Elementos de programação em C [recurso eletrônico)

580 Pages·2012·52.041 MB·Portuguese

by  Pinheiro, Francisco A. C.

1
\
\
\
O autor
Francisco de Assis Cartaxo Pinheiro é graduado e.m Matemática pela Universidade do Estado
do Rio de Janeiro, mestre em Ciência da Computação pela Universidade de Brasllia e doutor em
Ciência da Computação pela Universidade de Oxford, no Reino Unido. Atua na área da tecno
logia da informação desde 1976, tendo exercido várias funções como programador de compu
tador, analista de sistemas e coordenador de projetos de diversos tamanhos e características. É
professor do Departamento de Ciência da Computação da Universidade de Brasllia desde 1997,
tendo como área de interesse a eniienharia de software, com ênfase em engenharia de requisitos,
orientação a objetos e verificação e validação de sistemas e processos de desenvolvimento.
P654e Pinheiro, Francisco A. C.
Elementos de programação em C [recurso eletrônico) I
Francisco A. C. Pinheiro. -Dados eletrônicos. -Porto Alegre
: Bookman, 2012.
Editado também como livro impresso em 2012.
ISBN 978-85-407-0203-5
J. Computação - Programação em C. 2. Linguagem de
programação - C. !. Título.
CDU004.43
Catalogação na publicação: Natascha Helena Franz Hoppen - CRB 10/2150
e.
Francisco A. Pinheiro
Universidade de Brasília
ELEMENTOS DE
PROGRAMAÇÃO
EM C
Versão impressa
desta obra: 2012
t~~
bookman
20.12
© Grupo A Educação S.A., 2012
Capa: Maurtcio Pamplona
Preparação de originais: Bianca Basile Parracho
Gerente editorial - CESA: Arysinha Jacques Ajfonso
Editora responsável por esta obra: Viviane Borba Barbosa
Projeto e editoração: Techbooks
Reservados todos os. direitos de publicação à
BOOKMAN EDITORA LTDA., uma empres.a do GRUPO A EDUCAÇÃO S.A.
Av. Jerônimo de Omelas, 670 - Santana
90040-340 - Pono Alegre - RS
Fone: (51) 3027-7000 Fax: [phone]
É proibida a duplicação ou reprodução deste volume, no rodo ou em pane, sob quaisquer
fonnas ou por quaisquer meios (eletrônico, mecãnico, gravação, fotocópia, distribuição na Web
e outros), sem permissão expressa da Editora.
Unidade São Paulo
Av. Embaixador Macedo Soares, 10.735 - Pavilhão 5 - Cond. Espace Center
Vila Anastácio - 05095-035 - São Paulo - SP
Fone:(11)3665-1100 Fax: [phone]
SAC 0800 70'.3-3444 - www.grupoa.com.br
IMPRESSO NO BRASIL
PRINTED IN BRAZJL
À Josefa
Em minha biblioteca
borgiana
os espelhos
são teus olhos,
os livros,
teu coração
e os labirintos,
esta tontura que sinto
ao ler-te.
Prefácio
Aprender uma linguagem de programação não é tarefa fácil, assemelha-se ao apren
dizado de uma nova linguagem natural. O aluno depara-se com um léxico ao qual
não está acostumado e com novas cooslruções sintáticas e significados. Além disso, a
linguagem de programação tem seus leXtos realizados por uma máquina, o que exige
conhecimento adicional de arquitetu:ra de computadores, lógica e representação bi
nária. Emtretanto, como ocorre com as linguagens naturais, aprender uma linguagem
de programação é prazeroso, aumenta nosso poder de expressão e é essencial para os
demais aprendizados em cursos relacfonados à computa.ção, informática e tecnologia
da informação.
