PRG2-2017-2

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Programação 2: Diário de Aula 2017-2

Professor: Marcelo Maia Sobral
Encontros: 5a feira/13:30, 6a feira/15:40
Atendimento paralelo: 6a de 8:30 às 9:30 h / 6a de 13:30 às 14:30 h

Referências complementares

Cursos e videos online

Avaliações

As avaliações são de três tipos:

  1. Projetos: feitos em equipes de até dois alunos, são desenvolvidos ao longo da disciplina.
  2. Provas práticas: feitas individualmente, são realizadas em laboratório. Os resultados dessas provas ajustam os conceitos dos projetos (podem confirmá-los, aumentá-los, reduzi-los ou mesmo anulá-los).
  3. Relatórios técnicos: são feitos individualmente ao final de cada capítulo da disciplina, e podem confirmar o conceito final, aumentá-lo ou decrementá-lo em um nível.


Aluno Projeto 1 Projeto 2 Prova 1 Projeto3 Projeto 4 Prova 2 Proj. Lib Prova3 FINAL Faltas até 20/12
(máx: 18/semestre)

Obs:

  • 0* = não fez a avaliação.
  • (?) = a confirmar
  • (--) = nota reduzida em 1 ponto por atraso

Softwares

27/07: Apresentação e introdução ao projeto


Programas precisam armazenar e organizar dados de forma eficiente, o que depende do tipo de problema a ser resolvido, da quantidade de dados a serem manipulados, e da forma com que dados são representados. Para isso existe o conceito de estruturas de dados, que são justamente formas de armazenar e organizar dados. Algumas estruturas de dados corriqueiras são:

  • Filas
  • Pilhas
  • Listas
  • Tabelas de dispersão (hash)
  • Árvores

... porém há muitas outras (faça uma pesquisa se ficou curioso).

Em PRG2 serão estudadas as estruturas de dados acima listadas, as quais são de uso comum em programas em geral. O estudo será orientado a pequenos projetos, com a intenção de mostrar possíveis usos dessas estruturas.

  • Projeto 1: (fila e pilha)
  • Projeto 2: (lista)
  • Projeto 3: (árvore)
  • Projeto 4: (tabela hash)

O estudo dessas estruturas será dividido em duas etapas:

  1. Uso das estruturas de dados: as estruturas de dados são apresentadas, destacando-se suas características, operações e aplicações. Os projetos serão desenvolvidos usando estruturas de dados já existentes.
  2. Implementação das estruturas de dados: As estruturas de dados serão implementadas, de forma a funcionarem como as estruturas usadas na etapa 1. Como resultado, cada equipe terá ao final criado uma biblioteca de programação contendo suas estruturas de dados. Os projetos criados na etapa 1 devem ser compilados e funcionar usando essa biblioteca, sem necessitar qualquer modificação.

Introdução a C++

A linguagem de programação a ser usada se chama C++. Como indica o nome, essa linguagem é uma extensão à linguagem C, de forma a aderir ao paradigma de orientação a objetos. Como esse assunto será visto em profundidade na 4a fase, na disciplina de POO (Programação Orientada a Objetos), faremos um uso mais superficial dessa linguagem. Quer dizer, usaremos algumas de suas construções, mas não nos deteremos em seus aspectos teóricos. O objetivo de usar C++ é introduzir essa linguagem, que será usada em próximas disciplinas.


Mas o que tem de especial a linguagem C++ ? Muita coisa, se comparada à linguagem C. Veja este exemplo sobre string em ambas linguagens:

Linguagem C Linguagem C++ 
#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main() {
  char nome[32], sobrenome[32];
  char nomeCompleto[64];

  printf("Nome: ");
  scanf("%32s", nome);
  printf("Sobrenome: ");
  scanf("%32s", sobrenome);
  
  strcpy(nomeCompleto, nome);
  strcat(nomeCompleto, " ");
  strcat(nomeCompleto, sobrenome);

  printf("Nome completo: %s\n", nomeCompleto);

  return 0;
}

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

int main() {
  string nome, sobrenome, nomeCompleto;

  cout << "Nome: ";
  cin >> nome;
  cout << "Sobrenome: ";
  cin >> sobrenome;

  nomeCompleto = nome + " " + sobrenome;

  cout << "Nome completo: " << nomeCompleto << endl;
}


Obs: para compilar o programa C++, grave-o em um arquivo com extensão .cpp ou .cc e compile-o assim (supondo que o arquivo se chame main.cpp): 

g++ -std=c++11 -o exemplo main.cpp


Esse exemplo mostra algumas diferenças entre as linguagens:

