Algoritmo e Programação - Funções (Conceitos Fundamentais)

   Olá a todos. Hoje eu vou falar genericamente de funções na linguagem C: o que são, para que servem e seus prós e contras. A ideia desse post é que alguém com conhecimento nulo sobre funções (mas com algum conhecimento em linguagem C) possa entender todos os conceitos fundamentais de funções. Em um próximo post trabalharemos exclusivamente com a implementação de funções em um programa simples. Primeiramente vou falar para que servem as funções.

Contextualização

   Imagine que você é um professor de 3 turmas de 60 alunos cada e costuma aplicar três provas durante o semestre para cada turma. Então você terá a maçante tarefa de efetuar o cálculo da média (vamos considerar nesse exemplo a média aritmética) das três notas 180 vezes (uma para cada aluno). Você com certeza não irá escrever no seu código 180 vezes o cálculo da média, que consistiria em (N1+N2+N3)/3. Então você decide usar os laços de repetição apresentados nos últimos posts, dessa forma o programa poderá executar as 180 repetições do cálculo da média de que precisamos.

   Mas você não quer somente calcular a média naquela tela preta de console que vimos nos compiladores usados. Então você estuda um pouco mais e cria uma interface gráfica, com alguns botões e mensagens interativas. Acrescenta algumas funcionalidades extras no seu programa. No final, você acaba com um programa cujo código contém aproximadamente 1000 linhas.

   Então, por uma mudança da instituição onde você trabalha a média deixa de ser aritmética para se tornar harmônica. E, nesse caso, você precisa alterar o código de seu programa. Isso significa que você precisa encontrar e alterar uma expressão específica dentro de 1000 linhas de texto já escrito. Você pode me responder que utilizando um CTRL+F você encontraria rapidamente o trecho procurado. Mas suponha que, por qualquer motivo você precisou escrever a expressão da média aritmética em 10 lugares diferentes de seu código. Nesse caso você deve encontrar todos os locais onde a expressão foi escrita e alterar todos. Mas se você escreveu seu código meses, ou até anos atrás, você se lembrará de quantas vezes diferentes você escreveu a expressão da média?

O que são funções

   Justamente para sanar o problema apresentado anteriormente usa-se as funções da linguagem C. Basicamente uma função nada mais é do que um trecho de código que executa determinadas instruções. Em nosso exemplo inicialmente criaríamos uma função que calculasse a média aritmética. Depois, se precisássemos calcular a média em 10 lugares diferentes do código, simplesmente utilizaríamos a função criada. Quando se utiliza uma função dentro do código nós dizemos que a função foi "chamada". Uma chamada de função nada mais é do que sua utilização dentro do código do programa.

   Assim as funções são trechos de códigos escritos que serão repetidos em diversos lugares do programa que está sendo desenvolvido.

Vantagem das Funções

   Quando fosse necessário efetuar alterações do cálculo da média no programa, simplesmente alteraríamos um único lugar: a função. Uma vez que a função foi alterada (e o projeto compilado novamente), todos os lugares que a utilizavam, sejam 10, 20 ou 100 lugares diferentes do código, passarão a utilizar a nova função. A facilidade em dar manutenção, ou seja, a possibilidade de alterar rapidamente o código é uma das vantagens de utilizar funções.

   Outra vantagem é a facilidade de utilizar trabalho feito em um projeto em outro. Ou seja, imagine que você vá criar outro programa que também necessite efetuar cálculos de médias. Você poderia ir no programa inicial, encontrar os trechos onde foi escrito o cálculo da média e dar um CTRL+C e CTRL+V, copiando-os para o código que está sendo escrito. Mas, se você utilizou funções no primeiro programa, você poderia simplesmente importar a função para o segundo programa ou, no pior caso, dar um CTRL+C e CTRL+V na função, copiando-a para o segundo programa.

   Uma terceira vantagem do uso de função, embora um pouco mais técnica, é a economia de espaço de programa. Não digo apenas da economia de linhas conseguida, já que ao escrever uma função não é necessário escrever 10 vezes a mesma coisa dentro do programa. Refiro-me a economia no espaço de memória ocupado pelo programa. Mas, por que há economia de espaço em memória? Muito simples. Se você repetir 10 vezes o mesmo trecho de código dentro do programa e compilar, o compilador irá gerar instruções todas as vezes que você escreveu determinado trecho de código. Já se, por outro lado, você utilizou funções, o compilador irá gerar instruções apenas uma vez e, toda vez que o programa precisar utilizar essas instruções ele irá "saltar" para o local da memória onde as instruções foram compiladas.

