Programação 1 - Engenharia - Comandos de Repetição no C

Objetivos

• O aluno deverá ser capaz de colocar estruturas de repetição especificadas

em fluxogramas ou pseudo-código na forma de estruturas em linguagem C.

Estruturas de Repetição

Existem 4 estruturas/comandos que permitem implementar loops ou repetições de blocos de código:

• while()
• do while()
• for()
• goto label

NOTA: Observe que repetir o código siginifica voltar a executá-lo, normalmente sobre o controle de uma expressão lógica.

O comando 'while()': TESTE da REPETIÇÃO no começo

O comando while permite implementar loops com controle no início.

A semântica do while é a seguinte: ao entrar no comando a EXPRESSÃO entre parênteses é AVALIADA. Caso resulte em uma valor VERDADEIRO o LAÇO do loop é executado uma vez. O programa testa então novamente a expressão. LEMBRAR que:

• VERDADEIRO é qualquer valor diferente de ZERO;
• DENTRO do laço NORMALMENTE existe uma modificação de alguma parte da expressão de teste de forma que em algum momento o LOOP se encerra.
• Ao se encerrar o programa continua na próxima instrução APÓS o comando "while()";
• ANTES DE entrar no comando while SEMPRE tenha certeza que as variáveis estão com valores adequados de forma que a expressão SEJA AVALIADA sempre corretamente.

No exemplo que se segue existe UMA única instrução simples (terminada em ";").

#include <stdio.h>
main() 
{
  int contador;
  
  contador=0;
  while (contador<5)     
     contador=contador+1;
  printf("valor do contador =  %d\n", contador);
}

OBSERVE a seguir uma variação do exemplo anterior usando um bloco de instruções delimitado por "{" e "}"

#include <stdio.h>
main() 
{
  int contador;
 
  contador=0;
  while (contador<5) {  
	 printf("valor da expressão =  contador < 5 é %d\n", contador<5);  
         printf("valor do contador =  %d\n", contador);
         contador=contador+1;
  }
  printf("NO FINAL a expressão  contador < 5 é %d\n", contador<5);
}

Notar que a expressão contador<5 assume valor 0 (falso) e 1 (verdadeiro).

A estrutura do comando, informalmente, é:

while (expressão)
  instrução_simples;

ou

while (expressão) {
  lista_de_instruções
} 

Vamos ver a correspondência do comando while com um fluxograma:

Fluxograma	C	Comentário
	while(contador<5) { printf("Entre com x\n"); scanf("%f",&x); soma=soma+x; contador = contador + 1; }	comando while() aplicado sobre um bloco de instruções. Note que se for uma instrução simples, as chaves podem ser omitidas.

NOTE que no exemplo anterior o contador inicialmente DEVE conter um valor válido.

Exemplo 1

PROBLEMA: Elaborar um programa C para imprimir os números pares em ordem decrescente (até atingir 0 inclusive) a partir de um número N fornecido como entrada. Seguir o fluxograma mostrada abaixo.

DADOS DE ENTRADA: N (variável inteira)

DADOS DE SAÌDA: números pares impressos

SOLUÇÃO:

#include <stdio.h>

int main()
{
  int N,i;

  printf("Entre com o valode N\n");
  scanf ("%d", &N);
  i=N;
  while(i>=0) {
      if (i%2==0) { /* parênteses em (i%2) é opcional porque o operador de resto tem precedência */
          printf("%d\n", i);
      }
      i=i-1;
  } 
  return 0;
}

Exemplo 2

PROBLEMA: Elaborar um programa C para computação do fatorial de um número conforme definição abaixo:

DADOS DE ENTRADA:número N (numero inteiro)

DADOS DE SAÌDA: FATORIAL computado

O fatorial é definido por:

$n!=\prod _{i=1}^{n}i\qquad \forall n\in \mathbb {N}$

SOLUÇÃO:

#include <stdio.h>

int main()
{
  int N,i,FAT;

  printf("Entre com o valor de N\n");
  scanf ("%d", &N);
  i=N;
  FAT=1;
  while(i>1) {
      FAT=FAT*i;
      i=i-1;
  } 
  printf("Valor de FAT  de %d é %d\n", N, FAT);
  return 0;
}

Exercício 1

Modificar o exercício do FATORIAL apresentado anteriormente para caso sejam lidos números negativos o programa pergunte novamente o número N. Usar um comando "while" adicional.