  • strings em C++ são representadas por variáveis do tipo string. Valores string podem ser concatenados com o operador +.
  • A leitura de dados do console (entrada padrão) se faz por meio da variável predefinida cin (console input). Essa variável cin funciona como um arquivo somente leitura, e é similar a stdin da biblioteca C padrão. No exemplo, a leitura formatada se faz por meio do operador >> (operador leitura). Outras formas de ler dados serão vistas mais adiante na disciplina.
  • A escrita de dados no console (saída padrão) se faz por meio da variável predefinida cout (console output). Essa variável também funciona como um arquivo, porém somente escrita, e é similar a stdout da biblioteca C padrão. A escrita formatada de dados se faz por meio do operador << (operador escrita). Outras formas de escrever dados serão vistas mais adiante.


Esses e outros detalhes diferem entre as linguagens C e C++, mas a principal diferença entre elas reside no paradigma de programação com que foram concebidas. A linguagem C segue o paradigma de programação estruturada, e C++ segue o paradigma de orientação a objetos. Em C++, um programa é pensado como um conjunto de objetos que se relacionam com o objetivo de apresentar a solução imaginada.


Para ter um primeiro contato com classes e objetos, vamos criar alguns pequenos programas.

Um exemplo com números complexos

Números complexos são compostos por uma parte real e outra imaginária. Eles possuem grande aplicação na Física e Engenharias, incluindo em Telecomunicações (como vocês verão). No entanto, as linguagens de programação não costumam definir um tipo de dados para números complexos (Python é uma exceção !).


O primeiro exemplo sobre classes e objetos visa criar números complexos. Para o propósito do exemplo, um número complexo tem partes real e imaginária do tipo double, e apresenta operações para calcular o módulo e ângulo para forma polar.


Linguagem C Linguagem C++ 
#include <math.h>

struct Complexo {
  double r, i;
};

double modulo(struct Complexo * z) {
  return sqrt(z->r*z->r + z->i*z->i);
}

double angulo(struct Complexo * z) {
  return atan(z->i / z->r);
}

#include <math.h>

class Complexo {
 // os atributos de um número complexo: suas partes real e imaginária
 private:
  double r, i; // partes real e imaginária

 public:
  // construtor: método para criação de um número complexo
  Complexo(double rr, double ii) {
    r = rr;
    i = ii;
  }

  // métodos para obter cópias dos valores dos atributos do número complexo
  double real() const { return r;}
  double imaginario() const { return i;}

  // métodos para obter módulo e ângulo da forma polar
  double modulo() const {
    return sqrt(r*r + i*i);
  }

  double angulo() const {
    return atan(i/r);
  }
};


Uma vez tendo declarado a classe Complexo, podem-se criar objetos dessa classe e usá-los em programas:


Linguagem C Linguagem C++ 
#include <stdio.h>
#include "complexo.h"

int main() {
  struct Complexo z = {1, 1};

  printf("Parte real: %lg\n", z.r);
  printf("Parte imaginaria: %lg\n", z.i);
  printf("Forma polar: modulo=%lg, angulo=%lg\n", modulo(&z), angulo(&z));
}

#include <iostream>
#include "complexo.h"

using namespace std;

int main() {
  Complexo z(1,1); // "z" é um objeto da classe Complexo

  cout << "Parte real: " << z.real() << endl;
  cout << "Parte imaginaria: " << z.imaginario() << endl;
  cout << "Forma polar: modulo=" << z.modulo();
  cout << ", angulo=" << z.angulo() << endl;
}


Compile os exemplos e execute-os para vê-los em funcionamento. Em seguida, experimente fazer pequenas modificações na versão em C++. Por exemplo, tente acessar diretamente os atributos do objeto z (tente acessar z.r ou z.i).