   Embora essa explicação seja um pouco mais técnica e exija alguns conhecimentos sobre organização da memória, resumidamente é isso que acontece. Talvez algum dia (mas não vou prometer nada) exista alguns posts básicos sobre funcionamento de computadores: arquitetura de processadores e organização de memória.

Desvantagem das Funções

   Uma desvantagem das funções, embora relativamente imperceptível com a capacidade atual dos computadores, é a velocidade de execução das funções. Toda vez que o programa acha uma função ele precisa saltar para o trecho da memória que contém as instruções. Esse salto gasta tempo, pois envolve a mudança de valores que estão armazenados nos registradores do processador. Portanto saltar para uma função é mais demorado do que se as instruções tivessem sido repetidas 10 vezes. Porém, como dito, essa demora extra é imperceptível devido à velocidade alta dos computadores modernos.

Quando criar funções?

   Ao escrever o código devemos avaliar quais tarefas são importantes e serão repetidas em nosso programa. Isso serve para não cometermos nem excessos e nem faltas. Não devemos nos exceder e criar funções para tudo dentro do programa, incluindo tarefas que realizamos apenas uma vez no programa. Por outro lado não devemos pecar por falta e não criar nenhuma função dentro de um programa, a menos que ele seja de extrema simplicidade.

   Portanto devemos criar funções para todas as tarefas que:

* Acreditamos que serão utilizadas extensamente dentro de nosso programa;

* Acreditamos que possam ser úteis no futuro para criação de outros programas;

   Esses são os meus critérios para decidir quando criar uma função.

   E por hoje era isto. Nesse post expliquei apenas os conceitos e ideias do uso de funções. No próximo post sobre o assunto falaremos sobre a implementação real de uma função em um exemplo simples. Falaremos sobre a sintaxe da criação de uma função, sobre os parâmetros, sobre o valor de retorno e sobre tudo que for necessário para criação de uma função simples em C. Mais adiante seguiremos com ponteiros e como passar endereços de variáveis para funções. Enfim, temos ainda muito pano para manga e bastante coisa legal para vermos. Sobre este post deixem sugestões e críticas nos comentários. Não hesite em se expressar caso tenha achado algum trecho da explicação confuso. Obrigado a todos e até a próxima!

200000 Visualizações. lol

O blog chegou a 200k visualizações. Fico feliz com isso! Infelizmente meu computador estragou recentemente, mas assim que eu superar esse contra tempo voltaremos com o ritmo usual de postagem, voltando com a série de programação. Temos ainda algumas coisas para ver sobre esse tema, e depois teremos um novo leque de possibilidades para explorar.

Abraço a todos que leem e, principalmente, que seguem esse blog. Muito obrigado.

Rumo a 300k visualizações!

*-*

Algoritmo e Programação - While

     Olá a todos. Hoje, para dar sequência aos posts sobre programação eu vou falar de um outro laço de repetição, que se chama while. While é uma palavra inglesa que significa "enquanto", e esse nome é muito bom pois descreve exatamente o que esse laço faz: executa um trecho do programa enquanto uma determinada condição for verdadeira. Para entender melhor, vamos discutir um exemplo:

int main()

{

     unsigned char i = 0;

     while( i < 5)

     {

          printf("O valor de i: %d.\n",i);

          i++;

     }

}

     Bom, o que este exemplo faz? Exatamente a mesma coisa que o exemplo principal do post sobre o laço "for" fazia, que é  escrever o valor de "i" que irá variar de 0 até 4. Então vamos analisar a sintaxe do comando while.

     Primeiro, existe a palavra do comando (while) e entre parênteses a condição que, nesse caso, é i < 5. Dessa forma, enquanto o valor de "i" for menor que 5 o laço continuará repetindo os comandos que estiverem dentro das chaves do comando.

