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23/11/2015

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D.E.M. – Área Científica de Controlo Automação e Informática Industrial

Computação e ProgramaçãoMEMec, LEAN - 1º Semestre 2015-2016

Aula Teórica 21

• Introdução à linguagem compilada C• Estrutura e compilação do código fonte• Tipos de dados básicos• Operadores aritméticos e lógicos• Funções básicas de Entrada e Saída• Estruturas de selecção e repetição• Funções

Números complexos

Possui sempre dois casos

• Caso geral (também chamado de inductivo, ou passo recursivo) que deve tender para o caso base

• Caso base que dá uma resposta concreta

Pesquisa binária

• Assume que o vector ou lista estão previamente ordenados

• Em geral é mais eficiente que a pesquisa sequencial

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Wrap Up da última aula

• o número imaginário representando o valor de √(−1) é representado pelas letras i ou j não carecendo de definição prévia

• Funções úteis:

Computação e Programação 2015 / 2016

complex, real, imag, conj, isreal, abs, angle

>> 3 + 2i

ans =

3.0000 + 2.0000i

>> 1i

ans =

0 + 1.0000i

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Funções

… com número variável de

argumentos de entrada e saída

• Existem dois cell arrays pré-definidos, chamados varargin e varargout, onde podem ser guardados um qualquer número de argumentos de entrada e de saída respectivamente.

• Existem duas funções pré-definidas nargin enargout, que indicam com quantos argumentos de entrada e com quantos argumentos de saída uma função foi efectivamente chamada.

Pesquisa binária



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Funções

… como argumentos para outras

funções

• Um function handle é um tipo de dados em MATLAB, que permite fazer a chamada a uma função de um modo indirecto

• É possível utilizar um function handle como argumento de uma função.

Pesquisa binária



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>> h_sin = @sin;

>> h_sin(pi/2)

ans =

1

>> meu_grafico(x, @sin)

>> meu_grafico(x, @cos)

>> h_tangente = @tan;

>> meu_grafico(x, h_tangente)

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Funções

… anónimas

• Uma função anónima é uma função muito simples que não necessita ser guardada num m-file.

• Não tem “nome”, é apenas utilizável através de um function handle

Pesquisa binária



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>> h_areaRect = @(larg,alt) larg*alt;

>> area = h_areaRect(2,4)

area =

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• Linguagens compiladas são linguagens que utilizam um programa compilador para traduzir o código fonte para código máquina, criando uma aplicação que é directamente executável pelo microprocessador

• Linguagens interpretadas são linguagens que utilizam um programa interpretador que lê e executa o código fonte directamente, instrução a instrução

• Algumas linguagens recentes, como o Java, possuem um conceito misto, em que o código é compilado para um formato conhecido como bytecode, que por sua vez é interpretado por uma máquina virtual

Computação e Programação 2015 / 2016 6

Linguagens interpretadas e compiladas *revisão

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• Linguagens compiladas

Código

fonteCompilador

Código

Objecto

SistemaOperativo

Aplicação Executável

linguagemC++

e.g. MicrosoftVisual Studio

ficheirosintermédios(.obj)

Ficheiro de aplicação(.exe)

linguagemFortran



e.g. Intel Fortran Studio

Linker

ficheirosintermédios(.obj)

e.g. MicrosoftVisual Studio

e.g. Intel Fortran Studio

Ficheiro de aplicação(.exe)

• Linguagens interpretadas

Interpretador

linguagemMATLAB(.m)

e.g. MATLAB

linguagemPython(.py, .pyw)

e.g. Python



SistemaOperativo

Código

fonte

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Alinhamento da AT 21

• Introdução à linguagem compilada C

• Estrutura e compilação do código fonte

• Tipos de dados básicos

• Operadores aritméticos e lógicos

• Funções básicas de Entrada e Saída

• Estruturas de selecção e repetição

• Funções


A linguagem compilada C


• “C is a general-purpose programming language whichfeatures economy of expressions, modern control flow anddata structures, and a rich set of operators. C is not a “veryhigh level” language, nor a “big” one, and is not specializedto any particular area of application.”

