemplo acima, as linhas de atribui�c~ao �a b e incremento de a poderiam ser combinados

em uma �unica express~ao,

b = 2*(a++); /* b recebe 2*a e entao a recebe a+1 */

Observe como esta express~ao �e diferente de

b = 2*(++a); /* a recebe a+1 e entao b recebe 2*a */

Na pr�atica, os parênteses nas duas express~oes acima poderiam ser omitidos uma vez que a pre-

cedência do operador de incremento �e maior que da multiplica�c~ao | ou seja, o incremento ser�a

avaliado primeiro. O Apêndice B apresenta a ordem de avalia�c~ao para todos os operadores da

linguagem C.

C tem tamb�em uma forma compacta de representar express~oes na forma

var = var op (expr);

onde uma mesma vari�avel var aparece nos dois lados de um comando de atribui�c~ao. A forma

compacta �e

var op= expr;

Por exemplo,

a += b; /* equivale a a = a+b */

c *= 2; /* equivale a c = c*2 */

DCA/FEEC/UNICAMP 28

Ricarte Express~oes [2.4]

2.4.2 Express~oes Condicionais

Um tipo muito importante de express~ao em C �e a express~ao condicional, cujo resultado �e um

valor que ser�a interpretado como falso ou verdadeiro. Como a linguagem C n~ao suporta diretamente

o tipo de dado booleano, ela trabalha com representa�c~oes inteiras para denotar estes valores | o

resultado de uma express~ao condicional �e um valor inteiro que ser�a interpretado como falso quando

o valor resultante da express~ao �e igual a 0, e como verdadeiro quando o valor resultante �e diferente

de 0.

Assim, qualquer express~ao inteira pode ser interpretada como uma express~ao condicional. A

situa�c~ao mais comum, entretanto, �e ter uma express~ao condicional comparando valores atrav�es dos

operadores relacionais. Os operadores relacionais em C s~ao:

> maior que

>= maior que ou igual a

< menor que


parênteses em express~oes para tornar claro quais opera�c~oes s~ao desejadas. A exce�c~ao a esta regra

ocorre quando um n�umero excessivo de parênteses pode di�cultar ainda mais a compreens~ao da

express~ao; em tais casos, o uso das regras de precedência da linguagem pode facilitar o entedimento

da express~ao.

2.4.3 Operadores de Bits

A linguagem C oferece tamb�em operadores que trabalham sobre a representa�c~ao bin�aria de

valores inteiros e caracteres. Estes operadores s~ao:

& AND bit-a-bit

| OR bit-a-bit

^ XOR bit-a-bit

> deslocamento de bits �a direita

~ complemento de um (inverte cada bit)

Estes operadores tomam dois argumentos exceto pelo operador ~, que �e un�ario. Por exemplo,

a = x & 0177; /* a recebe 7 bits menos signif. de x */

b &= ~0xFF; /* zera os 8 bits menos signif. de b */

c >>= 4; /* desloca represent. de c 4 bits a direita */

2.5 Controle do Fluxo de Execu�c~ao

C �e uma linguagem que suporta a programa�c~ao estruturada, ou seja, permite agrupar comandos

na forma de sequência, sele�c~ao e repeti�c~ao.

Uma sequência de comandos em uma fun�c~ao C �e denotada simplesmente como uma sequência

de express~oes, como exempli�cado na Figura 2.3. H�a duas possibilidades: usar comandos isolados

(a forma mais utilizada) ou usar uma �unica express~ao com a sequência de comandos separados pelo

operador , (v��rgula).

A constru�c~ao de sele�c~ao IF-THEN-ELSE �e expressa em C na forma if: : : else (Figura 2.4). Ap�os a

palavra-chave if deve haver uma express~ao condicional entre parênteses. Se a express~ao for avaliada

como verdadeira, ent~ao a express~ao sob if ser�a realizada; se for falsa, a express~ao sob else ser�a

executada.