Este é um livro-texto para o ensino da linguagem C em cursos tecnológicos de
nível supe.rior. Ele foi concebido para ser adotado n.os cursos em que os conceitos de
algoriuno, gramática, lógica proposicional. arquitetura de computadores e sistemas
de numeração também são abordados; ou nos cursos em que os alunos já possuem
esses fundamentos. Embora este livro tenha um caráter introdutório, a linguagem C
é descrita de modo rigoroso, sm sstrita conformidade com seu padrão mais receais
(ISO/IEC 9899:2011 ).
Organização. O livro está organ.iz:ado de modo a ensinar primeiro os aspectos de
representa.ção, que são essenciais, e em seguida os aspectos de controle e os de comu
nicação. Assim, os mecanismos de entrada e saída são explicados em detalhe apenas
após a exposição referente a funções, ponteiros, es1ruturas e uniões - nos capítulos
iniciais :são usadas somente funções simples de entrada e saída, suficientes para a
elaboração dos exemplos e exercícios. A idenúficação e o tratamento de erros e o uso
de funções utilitárias para os aspectos mais avançados de manipulação de cadeias
de caracteres, localização, gerenciamento da memória e representação do tempo são
tratados em capítulos à parte.
Cada capítulo procura esgotar seu tema e, portanto, pode conter detalhes de diff
cil compreensão em uma primeira leitura, incluindo referências a pontos cuja exposi
ção encontra-se em outros capítulos: nito se pode discutir ponteiros para funções sem
antes discutir funções. que por sua ve:i; têm nos ponteiros um mecanismo importante
para a passagem de argumentos. En·tretanto, os pontos inicialmente abordados em
cada capítulo são autônomos, apenas os aspectos mais avançados possuem essa in
terdepemdência. Desse modo, o livro deve ser usado diferentemente por movatos e
por quem já sabe programar. EsteS podem estudar os capítulos linearmente, aqueles
devem realizar várias leituras. É importante que o aluno faça uso frequente do (odice,
um instrumento valioso para o estudo de disciplinas técnicas complexas. O sítio do
livro, cujo endereço é fornecido adiante, contém sugestões de organização de cursos
para vários objetivos e públicos-alvo.
viii Prefácio
Exposição. Cada característica da linguagem é explicada em detalhe, mas os exem
plos são simples, elaborados para realçar o aspecto que está sendo discuti d o, deixan
do de lado pormenores e construções não relacionadas ao tópico em questão. Desse
modo, não há programas extensos neste livro - todos são pequenos.
Sempre que necessário as linhas dos programas são numeradas, como ocorre
com o programa a seguir.
1 #include <stdio.b>
2 int ,nain(void) {
3 printf ( "exelllj)lo\n•);
4 }
Esses n6meros não fazem parte do programa, são usados apenas para facilitar a
referência, no texto, a linhas específicas.
Alertas. Os programas profissionais, além de corretos, devem ser bem estruturados,
eficientes, robustos e ter estilo uniforme, facilitando sua depuração e manutenção.
Essas características são essenciais e existem disciplinas que ensinam as 'técnicas e
métodos que podem ser aplicados para assegurá-las. Elas não são, contudo, o foco
deste livro, voltado ao ensino da programação a quem ainda não sabe programar. O
aluno deve estar ciente das seguintes decisões:
Estilo. O estilo de codificação adotado privilegia a estrutura e a facilidade de
leitura. Em especial:
a) Não se usam construções crfptiicas, tão comuns aos programas elaborados em
e -
mesmo quando justificáveis, essas construções impõem uma dificuldade adi
cional a quem está aprendendo.
b) Todas as funções possuem um protótipo que as antecede, mesmo quando este já
é induzido pela definição da função.
c) A maioria dos blocos é delimitada por chaves, mesmo nas construções em que
elas não seriam necessárias.
d) A chave inicial de um bloco aparece na mesma linha da construção que o contém
e sua chave final em uma linha separada.
Essas são decisões acertadas. Entretanto, quando o texto possui colunas duplas,
as linhas dos programas estão limitadas a poucos caracteres, por uma razão estética,
e algumas vezes o estilo de codificação é quebrado. Optou-se pela preservação da
estética do texto, facilitando a leitura dos programas.