– The C Programming Language

• Um programa em C contém funções e variáveis. As funçõesespecificam as tarefas a serem executadas pelo programa. Afunção chamada main corresponde ao programa principal eé a primeira a ser chamada. Todos os programas em Cdevem possuir uma função main.

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Compilação e execução do código fonte


• O meu primeiro programa em linguagem C:

Código

fonteCompilador

Código

Objecto

Aplicação Executável

Linker

MeuPrimeiroProgramaEmC.exe

Primeiro programa em C


• Estrutura básica do código:

Diz ao compilador para incluir a biblioteca stdio (standard input/output)

(no Matlab este passo não é necessário no código fonte)

Cabeçalho da função main

Definição da função main(no Matlab o programa principal

pode ser um script)

Utilização da função printf que pertence à biblioteca stdio

Todas as instruções da função main são

fechadas entre chavetas

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• Funções


Tipos de dados básicos


Matlab C Fortran 90

inteiro

int8, int16,

int32, int64,

uint8, uint16,

int32, uint64

int INTEGER

realsingle,

double

float,

doubleREAL

carácter char char CHARACTER

lógico logical --- LOGICAL

complexo (double) --- COMPLEX

Modificadores de tipos em C

shortlong

signedunsigned

Exemplos:

long intunsigned int

unsigned short intunsigned char

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Exemplo tabelaTemperaturas


Num programa em C todas as variáveis devem ser explicitamente

declaradas como pertencendo a um determinado tipo de dados

(o Matlab assume o tipo de dados da variável quando se lhe atribui um valor)

Uma ou várias linhas de comentário podem ser inseridas entre /* e */ sendo também

considerado como comentário tudo o que se seguir a // até ao final dessa linha(comando // é o equivalente ao % do Matlab)

>> a = 1;>> b = single(1);>> c = int32(1);>> d = true;>> e = 'Z';>> f = 1 + i;

>> whosName Size Bytes Class Attributes

a 1x1 8 double b 1x1 4 single c 1x1 4 int32 d 1x1 1 logical e 1x1 2 char f 1x1 16 double complex

Criação de variáveis dos tipos básicos


• Linguagem MATLAB

Criação de variáveis com inicialização do valor

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double a;

single b;

int c;

char d;

double a = 1.0;

single b = 1.0;

int c = 1;

char d = 'Z';

Criação de variáveis dos tipos básicos


• Linguagem C

Criação de variáveis sem inicialização do valor

(reserva apenas espaço em memória)

Criação de variáveis com inicialização do valor

Constantes


• Ao contrário do Matlab, em C é possível definir constantes.Há duas formas distintas de o fazer:

• Utilizando uma directiva de compilação cria-se uma constantesimbólica, por exemplo:

#define MINHA_CONSTANTE 3.1416

junto às outras directivas no início do programa.

• Utilizando o qualificador const na declaração da entidade, porexemplo:

const int linhas = 24;

em qualquer ponto onde se possa declarar uma variável.

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Definição de constantes simbólicas. É usual estas

constantes terem identificadores em maiúsculas.

Definição de entidades como

constantes.








• Funções


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Operadores aritméticos e lógicos


Operador C Matlab

negação ! ~

multiplicação, divisão *, /, % *, /, \

adição, subtracção +, - +, -

operadores relacionais <, <=, >, >=, ==, != <, <=, >, >=, ==, ~=

conjunção (e) && &&

disjunção (ou) || ||

incremento ++

decremento --

Apesar de existirem operadores ^, & e | tanto em Matlab como em C, eles não têm o mesmo significado








• Funções


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Funções de entrada e saída de dados


• getchar – lê um carácter de um dispositivo de entrada

• putchar – escreve um carácter num dispositivo de saída

• scanf – função de leitura formatada

• printf – função de escrita formatada

• Exemplos de utilização:

char c;

c = getchar();

putchar(c);

printf("%d %.1f %c", 15, 0.2, 'S');








• Funções


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Estruturas de repetição

• Linguagem C

while (expressão){

sequência

}

for (expr1;expr2;expr3){

sequência

}

• Linguagem Matlab

while expressão

sequência

end

for var_ctrl = expressão

sequência

end



• Linguagem C

do {

sequência

} while (expressão)


Não tem equivalente directo noMatlab. Pode ser programado porexemplo como:

while true

sequência

if expressão

break

end

end


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• Linguagem C

while (1){

sequência

}

for (;;){

sequência

}


while true

sequência

end


Em ambas as linguagens estes ciclos podem ser terminados por uma instrução break ou return incorporada na sequência



Ambos os ciclos são (neste caso) equivalentes, pelo que o resultado da execução do

programa é o mesmo

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Estes ciclos for tal como estão escritos são exactamente

equivalentes. Note-se as pequenas diferenças

de sintaxe na expressão aritmética e na função de escrita.