     Basicamente o que podemos falar do laço while é isso. O while é uma instrução mais simples que o for e, em geral, menos poderoso. Para quem já conhece o laço for (quem não conhecer pode buscar o post nesse link) será interessante comparar a estrutura dos dois laços.

     Primeiramente, o laço while não tem inicialização. Enquanto no laço for podíamos inicializar o valor de uma ou mais variáveis que seriam utilizadas no laço dentro da sintaxe do comando, no while não temos essa possibilidade. É por isso que no exemplo dado nesse post a variável "i" recebeu seu valor antes de entrar no laço.

     Outra diferença entre o while e o for é que o while não altera automaticamente a variável testada. Por isso que nesse exemplo a variável "i" está sendo alterada dentro do laço. No laço for não há a necessidade disso pois o próprio laço, após uma iteração, altera os valores das variáveis determinadas pelo programador.

     Uma utilização comum do while é criar laços infinitos. Embora eu tenha comentado no post sobre o for que laços infinitos são perigosos (e realmente são, quando criados de forma não intencional), eles algumas vezes são necessários. Um exemplo disso é em programas de microcontroladores, que geralmente possuem dentro da função main um laço infinito. A função desse laço é repetir continuamente a execução do programa. Caso esse laço não fosse utilizado, o microcontrolador iria executar todo o programa uma única vez e, depois disso, ficaria sem fazer nada. Isso é ruim. Imagine que seu trabalho seja programar um sensor de temperatura. Você quer um sensor que leia a temperatura 1 única vez? Que para fazer outra medição você tenha que religar o equipamento? Provavelmente não. Mais comum é um programa que a cada intervalo de tempo faça uma leitura de temperatura e mostre o valor em um display. Nesse caso usa-se  um laço while com alguma função que controle o tempo para executar a leitura no intervalo de tempo necessário. A estrutura genérica e simplificada de um programa para microcontrolador é:

#includes e qualquer tipo de definição inicial de hardware

void main()

{

   inicialização de registradores e periféricos;

   while(1)

   {

      comandos do programa;

   }

}

     Nesse esqueleto de programa temos os includes e definições de hardware. Os includes tem a mesma utilidade dos que utilizamos para computador. Eles permitem que usemos funções prontas desenvolvidas pelos fabricantes  do microcontrolador ou outras pessoas. As definições de hardware dependem do compilador e hardware utilizado, que em geral não seguem um padrão. Em microcontroladores geralmente deve-se definir o tipo e a velocidade do oscilador utilizado (os osciladores de microcontroladores geralmente estão na casa de MHz) e, algumas vezes, os tipos de interrupções que serão habilitadas.

     Dentro do main temos um trecho sobre inicialização de registradores e periféricos, que se encontra antes do laço while. Um microcontrolador pode ter diversos registradores que controlam, por exemplo, se um pino será entrada ou saída, ou se será uma entrada digital ou analógica. Para informarmos ao microcontrolador a função específica de cada pino utilizamos registradores. Esse é apenas um exemplo dos  usos de registradores, que estudaremos mais detalhadamente no futuro. O microcontrolador pode também ter diversos periféricos, que são circuitos  internos ao microcontrolador que executam tarefas específicas, como medir tensões analógicas ou se comunicar via protocolo RS-232 (padrão das seriais de computador). Ter um periféricos específico para uma tarefa  facilita muito a execução da mesma.

     Após isso temos um laço while(1). Perceba que no lugar da condição do laço temos apenas um número constante de valor 1. Para entender a razão disso devemos entender que na linguagem C o valor 0 representa algo falso e qualquer valor diferente de zero representa algo verdadeiro. Se tomarmos uma variável "i" com valor 4 e fizermos a comparação (i == 5), a linguagem C entende essa sentença como 0, pois é uma sentença falsa. Por outro lado, a sentença (i == 4) seria interpretada como 1, pois é verdadeira. Mas não somente o 1 representa verdadeiro, como qualquer outro número diferente de 0.

     Como visto o número 1 equivale a uma sentença verdadeira. Como o laço for executa comandos enquanto a condição for verdadeira, e o número 1 será sempre uma sentença verdadeira, isso significa que o programa jamais encerrará o laço while. Após entrar nele o programa só sairá se ocorrer o desligamento ou alguma interrupção (trataremos disso no futuro). Portanto, esse laço garantirá a repetição indefinida do nosso programa, como desejávamos.