Nesta �gura, introduz-se o conceito de express~ao composta, ou seja, a express~ao da parte else

deste exemplo �e na verdade um bloco contendo diversas express~oes. Neste caso, o bloco de comandos

DCA/FEEC/UNICAMP 30

Ricarte Controle do Fluxo de Execu�c~ao [2.5]

a = 10

b = a*5

c = a+b

a = 10;

b = a*5;

c = a+b;

(a) (b)

ou

a=10, b=a*5, c=a+b;

Figura 2.3: Sequência em C: (a) uxograma; (b) formas equivalentes em C.

que deve ser executado nesta condi�c~ao deve ser delimitado por chaves f e g. Algumas observa�c~oes

adicionais relevantes com rela�c~ao a este comando s~ao:

1. Em C, h�a diferen�cas entre letras min�usculas e mai�usculas. Como todos os comandos em C,

as palavras chaves deste comando est~ao em letras min�usculas. Assim, as formas IF (ou If ou

iF ) n~ao s~ao formas v�alidas em C para denotar o comando if.

2. Ao contr�ario do que ocorre em Pascal ou FORTRAN, a palavra then n~ao faz parte da sintaxe

deste comando em C.

3. A cl�ausula else pode ser omitida quando a express~ao a executar na condi�c~ao falsa for nula.

4. No caso de haver mais de um if que possa ser associado a uma cl�ausula else, esta ser�a associada

ao comando if precedente mais pr�oximo.

A constru�c~ao estruturada de sele�c~ao CASE-SELECT �e suportada em C pelo comando switch: : : case

(Figura 2.5). Neste caso, ap�os a palavra-chave switch deve haver uma vari�avel do tipo inteiro ou

caracter entre parênteses. Ap�os a vari�avel, deve haver uma lista de casos que devem ser considerados,

cada caso iniciando com a palavra-chave case seguida por um valor ou uma express~ao inteira.

31 c1996


c = a*10

b = b+a

a = 10?

(a) (b)

if (a == 10)

else {

c = a*10;

b = b+a;

}

b = b-c

b = b-c;

T F

Figura 2.4: Sele�c~ao com if: : : else em C: (a) uxograma; (b) equivalente em C.

DCA/FEEC/UNICAMP 32

Ricarte Controle do Fluxo de Execu�c~ao [2.5]

a = 10? a = a+1

a = a+10

a = 100? a = a+5

a = 20? a = a+2

T

T

T

F

F

F switch (a) { case 10: a = a+1;

break;

case 20: a = a+2;

break;

case 100: a = a+5;

break;

default: a = a+10;

}

(a) (b)

Figura 2.5: Sele�c~ao em C usando a forma switch: : :case. Observe que o conjunto de a�c~oes associadoa cada caso encerra-se com a palavra-chave break.

33 c1996


Neste exemplo, a vari�avel a pode ser do tipo int ou char. A palavra-chave especial default indica

que a�c~ao deve ser tomada quando a vari�avel assume um valor que n~ao foi previsto em nenhum dos

casos. Assim como a condi�c~ao else no comando if �e opcional, a condi�c~ao default tamb�em �e opcional

para o switch-case. Observe tamb�em a importância da palavra-chave break para delimitar o escopo

de a�c~ao de cada caso | fossem omitidas as ocorrências de break no exemplo, a semântica associada

ao comando seria essencialmente diferente (Figura 2.6).

a = 10? a = a+1

a = a+10

a = 100? a = a+5

a = 20? a = a+2

T

T

T

F

F

F switch (a) { case 10: a = a+1;

(a) (b)

case 20: a = a+2;

case 100: a = a+5;

default: a = a+10;

}

Figura 2.6: Sele�c~ao em C usando a forma switch: : : case onde se omitiu a palavra-chave break dobloco de comandos.

Comandos de repeti�c~ao em C s~ao suportados em três formas distintas. A primeira forma �e while,

cuja constru�c~ao equivale ao comando estruturado WHILE-DO (Figura 2.7(a) e (b)), enquanto que a

DCA/FEEC/UNICAMP 34

Ricarte Invoca�c~ao de Fun�c~oes [2.6]

segunda forma equivale ao comando estruturado DO-WHILE (Figura 2.7(c) e (d)).

A terceira forma associada ao comando de repeti�c~ao em C, for, facilita a express~ao de itera�c~oes

associadas a contadores. Um exemplo de uso deste comando �e apresentado na Figura 2.8.

Neste exemplo, a �e uma vari�avel que tem a fun�c~ao de contador, assumindo valores 0, 1, : : : ,

MAX-1. Enquanto o valor de a for menor que MAX (a condi�c~ao de t�ermino da itera�c~ao), a express~ao

(simples ou composta) no corpo da itera�c~ao ser�a repetidamente avaliada.