Robustez_ Com frequência, ao expor um determinado assunto, os comandos e
funções que permitiriam desenvolver programas robustos ainda não foram discutidos;
outras vezes, optou-se por manter os programas pequenos, evitando construções não
relacionadas ao tópico em discussão. Um caso úpico é o da entrada e saída de valores:
os programas iniciais não tratam os erros. de digitação e podem falhar caso. o usuário
digite v.alores inesperados.
Eficiência. O propósito dos programas deste livro é ilustrar os aspectos em dis
cussão. A intuição é privilegiada em detrimento da eficiência, já que muitas constru
ções eficientes requerem um nível de maruridade que os alunos em contato com uma
linguagem de programação pela primeira vez ainda não têm.
Prefácio ix
Sítio do livro
Os programas usados nos exemplos e problemas resolvidos estão disponíveis no sítio
do livro, bem como orientações sobre softwares e ambientes de programação e outras
infomiações úteis ao ensino e aprendizado da linguagem C: ww. facp.pro. br/livroc
Respostas dos exercícios. As respostas de todos os exercícios cuja solução envolve
codificação estão disponíveis no sítio do livro. A maioria dos exercícios teóricos, que
não envolvem código, é de solução imediata, requerendo apenas uma leitura atenta
do texto. Para esses, as respostas são apresentadas apenas em alguns casos, princi
palmente quando se trata de representação de valores ou quando há necessidade de
cálculo (para determinação de endereços., por exemplo), mas na maioria das vezes
elas são deixadas a cargo do aluno.
Sumário
1 Introdução 1
1.1 Padrão da linguagem ..........•.................................... 2
1,2 Preparando o ambiente de programação •••.••••....••.•••••••••.•.•..• 4
2 Compilação e Visão Preliminar dos. Programas C 6
2.1 Compilação de programas ......•.................................... 6
2.1.1 Arquivos-cabeçalhos e bibliotecas ....•...................•....•.. .....8
2.1.2 Comandos Wsicos de compilação ... ....•............•........•.. .....9
2.1.3 Compilações parciais .....•............•..•....•..•....•....•......1 0
2.1.4 Especificando o padrão a ser usado ......................•....•......1 1
2.2 Estrutura das funções de um programa C. ............................. 11
2.2.1 Primeiro programa .. •...•...........••.......•.......•...••... ... 12
2.3 Desenvolvendo os primeiros programa·s ............................... 13
2.3.1 Comentários ...•.. .....•.•................. .........•....•......1 4
2.3.2 Oédarando variáveis .....•.... .............................•...... 14
2.3.3 Atribuindo valores .......•.................................•......1 5
2.3.4 Lendo valores do tedado .. •....................... ..... ............1 5
2.3.5 Imprimindo mensagens e valores ............... .............••......1 6
2.3.6 Fluxo de exe<ução ...... .•........... ...................... •..•... 17
2.3.7 Testando valores e desviando o fluxo de execução ................•......1 8
2.3.8 Chamando funções .. .... •...................... ..•... .•...•...... 19
2.4 Usando variáveis globais .......•................................... 21
e ....................