     Conforme o que foi dito nos parágrafos anteriores, também seria um laço infinito escrever while(2), por exemplo. Porém, a prática mais comum é utilizar o valor 1 para representar sentenças verdadeiras.

     Por hoje era isso. Espero ter explicado claramente o laço while e sua funcionalidade. Espero também ter sido claro na minha breve introdução sobre programação de microcontroladores, que será descrita neste blog em um futuro não tão distante. Qualquer dúvida, crítica, sugestão ou comentário, por favor, use o campo dos comentários. Abraço e até a próxima!

Teoria vs Prática

   Olá a todos. Hoje vou falar e dar minha opinião sobre uma discussão sem fim que é: será que os currículos dos cursos de graduação são muito teóricos? E para começar eu quero abordar uma outra pergunta que está relacionada: o que é mais importante: a teoria ou a prática?

   Arrisco dizer que o que vale mais seja sempre os resultado práticos. E essas são palavras saídas dos dedos de um teórico irremediável que sou. Mas independente de se trabalhar em empresa, pesquisa ou até mesmo como professor, o que importa é o resultado prático. Se você trabalha em empresa, o resultado será um projeto bem feito, robusto e com qualidade. Para quem trabalha na pesquisa o resultado pode ser uma ideia diferente e a redação de um bom artigo sobre ela. Caso você seja professor seu resultado é fazer com que seus alunos compreendam a disciplina e saiam dela com um conhecimento maior.

   O resultado prático, além de ser o que importa, é também o que é visto. Quando alguém nos mostra algo, a primeira coisa que vemos é o que está feito. Não vemos o caminho trilhado para aquilo ser feito. No caso do projetista não vemos se ele fez contas ou não para implementar aquele projeto, ou se o pesquisador estudou ou não para chegar na ideia apresentada, ou se o professor preparou ou não as aulas para serem claras.

   Uma vez que o que importa e o que vemos são resultados práticos, do que importa a teoria? Por que não cortar carga teórica dos cursos de graduação e aumentar o enfoque na prática? Pois  bem, para argumentar sobre isso vou me basear no meu curso de graduação em engenharia. Não sei o quanto esse problema impacta  outros cursos de graduação.

   O currículo contém disciplinas teóricas como matemática e física pois aquilo é esperado de um engenheiro. É pré requisito para o título de engenheiro um conhecimento nessas áreas, mesmo que ele não trabalhe com isso no dia a dia. E o conhecimento teórico é fundamental quando se projeta algo que nunca foi feito. Quando você está fazendo algo que já foi feito e com bases bem conhecidas, é comum utilizar o senso comum e trabalhar por tentativa e erro. Nesse caso talvez essa técnica apresente um melhor custo-benefício do que sentar, calcular e depois implementar. Um exemplo bem básico disso é ligar um LED em uma bateria de 12V. Enquanto alguém sentar para calcular a queda de tensão do LED e a corrente necessária para acendê-lo eu já coloquei um resistor de 1K e o LED já está brilhando. Nesse caso ligar um LED é algo conhecido que não necessita cálculo.

   Porém, quanto mais um projeto sai do senso comum maior será a relevância da teoria. Quando alguém precisa fazer algo que nunca foi feito, não há nada anterior no que se basear. E nesse caso se recorre a teoria. E existem exemplos disso. Quando os EUA precisaram construir a primeira bomba nuclear, eles reuniram um grupo de excelentes físicos e pesquisadores. Pessoas que estavam na fronteira da teoria nuclear. Hoje em dia, após a criação das bombas nucleares, diversos países relativamente pequenos as possuem (coisa realmente preocupante). Dizem até que bomba nuclear possui uma fabricação quase "caseira" nos dias de hoje (outro fato preocupante). Mas se construí-la é algo "simples", por que os Estados Unidos recrutaram seus melhores cientistas para fazê-la? Por que até aquele momento isso nunca tinha sido feito.