Antes de entrar com o valor de N, atribua um valor NEGATIVO, por exemplo -1 a N. A expressão de teste no comando "while" deve ser verdadeira enquanto N for negativo. Coloque o scanf dentro deste "while".

Solução Ex. 1
#include <stdio.h> int main() { int N,i,FAT; printf("Entre com o valor de N\n"); scanf ("%d", &N); while (N < 0){ printf("Entre com um novo valor de N\n"); scanf ("%d", &N); } i=N; FAT=1; while(i>1) { FAT=FAT*i; i=i-1; } printf("Valor de FAT de %d é %d\n", N, FAT); return 0; }

Exercício 2

Elaborar um programa C para computar a SOMA do fatorial de dois números inteiros fornecidos como entrada. O programa deve prever a entrada somente de números não negativos. Olhe as soluções acima e reproduza as estruturas propostas.

Solução Ex. 2

#include <stdio.h> int main() { int n1, n2,i,fat1, fat2; printf("Entre com o valor do fatorial 1\n"); scanf ("%d", &n1); printf("Entre com o valor do fatorial 2\n"); scanf ("%d", &n2); while (n1 < 0){ printf("Entre com um novo valor de N1\n"); scanf ("%d", &n1); } while (n2 < 0){ printf("Entre com um novo valor de N1\n"); scanf ("%d", &n2); } i=n1; fat1=1; while(i>1) { fat1=fat1*i; i=i-1; } i=n2; fat2=1; while(i>1) { fat2=fat2*i; i=i-1; } printf("A soma dos fatoriais de N1 e N2 é %d\n", (fat1+fat2)); return 0; }

Exercício 3

Elabore uma versão otimizada do programa que computa a soma do fatorial de dois números. Observe que poderíamos "economizar" laços de repetição se calcularmos o fatorial do menor número e depois computar o fatorial do maior usando o menor número como ponto de parada na repetição.

Solução Ex. 3

#include <stdio.h> int main() { int maior, menor, n1, n2,i,fat1, fat2; printf("Entre com o valor do fatorial 1\n"); scanf ("%d", &n1); printf("Entre com o valor do fatorial 2\n"); scanf ("%d", &n2); while (n1 < 0){ printf("Entre com um novo valor de N1\n"); scanf ("%d", &n1); } while (n2 < 0){ printf("Entre com um novo valor de N1\n"); scanf ("%d", &n2); } if (n2>n1) { maior = n2; menor = n1; } else { maior = n1; menor = n2; } i=menor; fat1=1; while(i>1) { fat1=fat1*i; i=i-1; } i=maior; fat2=1; while(i>menor) { fat2=fat2*i; i=i-1; } fat2=fat2*fat1; printf("A soma dos fatoriais de N1 (%d)e N2(%d) é %d\n", fat1, fat2, (fat1+fat2)); return 0; }

Desenhando no terminal MODO texto

A saída de um programa em um terminal modo TEXTO possui algumas limitações. Além da questão da definição, o programa escreve sempre na posição de um CURSOR que avança automaticamente. Em condições normais não é possível retornar o cursor para linhas acima. Deve-se portanto planejar cuidadosamente o desenho de figuras levando em consideração estas restrições. As instruções de repetição ajudarão bastante neste processo.

Exemplo: imprimir uma linha com 10 caracteres 'A'

AAAAAAAAA

#include <stdio.h>

int main()
{
 int i;
 
 i=0;
 while (i<10) {
    printf("A");
    i=i+1;
 }
 printf("\n");
}

Exercício 1

Elaborar um programa para imprimir uma linha CUSTOMIZADA em 3 partes. Cada parte imprime um número variável de caracteres. O número de caracteres e o caracter a ser impresso em cada parte deve ser informado.