Qualquer que seja forma usada para indicar o comando de repeti�c~ao | while, do: : :while ou

for | h�a duas formas de se desviar a sequência de execu�c~ao do padr~ao do comando. A primeira

forma, continue, serve para indicar o �m prematuro de uma itera�c~ao. A outra forma de interrup�c~ao

de um comando de repeti�c~ao �e o comando break, que indica o �m prematuro de todo o comando de

itera�c~ao. Por exemplo, em

for (a=0; a


a = a+1 while (a != 10) a = a+1;

a = a+1

T

F

a != 10?

(a) (b)

a != 10?T

F

do

a = a+1;

while (a != 10);

(c)

(d)

Figura 2.7: Repeti�c~ao em C: (a) forma while; (b) forma do: : :while

DCA/FEEC/UNICAMP 36


for (a=0; a


Uma fun�c~ao agrupa sob um nome simb�olico um conjunto de express~oes que realizam uma a�c~ao

que, potencialmente, pode se repetir diversas vezes. Por exemplo, considere uma aplica�c~ao em

instrumenta�c~ao onde os 8 bits menos signi�cativos de uma vari�avel inteira devem ser frequentemente

lidos. Seria poss��vel fazer uma fun�c~ao associada �a leitura de cada bit, como em

int get_bit1 (int var) {

return (var & 01);

}


return ((var & 02) >> 1);

}

...


return ((var & 0200) >> 7);

}

o que j�a auxiliaria no sentido de evitar a repeti�c~ao das opera�c~oes de manipula�c~ao de bits, reduzindo

assim a possibilidade de erro e facilitando o entendimento do c�odigo. Estas fun�c~oes poderiam estar

sendo utilizadas pela aplica�c~ao como em

main() {

int leitura, bit; /* declaracao de variavel */

int faz_medida(void), /* declaracao de funcoes */

get_bit1(int),

get_bit2(int),

...

get_bit8(int);

do {

leitura = faz_medida(); /* alguma funcao de medida */

bit = get_bit1(leitura);

... /* trata o bit 1 */

bit = get_bit2(leitura);

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... /* trata o bit 2 */

...

} while (1);

}

Este exemplo ilustra alguns pontos interessantes. O primeiro deles �e a declara�c~ao de fun�c~oes, onde

se expressa quais fun�c~oes ser~ao utilizadas, quais os tipos de seus argumentos e quais os seus valores

de retorno. Um dos \tipos" indicados �e void, o que signi�ca vazio | ou seja, a fun�c~ao faz medida

deste exemplo n~ao toma nenhum argumento e retorna um valor inteiro.

Outro ponto interessante �e o uso da forma while(1), o que equivale a dizer \fa�ca para sempre."

Esta forma �e frequentemente utilizada, sendo em geral interrompida por um comando break. Usando

o comando for, a forma equivalente seria for(;;).

Outra observa�c~ao que deve ser feita �e que o valor da vari�avel leitura n~ao se altera com as

chamadas das diversas fun�c~oes. Esta �e uma caracter��stica da passagem por valor dos argumentos da

fun�c~ao, que �e o padr~ao em C. O que cada fun�c~ao manipula | cada vari�avel var | �e na verdade

uma c�opia do valor da vari�avel passada como argumento (leitura), e n~ao diretamente a vari�avel.

2.6.1 A Fun�c~ao printf

A fun�c~ao printf �e parte de um conjunto de fun�c~oes pr�e-de�nidas armazenadas em uma biblioteca

padr~ao de rotinas da linguagem C. Ela permite apresentar na tela os valores de qualquer tipo de

dado. Para tanto, printf utiliza o mecanismo de formata�c~ao, que permite traduzir a representa�c~ao

interna de vari�aveis para a representa�c~ao ASCII que pode ser apresentada na tela.

O primeiro argumento de printf �e um string de controle, uma sequência de caracteres entre aspas.

Esta string, que sempre deve estar presente, pode especi�car atrav�es de caracteres especiais (as

sequências de convers~ao) quantos outros argumentos estar~ao presentes nesta invoca�c~ao da fun�c~ao.

Estes outros argumentos ser~ao vari�aveis cujos valores ser~ao formatados e apresentados na tela. Por

exemplo, se o valor de uma vari�avel inteira x �e 12, ent~ao a execu�c~ao da fun�c~ao

printf("Valor de x = %d", x);

imprime na tela a frase Valor de x = 12. Se y �e uma vari�avel do tipo caracter com valor 'A', ent~ao

a execu�c~ao de

printf("x = %d e y = %c\n", x, y);

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imprime na tela a frase x = 12 e y = A seguida pelo caracter de nova linha (\n), ou seja, a pr�oxima

sa��da para a tela aconteceria na linha seguinte. Observe que a sequência de convers~ao pode ocorrer

dentro de qualquer posi�c~ao dentro do string de controle.