   Se você procurar qualquer coisa grandiosa já feita, ela contou com o apoio de cientistas que dominavam a teoria. Você acha que a NASA envia sondas espaciais para o espaço sem levar em conta modelos teóricos e matemáticos? Conforme a complexidade de um projeto aumenta, seu custo aumenta e seu nível de "novidade" aumenta, a técnica de tentativa e erro se torna inviável e, nesse caso, a teoria adquire um espaço importante.

   Mas nesse momento alguém poderia dizer: "mas eu não vou construir bombas e nem trabalhar na NASA. Por que preciso de tanta teoria?". A resposta é: a faculdade ou universidade não sabe o que você vai fazer. No ensino médio eu estudei geografia, algo que nunca usei na minha vida profissional. Porém no ensino médio a escola não sabia o que cada aluno faria, e pode ser que algum dos meus colegas esteja utilizando esse conhecimento em seu trabalho. O mesmo se aplica para a universidade. Eles não sabem quais de seus alunos trabalharão na indústria, quais serão professores e quais se direcionarão à pesquisa. Eles não sabem quais vão trabalhar na Fórmula 1 ou se algum deles será contratado pela NASA.  Então eles buscaram construir um currículo que atendesse ao maior número de possíveis necessidades futuras.

   Por fim, digo que concordo que os cursos devem  levar em conta a prática. Eles devem adequar seus currículos para incluir visitas a empresas ou locais cotidianos da profissão, devem realizar palestras com projetistas de  empresas do setor em questão. Agora a pessoa que diz que deveria ter menos teoria (e em geral atacam as disciplinas de cálculo e física) por que ela  não consegue entendê-la ou passar em uma disciplina teórica, na minha opinião, não tem o necessário para ser formado em um curso de nível superior.

   Por hoje era isso. Se concorda, discorda ou tem algo a dizer sobre isso, use os comentários. Abraço a todos e que continuemos estudando.

Algoritmo e Programação - For

  Olá a todos. Vamos dar sequência a nossa série de programação estudando um novo comando: o for.

  O comando for é um dos comandos de laço existentes na linguagem C. A função de um comando de laço é repetir múltiplas vezes o mesmo trecho de código, até que uma certa condição seja atendida. Esse comando é extremamente flexível e, por isso, estudaremos ele inicialmente. Como exemplo, vamos analisar o seguinte trecho de código.

int main()
{
     unsigned char i;
     for(i = 0; i < 5; i++)
     {
          printf("O valor de i: %d.\n",i);
     }
}

  O que esse trecho de código fará? Primeiramente criará uma variável do tipo char com o nome "i". Perceba que essa variável é local (sua existência se limita ao interior da função main()) e foi criada sem a definição de um valor inicial. Enquanto as variáveis globais são criadas com valor igual a 0, as variáveis locais não são necessariamente criadas com algum valor inicial, podendo conter qualquer valor de "lixo". É necessário tomar cuidado com essas regras pois elas podem variar conforme o compilador usado (problema especialmente verificado em compiladores para microcontroladores, que nem sempre seguem à risca as regras de C ANSI).

  Após criada a variável "i", cujo valor, à priori, não sabemos, há o comando for. O comando for recebe três argumentos (e aqui argumentos é somente uma forma de falar, pois o comando for não é uma função) separados por ponto e vírgula. Primeiramente colocamos as condições de inicialização. Essas condições atribuem valores as variáveis antes que o laço de repetição comece a ser executado. Neste caso foi atribuído a variável i o valor 0. Também tenha em mente que é possível inicializar o valor de múltiplas variáveis, como, por exemplo:

for(i = 0, j = 3; i < 5; i++)
{
     //Qualquer coisa aqui dentro!
}

  Neste trecho de código foi atribuído a variável i o valor 0 e a variável j o valor 3 na mesma inicialização do for. Atente para o fato de que as variáveis i e j devem ser declaradas antes do comando for.

  Após a inicialização vem a condição, que é uma expressão que determinará quando o laço deve ser encerrado. No nosso exemplo temos a condição (i < 5). Isso significa que o laço se repetirá enquanto o valor da variável i for menor que 5. Se ao final de uma iteração (onde uma iteração é a execução de todos os comandos internos a um laço de repetição) o valor de i for igual ou maior que 5, o laço for não será executado mais e o programa seguirá executando os comandos posteriores ao for.