Solução Ex. 1

#include <stdio.h> int main(){ int p1,p2,p3,i; char c1, c2, c3; printf("Carcater a ser desenhado na primeira parte da linha\n"); scanf("%c", &c1); printf("Quantidade de caracteres a ser desenhado na primeira parte da linha\n"); scanf("%d", &p1); printf("Carcater a ser desenhado na segunda parte da linha\n"); scanf(" %c", &c2); printf("Quantidade de caracteres a ser desenhado na segunda parte da linha\n"); scanf("%d", &p2); printf("Carcater a ser desenhado na terceira parte da linha\n"); scanf(" %c", &c3); printf("Quantidade de caracteres a ser desenhado na terceira parte da linha\n"); scanf("%d", &p3); i=0; while (i < p1) { printf("%c", c1); i=i+1; } i=0; while (i < p2) { printf("%c", c2); i=i+1; } i=0; while (i < p3) { printf("%c", c3); i=i+1; } printf("\n"); return 0; }

Exercício 2

Modificar o exercício anterior para imprimir uma quantidade variável de LINHAS. As linhas são exatamente iguais.

Solução Ex. 2

#include <stdio.h> int main(){ int p1,p2,p3,i,j,linhas; char c1, c2, c3; printf("Carcater a ser desenhado na primeira parte da linha\n"); scanf("%c", &c1); printf("Quantidade de caracteres a ser desenhado na primeira parte da linha\n"); scanf("%d", &p1); printf("Carcater a ser desenhado na segunda parte da linha\n"); scanf(" %c", &c2); printf("Quantidade de caracteres a ser desenhado na segunda parte da linha\n"); scanf("%d", &p2); printf("Carcater a ser desenhado na terceira parte da linha\n"); scanf(" %c", &c3); printf("Quantidade de caracteres a ser desenhado na terceira parte da linha\n"); scanf("%d", &p3); printf("Informe a quantidade de linhas\n"); scanf("%d", &linhas); j=0; while (j < linhas){ i=0; while (i < p1) { printf("%c", c1); i=i+1; } i=0; while (i < p2) { printf("%c", c2); i=i+1; } i=0; while (i < p3) { printf("%c", c3); i=i+1; } printf("\n"); j = j+1; } printf("\n"); return 0; }

Comando do while: controle do loop no final

O comando do while() permite a repetição de uma ou mais instruções, com controle do loop no final. Isto permite que o bloco seja executado pelo menos uma vez.

#include <stdio.h>
main() 
{
  int contador;
  
  contador=0;
  do {  
     printf("valor do contador =  %d\n", contador);
     contador=contador+1;
  } while (contador<5);
}

A estrutura do comando, informalmente, é:

do 
  instrução_simples;
while (expressão);

ou

do {
  lista_de_instruções
} while (expressão); 
 

Fluxograma	C	Comentário
	contador = 0; do { scanf("%d",&x); soma=soma+x; if (soma>150) y=z+x; contador++; } while(contador<5);	Note que instruções while e if são tratadas como instruções normais que podem ser aninhadas normalmente em outros comandos.

Exemplo 1

Modificar o exemplo do cálculo do FATORIAL apresentado anteriormente para caso sejam lidos números negativos o programa pergunte novamente o número N. Usar um comando "do while" para construir o loop onde será realizado o scanf().

#include <stdio.h>

int main()
{
  int N,i,FAT;

  /* Leitura do número e 
     verificação se o número é negativo */

  do {
    printf("Entre com o valor de N\n");
    scanf ("%d", &N);
    if (N<0)
       printf("Número negativo...");
  } while (N<0);

  /* computação do fatorial */
  i=N;
  FAT=1;
  while(i>1) {
      FAT=FAT*i;
      i=i-1;
  } 
  printf("Valor de FAT  de %d é %d\n", N, FAT);
  return 0;
}

Um problema na computação do fatorial é que rapidamente pode existir overflow', ou seja, ultrapassar a capacidade da da variável do tipo 'int'. VEJA a tabela abaixo com alternativas de inteiros com seus respectivos tamanhos.

TIPO	bytes	RANGE	COMENTÁRIO
char	1	-128 até 127	um bit para o sinal
short int	2	32,768 to 32,767	um bit para o sinal
int	4	-2147483648 até 2147483647	um bit para o sinal. Dependendo da máquina poderia ser 8 bytes
long int	8	-9223372036854775808 até 9223372036854775807	um bit para o sinal
unsigned char	1	0 to 255
unsigned short	2	0 to 65,535
unsigned int	4	0 to 4294967295
unsigned long	8	0 até 18446744073709551615

Execute o programa abaixo para conferir.