Versão semelhante do programa em Matlab

(não é exactamente equivalente)

Estruturas de selecção

• Linguagem C

if (condição_1) {sequência_1

}else if (condição_2) {

sequência_2

}else if (condição_3) {

sequência_3

}. . .

else {sequência_n

}


if condição_1

sequência_1

elseif condição_2

sequência_2

elseif condição_3

sequência_3

. . .

elsesequência_n

end


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Estruturas de selecção

• Linguagem C

switch (expressão) {case expr_1: {

sequência_1

break;}case expr_2: case expr_3: {

sequência_2

break; }. . .

default: {sequência_n

}}


switch expressãocase expr_1

sequência_1

case {expr_2, expr3}sequência_2

. . .

otherwisesequência_n

end


Exemplo detectaLetra




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Exemplo detectaVogal











• Funções


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Funções definidas em bibliotecas


• Em Matlab existem as toolboxes, que são bibliotecas de funções que, para serem utilizadas, basta estarem acessíveis no Matlab path. Nenhuma referência explícita às bibliotecas tem que ser feita no código fonte.

• Em C as bibliotecas de funções devem ser explicitamente incluídas no programa através da directiva de compilação #include.

• Algumas bibliotecas de utilização comum são:• <stdio.h> funções de E/S• <ctype.h> funções de manipulação de caracteres• <string.h> funções de manipulação de strings

• <math.h> funções matemáticas• <stdlib.h> funções de conversão numérica, gestão de memória, etc.


A função pow que implementa a exponenciação

faz parte da biblioteca <math.h>

(é similar ao operador ^ para escalares em Matlab)

As funções trigonométricas também fazem parte da biblioteca <math.h>. Outras funções comuns desta

biblioteca são por exemplo: ceil, floor, exp, log, log10,sqrt, e as funções hiperbólicas sinh, cosh e tanh.

Funções definidas em bibliotecas

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Funções definidas pelo programador


• Estrutura da definição

tipo-devolvido nome-da-função (declaração-de-argumentos)

{

declarações

instruções

}

• Em C, como em Matlab, todas as passagens de argumentos para as funções são feitas por valor

• As funções em C podem devolver um único resultado do tipo indicado por tipo-devolvido (há outras formas de produzir resultados fora da função)



1) Directivas de compilação: Instruções dadas ao pré-processador do

compilador, para serem executadas antes da compilação

2) Protótipos de funções: Indicam ao compilador como as funções definidas

pelo programador devem ser chamadas

3) Função main: Função que implementa o programa principal

4) Funções definidas pelo programador: Funções próprias do

programa que são chamadas por outras funções. Podem ser definidas sem

qualquer ordem específica.

• Estrutura do programa

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O protótipo da função não precisa declarar o nome dos argumentos.

Serve para o compilador saber qual o nome da função, qual o tipo de dados do resultado, e qual o número e tipo

de dados dos argumentos.

No cabeçalho da definição da função devem ser declarados identificadores

para os argumentos

• Estrutura do programa

A definição da função especifica as variáveis locais e as tarefas a realizar

O protótipo da função é suficiente para o compilador conhecer a sintaxe de

utilização da função, e detectar algum possível erro na chamada à função




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As aulas teóricas contêm contribuições dos profs. José Borges e Miguel Silva


Referências

• Capítulos 1 a 4 de Brian Kernighan, Dennis Ritchie (1988), “The C Programming Language - Second Edition”, Prentice Hall.

• Tutoriais recomendados: http://www.physics.drexel.edu/courses/Comp_Phys/General/C_basics/

• Ambiente de desenvolvimento open-source:

http://codelite.org/

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