2.5 Unidades de compilaçao e estrutura dos programas 22
2.5.1 Unidade de compilação com um ,único arquivo-fonte ........•....•••.... 22
2.5.2 Múltiplas unidades de compilação . .. ............... ..... ............ 24
2.5.3 Criando arquivos·cabeç;ilhos ....... ....•.....................•.. ....2 7
2.5.4 Benefícios da modularização ...............................••......2 9
2.6 Questões em aberto ...........•................................... 29
Exercícios .................. ••.....•............................. 30
3 Tipos de Dados 34
3.1 Tipos básicos ................•..... ...................... ........ 35
3.2 Tipos caracteres ..............•................................... 36
3.2.1 Conjuntos bá.sicos de caracteres .........•.......•.•..•.......•..... .3 7
3.2.2 Caracteres multibytes ....•.................................•..•...3 9
3.2.3 Caracteres estendidos •...•...........••...............•...••..•.. .4 0
3.2.4 o porque doscaracteres sinalizados ..................•.......••..... .4 0
3.3 Tipos inteiros ................•.... ............................... 41
3.3.1 Tamanho dos tipos inteiros •........... .•....... •...........••..... .42
3.4 Tipos reais de ponto flutuante ...•.............................. ..... 42
xii Sumário
3.5 Tipos complexos ................•........ ..................•..... 44
3.6 Tipos derivados .................•......... .................•..... 45
3.7 Tipo estrutura .... •••••••.......•..........................•..... 45
3.8 Tipo união ........••••••.......•..........................•..... 47
3.9 Campos de bits. ......•••........•..........................•..... 49
3.10 Tipos incompletos .. ..... ........•................ ..........•..... 50
3.10.1 Otipovoid ................. ....................•.......•...•.... 50
3.11 Repr:esentação dos valores ......... •..........................•..... 51
3.111.1 Representação de inteiros não sinalizados ............................. 52
3.11!.2 Representação de inteiros sinalizados. ................................ 53
3.111.3 Representação de caracteres ... ..................................... 53
3.11i.4 Representação de estruturas .. ......................................5 3
3.11i .5 Representação de uniões ...... ..................................... 54
3.111.6 Representação dos campos de bits ......... ................... .. ..... 55
3.111.7 Representação dos demais tipos ..................................... 55
3.12 Conversão de tipos ...............•....... ........ ...........•..... 55
3.12.1 Tipo inteiro em tipo inteiro .... ..................................... 56
3.12.2 Tipo inteiro em tipo real de ponto flutuante ........................... 58
3.12.3 Tipo real de ponto flutuante em tipo inteiro .................. •........ 59
3.12.4 Tipo real de ponto flutuante em tipo real de ponto flutuante .....•........ 59
3.12.5 Tipo real em tipo complexo. ... ............................•........ 60
3.12.6 Tipo complexo em tipo real. ... .............................. .. ..... 61
3.12.7 Tipo complexo em tipo complexo .................................... 61
3.12.8 Conversões envolvendo o tipo booliano .............. , ................ 61
3.13 Promoção inteira ................•........ ..................•..... 62
3.13.1 Ordenamento de inteiros .......................................... 62
3.14 Compatibilidade de tipos .. ........•....... ................... •..... 63
3.15 Tipos predefinidos ...............•..........................•..... 64
Exercícios ...........•• .........•............. .............•..... 65
4 Literais e Constantes 67
4.1 Literais inteiros .... .............•..........................•..... 67
4.1i.1 Tipo dos literais inteiros ...... .............................. .. ..... 68
4.2 Literais reais ....... .............•..........................•..... 69
4.2.1 Tipo dos literais reais. ........ ..................................... 71
4.3 Literais caracteres ...............•..........................•.... . 71
4.3.1 Representações alternativas ... ..................................... 72
4.3.2 caracteres estendidos e multibytes ................................... 74
4.3.3 Tipo dos literais caracteres .... ....... •.......•....•....... •... •.... 75
4.4 Literais cadeia de caracteres .......•..........................•..... 75
4.4.1 Cadeia estendida de caracteres ..... ................ , ................ 76
4.4.2 Tipo dos literais cadeia de caracteres ................................. 76
4.5 Literais compostos ...............•..........................•..... 77
4.5.1 Tipo dos literais compostos .... ........... .......................... 78
4.6 Enumerações .... ...............•..........................•..... 78
4.6.1 Tipo das constantes enumeradas .................................... 79
4.6.2 Tipo enumeraçiio .. .................•..•....•..•.•..•..•.•.•...... 79
4.6.3 O uso de etiquetas ........... ..........................•.......... 80
4.6.4 Compatibilidade das enumerações ................................... 81
4.7 Variáveis constantes .. ............•..........................•..... 81