#include <stdio.h>

int main()
{
  char num0;
  short num1;
  int num2;
  long int num3; 

  /* Leitura do número e 
     verificação se o número é negativo */

  printf ("tamanho de num0 = %ld\n", sizeof (num0));
  printf ("tamanho de num1 = %ld\n", sizeof (num1));
  printf ("tamanho de num2 = %ld\n", sizeof (num2));
  printf ("tamanho de num3 = %ld\n", sizeof (num3));
  
  return 0;
}

Exercício

Reimplementar o exemplo anterior usando o long int para computar o fatorial.

Exemplo 2

O programa abaixo foi extraído de (referência). Ele permite realizar a adivinhação de um número entre 1 e 10. Observe que as instruções permitem a geração do número randômico.

srand ( time(NULL) ); /* inicia o gerador com a semente baseada no relógio local */
iSecret = rand() % 10 + 1 /* gera o número */

// rand example: guess the number
// extract from www.stackoverflow.com 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>

int main ()
{
      int iSecret, iGuess;

      /* initialize random seed: */
      srand ( time(NULL) );

      /* generate secret number: */
      iSecret = rand() % 10 + 1;

      do {
          printf ("Guess the number (1 to 10): ");
          scanf ("%d",&iGuess);
          if (iSecret<iGuess) 
              printf ("The secret number is lower\n");
          else {
              if (iSecret>iGuess) 
                 printf ("The secret number is higher\n");
          }
      } while (iSecret!=iGuess);

      printf ("Congratulations!\n");
      return 0;
}

Comando for()

O comando for() permite uma forma mais elaborada de loop, com controle no início do bloco de repetição.

#include <stdio.h>

main()
{
  int i;
  
  for (i=0;i<10;i=i+1)
      printf("i =%d\n",i);
}

A estrutura do comando é:

for(expressão_inicial;expressão_de_controle; expressão_de_final_de _bloco)
    instrução_simples;

ou

for(expressão_inicial;expressão_de_controle; expressão_de_final_de _bloco) {
    lista_de_instruções
}

Fluxograma	C	Comentário
	for(i=0; i<10; i++) { printf("Laço de número %d\n", i); if (i==5) printf("Este é o laço 5\n"); }	Observe que a expressão i=0 é executada SEMPRE e uma única VEZ, no início do comando. A expressão i<10 é o controle do loop. Se FALSA o loop é encerrado. Ela é executada após a expressão de inicialização e, na sequência, no início de cada loop. A expressão i++ é executada no final de cada loop.

Exemplo

Elaborar um programa que lê um número inteiro e imprime todos os números pares entre 1 e este número INCLUSIVE.

#include <stdio.h>

int main()
{
  int i, N;

  printf("Entre com o número\n");
  scanf ("%d", &N);

  for (i=1;i<=N;i=i+1) {
     if (i%2==0)
       printf("número par ====> %d\n", i);
  }
  printf("FIM\n");

  return 0;
}

Aninhamento de loops

É muito comum que a solução de problemas exijam o aninhamento de loops. Neste caso, as instruções são aninhadas normalmente usando, se necessário, o recurso de bloco de instruções. Observe no código abaixo que para cada laço mais externo o comando for interno é executado integralmente.

#include <stdio.h>
int main()
{
  int i,j;
 
  for (i=0;i<3;i++) {
     for (j=0;j<4;j++) {
         printf("valor de j = %d\n", j);
     }
     printf("valor de i = %d\n", i);
  }
  return 0;
}

Comando goto

O comando goto é um dos mais antigos da programação. A ideia é comandar um salto para um determinado ponto específico do programa marcado por um rótulo (LABEL). Para utilizá-lo deve-se, portanto, marcar o ponto para onde será feito o salto usando um LABEL.

Exemplo:

#include <stdio.h>

main()
{
   int i;

   i=0;

PONTO1:
   printf("Laço de número %d\n", i);
   i++;
   if (i<10)
       goto PONTO1;
}

Devido a ser uma instrução "desestruturante", em geral NÂO se recomenda o uso deste comando.