  Na condição devemos ter apenas um teste, mas esse teste pode envolver mais de uma variável. Vejamos os seguintes exemplos:

for(i = 0, j = 2; i+j<10 i="" p="">{
     //Qualquer coisa aqui.
}

for(i = 0, j = 0; (i<2 amp="" i="" j="" p="">{
     //Qualquer coisa aqui.
}

  No primeiro exemplo estamos testando a soma da variável i e da variável j. Enquanto o resultado dessa soma for menor que 10 o laço continuará a ser repetido. No segundo exemplo estamos testando se o valor da variável i é menor que 2 e se, ao mesmo tempo, o valor da variável j é menor que 1. Enquanto ambas condições forem verdadeiras simultaneamente, o laço de repetição continuará a ser executado.

  Vamos voltar ao nosso exemplo inicial. Após o segundo ponto e vírgula temos o incremento. No incremento vamos determinar quais variáveis terão seu valor alterado. No nosso exemplo inicial temos a expressão mais comum, que é i++. Essa expressão, como já sabemos, incrementam em 1 o valor atual da variável i. Mas nem sempre temos que incrementar em 1 o valor da variável. Vejamos outro exemplo:

for(i = 100; i > 40; i-=5)
{
     //Qualquer coisa aqui.
}

  Nesse último exemplo a variável i é decrementada por um valor de 5. Ou seja, ao final dos comandos contidos pelo laço for a variável i tem seu valor diminuído por 5.

  Também é possível alterar o valor de mais de uma variável. Vejamos o próximo exemplo.

for(i = 100, j = 50; i+j > 40; i-=5, j-=10)
{
     //Qualquer coisa aqui.
}

  Neste último exemplo estamos alterando o valor de duas variáveis, que são i e j. A variável i tem seu valor decrementado por 5, enquanto a variável j tem seu valor decrementado por 10.

  No nosso exemplo inicial, o laço é executado 5 vezes, e o valor de i é incrementado 1 unidade, passando pelos valores 0, 1, 2, 3 e 4. Quando o valor de i é igual a 5, o laço for é encerrado, e os comandos não são executados com i igual a 5. O programa então mostra as seguintes mensagens na tela:

O valor de i: 0.

O valor de i: 1.

O valor de i: 2.

O valor de i: 3.

O valor de i: 4.

  Devemos porém prestar atenção nas possíveis armadilhas que existem quando utilizamos laços de repetição. A mais famosa (e mais perigosa) é o laço infito. Esse problema ocorre quando criamos um laço sem condição de encerramento, ou cuja condição nunca possa ser alcançada. Vamos a um exemplo.

for(i = 0; i != 3; i +=2)
{
     //Qualquer comandos aqui, desde que não alterem o valor de i;
}

  A implementação acima consiste de um laço infinito. Analisando esse trecho, percebe-se que o valor de i foi inicializado com 0, e que o laço será executado enquanto o valor de i for diferente de 3. Porém, no incremento, definimos que o valor de i é sempre incrementado por um valor de 2. Se temos um número par, e sempre incrementamos por um número par, nunca teremos um número ímpar como 3. Dessa forma, a condição de encerramento do laço nunca poderá ser atingida e, portanto, o laço executará para sempre. Hoje em dia isso causa "apenas" o travamento completo de seu programa. Porém, antigamente, o sistema operacional (SO) não conseguia tomar o controle da máquina. Então cabia aos programas terem comandos que devolviam ao sistema operacional o controle do processador. Em um sistema assim (chamado de processamento cooperativo) se o programa entrava em um laço infinito e não conseguia devolver ao SO o controle da máquina, todo o computador ficava travado e precisava ser reiniciado. Não havia Ctrl+Alt+Del para finalizar a tarefa. Então perceba o quanto um laço infinito é perigoso para um sistema. E, levando em conta que a maioria das aplicações microcontroladas não possui SO, os laços infinitos continuam travando completamente esse tipo de sistema. Portanto, esteja sempre atento!

  E por hoje era isso. Seguindo nosso ritual tradicional de final de post, digo que qualquer dúvida, sugestão ou crítica deixem comentários. Cumprido os procedimentos protocolados, um abraço a todos e continuem estudando.