A fun�c~ao printf n~ao tem um n�umero �xo de argumentos. Em sua forma mais simples, pelo menos

um argumento deve estar presente | a string de controle. Uma string de controle sem nenhuma

sequência de convers~ao ser�a literalmente impressa na tela. Com vari�aveis adicionais, a �unica forma

de saber qual o n�umero de vari�aveis que ser�a apresentado �e por inspe�c~ao da string de controle. Desta

forma, cuidado deve ser tomado para que o n�umero de vari�aveis ap�os a string de controle esteja de

acordo com o n�umero de sequências de convers~ao presente na string de controle.

Al�em de ter o n�umero correto de argumentos e sequências de convers~ao, o tipo de cada vari�avel

deve estar de acordo com a sequência de convers~ao especi�cada na string de controle. A sequência

de convers~ao pode ser reconhecida dentro da string de controle por iniciar sempre com o caracter %.

As principais sequências de convers~ao para vari�aveis caracteres e inteiras s~ao:

%c imprime o conte�udo da vari�avel com representa�c~ao ASCII;

%d imprime o conte�udo da vari�avel com representa�c~ao decimal com sinal;

%u imprime o conte�udo da vari�avel com representa�c~ao decimal sem sinal;

%o imprime o conte�udo da vari�avel com representa�c~ao octal sem sinal;

%x imprime o conte�udo da vari�avel com representa�c~ao hexadecimal sem sinal.

Uma largura de campo pode ser opcionalmente especi�cada logo ap�os o caracter %, como em %12d

para especi�car que o n�umero decimal ter�a reservado um espa�co de doze caracteres para sua repre-

senta�c~ao. Se a largura de campo for negativa, ent~ao o n�umero ser�a apresentado alinhado �a esquerda

ao inv�es do comportamento padr~ao de alinhamento �a direita. Para a convers~ao de vari�aveis do tipo

long, o caracter l tamb�em deve ser especi�cado, como em %ld.

Para converter vari�aveis em ponto utuante, as sequências s~ao:

%f imprime o conte�udo da vari�avel com representa�c~ao com ponto decimal;

%e imprime o conte�udo da vari�avel com representa�c~ao em nota�c~ao cient��ca (exponencial);

%g formato geral, escolhe a representa�c~ao mais curta entre %f e %e.

Como para a representa�c~ao inteira, uma largura de campo pode ser especi�cada para n�umeros reais.

Por exemplo, %12.3f especi�ca que a vari�avel ser�a apresentada em um campo de doze caracteres

com uma precis~ao de três d��gitos ap�os o ponto decimal.

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Ricarte Atividades [2.7]

Finalmente, se a vari�avel a ser apresentada �e uma sequência de caracteres (um string), ent~ao o

formato de convers~ao %s pode ser utilizado. Para apresentar o caracter %, a sequência %% �e utilizada.

2.7 Atividades

Atividade 1 Crie um programa C que imprima na tela a mensagem

``C ou nao C, eis a questao!''

Edite e compile o arquivo ser.c contendo este programa, criando um execut�avel de

nome ser.

Atividade 2 Analise as mensagens de erro que o compilador C ir�a apresentar para cada uma das

seguintes situa�c~oes:

(a) tentar gerar um programa execut�avel sem uma fun�c~ao main;

(b) incluir uma express~ao dentro de uma fun�c~ao onde o terminador ; tenha sido

omitido;

(c) tentar alterar uma vari�avel declarada como const;

(d) usar uma vari�avel que n~ao foi declarada;

(e) declarar uma vari�avel que n~ao �e usada;

(f) a express~ao y = x;, onde x e y s~ao de um mesmo tipo, ocorre sem que o valor de

x tenha sido de�nido;

(g) a express~ao y = x; ocorre, por�em x �e uma vari�avel do tipo oat enquanto que y �e

do tipo char;

(h) uma vari�avel �e declarada com um nome inv�alido;

(i) um bloco em um dos comandos de controle estruturado n~ao foi apropriadamente

encer

program - ufjfin tro d u c~ ao pr o gr ama ao c d a arquit et ura d e compu t adore s e caract er st...

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