Em alguns casos de tratamento de erro pode ser interessante o uso do goto.

Leia um pouco mais sobre o goto aqui.

Loop Infinito

É possível implementar loops infinitos com qualquer uma das instruções acima.

Exemplo com comando for:

main()
{
   for(;;) {
        /* Este bloco se executará infinitamente */
   }
}

ou com o comando while:

main()
{
   while(1) {
        /* Este bloco se executará infinitamente */
   }
}

Exercícios

1. Usando o comando for aninhado, construa um programa que implemente a figura abaixo. A margem esquerda (margem de espaços), o caracter do desenho, o número de linhas vazadas e o tamanho horizontal da figura devem ser lidos pelo teclado.

  aaaaaaaaaa
  a        a
  aaaaaaaaaa

 SUGESTÃO: dividir em subproblemas.

solução

#include <stdio.h> main() { int i, j, margem, largura, linhas_vazadas; char caracter; /** sub-problema 1 - ler margem , largura de desenho, caracter desenho e numero de linhas **/ printf("\n=====================\n"); printf("Entrar com margem => "); scanf("%d", &margem); printf("\n=====================\n"); printf("Entrar com largura => "); scanf("%d", &largura); printf("\n=====================\n"); printf("Entrar com caracter => "); scanf(" %c", &caracter); printf("\n=====================\n"); printf("Entrar com linhas_vazadas => "); scanf(" %d", &linhas_vazadas); /* sub-problema 2 - desenhar linha de topo */ /* desenhar margem */ for (i=0;i<margem;i++) printf(" "); /* desenhar restante da linha de topo */ for (i=0;i<largura;i++) printf("%c", caracter); printf ("\n"); /* avançar para a próxima linha */ /* sub-problema 3 - desenhar linhas vazadas */ for (j=0;j<linhas_vazadas;j++) { /* desenhar margem */ for (i=0;i<margem;i++) printf(" "); if(largura>0) printf("%c", caracter); for (i=0;i<largura-2;i++) printf(" "); if(largura>1) printf("%c", caracter); printf("\n"); } /* sub-problema 4 - desenhar linha de fundo */ /* desenhar margem */ for (i=0;i<margem;i++) printf(" "); /* desenhar restante da linha de topo */ for (i=0;i<largura;i++) printf("%c", caracter); printf ("\n"); /* avançar para a próxima linha */ }

2. Dado um número inteiro positivo, calcular a soma de todos os números inteiros compreendidos entre 0 e o número dado. Fazer uma versão com while e outra com for.

3. Construa um programa para desenhar a seguinte figura de forma parametrizável (dado caracter, margem, e número de linhas):

  AAAAAAAAAAAAAAAA
  AAAAAAAAAAAAAA
  AAAAAAAAAAAA
  AAAAAAAAAA
  AAAAAAAA
  AAAAAA
  AAAA
  AA
  BB
  BBBBB
  BBBBBBBB
  BBBBBBBBBBB
  BBBBBBBBBBBBBB
  BBBBBBBBBBBBBBBBB
  BBBBBBBBBBBBBBBBBBBB
  BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB

solução

#include <stdio.h> main() { int i, j, margem, largura, linhas; char caracter1,caracter2; /** sub-problema 1 - ler margem , largura de desenho, caracter desenho e numero de linhas **/ printf("\n=====================\n"); printf("Entrar com margem => "); scanf("%d", &margem); printf("\n=====================\n"); printf("Entrar com caracter 1 => "); scanf(" %c", &caracter1); printf("\n=====================\n"); printf("Entrar com caracter 2 => "); scanf(" %c", &caracter2); printf("\n=====================\n"); printf("Entrar com linhas (tem que ser maior ou igual a 1) => "); scanf(" %d", &linhas); /* sub-problema 2 - desenhar parte superior */ for (i=linhas;i>0;i--) { /* desenhar margem */ for (j=0;j<margem;j++) printf(" "); for (j=0;j<i*2;j++) { printf("%c", caracter1); } printf("\n"); } /* sub-problema 3 - desenhar parte inferior */ for (i=1;i<=linhas;i++) { /* desenhar margem */ for (j=0;j<margem;j++) printf(" "); for (j=0;j<i*2;j++) { printf("%c", caracter2); } printf("\n"); } }

Uso de break para sair de loops

Em exercícios anteriores, a finalização de um loop normalmente se dá pela expressão de controle de loop associado a instrução usada. É possível sair de um loop na força bruta usando a instrução break:

#include <stdio.h>
main()
{
  int i,j;

  for (i=0;i<10;i++) {
     if (i==5)
       break;
  }
  printf("valor de i=%d\n", i);
}

Note que o break sempre sai do loop mais próximo a ele.