O exemplo é muito simples, e pode-se questionar o que se ganha escrevendo-o usando classe e objetos. Essa questão poderá ser retomada quando os programas forem um pouco maiores ou mais complexos ... O próximo exemplo também é simples, mas possui alguns requisitos a mais. Afinal, ele faz alguma coisa aparentemente útil ;-)

Uso do NetBeans

Na disciplina recomenda-se usar o ambiente integrado de desenvolvimento (IDE - Integrated Development Environment) NetBeans. Esse software auxilia na escrita de programas, pois integra um editor de texto, um gerenciador de projetos, compilador e depurador, além de ajuda on-line e outras facilidades. Os exemplos durante a disciplina serão disponibilizados como projetos do NetBeans, mas não é obrigado utilizá-lo - pode-se trabalhar diretamente com um editor de textos (ex: gedit) e o compilador C++ (g++) e depurador (gdb), porém isso é um pouco mais trabalhoso ...

Para instalar o NetBeans siga estes passos:

  1. Certifique-se de que possui a máquina virtual Java instalada. Execute este comando em um terminal: 
    $ java -version
java version "1.8.0_121"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_121-b16)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.51-b03, mixed mode)
$
  2. Se não tiver o Java instalado, faça o seguinte:
    • Faça o download do instalador, escolhendo a versão adequada para o seu Linux (deve ser um arquivo .tar.gz para a versão do seu sistema operacional, se 32 ou 64 bits).
    • Descompacte o arquivo do instalador dentro do seu diretório pessoal. Note que deve aparecer uma pasta chamada jre1.8.0.121 ou algo parecido).
    • Inclua esta linha ao arquivo .profile que existe em sua pasta pessoal, substituindo a versão do Java se necessário (use um editor de texto, como o gedit): 
      export PATH=${PATH}:${HOME}/jre1.8.0.121/bin
    • Saia da sua conta (encerre a sessão), e em seguida entre novamente.
  3. Faça o download do instalador do Netbeans:
  4. Execute o instalador em um terminal de texto. Supondo que o download foi realizado na pasta Download: 
    $ bash Download/netbeans-8.2-cpp-linux-x64.sh
  5. Siga as instruções de instalação.

Exercícios

Resolva os três primeiros exercícios existentes na página da disciplina do Moodle.

OBS: para se inscrever no Moodle, faça o login com seu usuário e senha do Portal do Aluno. Em seguida, solicite a autoinscrição, fornecendo a chave de inscrição mr.robot quando pedida.

28/07: Introdução a C++

Hoje continua-se a introdução a linguagem C++ de forma a explorar classes e objetos.

Jogo da Forca


O jogo da Forca é um jogo em que se tenta adivinhar uma palavra letra a letra. Um jogador escolhe uma palavra, e informa quantas letras ela possui. Outro jogador tenta descobrir a palavra, informando sucessivamente letras que imagina pertencer à palavra. Cada letra que não exista na palavra implica uma penalidade, acrescentando uma parte do corpo à forca, como ilustrado na figura a seguir. Se o corpo na forca ficar completo, o desafiador perde a partida.

Prg2-forca.gif


Esse jogo pode ser facilmente implementado como um programa. Basicamente ele trata de manipulação de string e caracteres.

O jogo da Forca em linguagem C++

A tarefa desta aula anterior envolve implementar o jogo da Forca em linguagem C++. A versão em C++ pode explorar os recursos dessa linguagem, tais como classes e objetos (principalmente string). Um bom ponto de partida é primeiro definir um protótipo que seja o mais simples posśivel, porém que contenha as características essenciais do jogo. 

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

int main() {
    string palavra = "abacaxi"; // a palavra a ser descoberta
    string incompleta = "_______"; // a parte da palavra que já está revelada
    int tentativas = 7; // a quantidade de erros que podem ser cometidos

    // abaixo deve-se escrever o algoritmo do jogo ...
}

Um início de implementação do jogo da Forca em C++

Uma solução para o jogo da Forca

TAREFA para dia 03/08

Implemente o jogo da Forca em linguagem C++. Sua implementação pode ser testada nesta atividade no Moodle.

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