• O comando break encerra o laço no ponto em que for executado.
• O comando continue desvia o fluxo para o início do laço.

#include <stdio.h>

int main()
{
    //break     -> simplesmente interrompe o nosso ciclo
    //continue  -> interrompe o laço (desvia o fluxo para o início do laço)

    for(int x = 0; x<=10; ++x){

        //qndo x == 2, interrompa somente o laço atual
        if(x == 2){
            printf("-\n", x);
            continue;
        }

        //Quando chegamos a 8 o looping será finalizado
        if(x == 8){
            printf("-\n", x);
            break;
        }

        printf("%i\n", x);
    }
}

Exercício

Elabore um programa em C que leia no máximo 5 números inteiros positivos. Caso um número negativo seja digitado no meio da seqüência uma mensagem deve ser impressa uma mensagem de aviso no terminal e o laço é encerrado de imediato.

Uso do continue para prosseguir no início do loop

#include <stdio.h>
main()
{
  int i,j;

  for (i=0;i<3;i++) {
     if (i==1) { 
         continue;
     }
     printf("valor de i = %d\n", i);
     for (j=0;j<4;j++) {
         if (j==1) { 
             continue;
         }
         printf("valor de j = %d\n", j);
     }
  }

}

Usando funções da biblioteca matemática

Para usar as funções matemáticas da biblioteca padrão, fazer os seguintes passos:

• No arquivo-fonte incluir o header math.h da biblioteca matemática:

 
#include <stdio.h>
#include <math.h>

main()
{
 
  float x,y; /* declaração de duas variáveis reais */

  printf ("Entre com o valor de x ");
  scanf("%f",&x);

  y = sqrtf(x);
  printf ("Raiz de x = %.2lf", y);
}

NOTA: a maior parte de parâmetros e valores de retorno das funções matemáticas são reais de dupla precisão (double).

• Compilar e linkar o arquivo da forma:

 gcc ex1.c -o ex1 -lm

EXERCÍCIOS

1. Desenvolver em C um programa que efetue a soma de todos os números ímpares que são múltiplos de três e que se encontram no conjunto dos números de 1 até 500.

   Solução - Exercício 1

2. Faça uma versão "controversa" do programa de adivinhação mostrado na aula usando uma instrução goto para sair do loop.

Solução - Exercício 2

3. Ainda sobre o exercício 2, implemente uma versão usando o comando while().

Solução - Exercício 3

4. Ainda sobre o exercício 2, implemente uma versão usando loop infinito e o comando break;

Solução - Exercício 4

5. Implemente um programa C para ler N resistências. O programa deve ler inicialmente N, depois o valor das resistências (fazendo os cálculos cumulativos) e então calcular o valor da resistência série e paralelo equivalente do circuito. Não usar vetores. Usar um comando while.

Solução - Exercício 5

6. Tente descobrir por tentativas qual carga em um circuito com uma fonte de tensão de 500 V e resistência interna de 10 ohms produz a máxima dissipação de potẽncia (ver https://en.wikipedia.org/wiki/Maximum_power_transfer_theorem). Sugestão: gere/imprima uma tabela com valor de resistores de carga de 1 a 20 ohms com acréscimos de 0.5 ohms indicando a potência dissipada em cada um.

Solução - Exercício 6

Exercícios Extras (resolver em sala)

1. Escreva um algoritmo que mostre a tabuada de um número fornecido pelo teclado. Esse número deve estar entre 1 e 10.
2. Faça um algoritmo que calcule a média para uma quantidade de números a serem lidos seja previamente, informada pelo teclado.
3. Escreva um algoritmo que leia até 10 números do teclado, e informe ao final qual o maior e o menor deles.
4. Escreva um algoritmo que teste se um número informado pelo teclado é primo.

Solução