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C

C

Introdução

Nesta aula será apresentado a linguagem C.

Ao escrever código produzimos um source code que será transformado em machine code (binário) para o computador entender e executar. O tipo de programa que traduz linguagem alta nível para linguagem de máquina chama compiler.

Ambiente

Para a aula será usado um ambiente virtual do VS Code, com as dependências já pré-instaladas, acessível em cs50.dev.

No VS Code temos dois espaços principais: (1) o editor, onde escrevemos o código, e (2) o terminal, onde compilamos e executamos os programas.

O editor, com botões, menus e elementos visuais, é um exemplo de graphical user interface (GUI). Já o terminal, onde interagimos digitando comandos de texto, é chamado de command-line interface (CLI).

Hello, World!

No CLI executamos code hello.c para criar um arquivo C, onde inserimos o código:

hello.c
#include <stdio.h>

int main(void)
{
    printf("hello, world\n");
}

Para compilar o código, transformando em linguagem de máquina executamos make hello, que gera o arquivo hello e para executá-lo usamos ./hello, que apresenta o output no terminal:

Assim como tínhamos no Scratch:

Temos os argumentos, função e resultado do nosso código:

Escape sequences

Escape sequencies são sequencias especiais de símbolos que fazem algo, como:

  • \n move para a próxima linha
  • \r move o cursor para a esquerda
  • \" para usar aspas dentro que texto

Erros

Ao tentar compilar o código (transformar em linguagem de máquina), o compilador pode encontrar erros, retornando com uma indicação no terminal:

Neste exemplo, o compilador indica que houve um erro na linha 5, no caractere 29. No qual era esperado “;” e indica visualmente o local.

Header files

Header files são bibliotecas: arquivos escritos por outras pessoas que disponibilizam funções prontas para serem usadas no seu código, evitando que você tenha que implementar tudo do zero.

No código feito anteriormente printf é uma função que é importada pelo header file stdio.h.

As bibliotecas do C podem ser encontradas nas documentações oficiais na internet. Porém, muitas delas têm como público-alvo desenvolvedores mais experientes. Por isso, o curso disponibiliza um compilado das bibliotecas mais relevantes em manual.cs50.io.

Além das bibliotecas padrão do C, o curso também disponibiliza uma biblioteca específica chamada cs50.h, que inclui algumas funções utilitárias para facilitar o aprendizado.

Uma dessas funções é get_string, que solicita ao usuário a entrada de uma string. Queremos capturar o valor de input do usuário e guardar em uma variável. Para isso fazemos: ``

get_string.c
string answer = get_string("Qual seu nome?" );

Ao criar uma variável no C para guardar um valor é obrigatório definir qual o tipo da variável que será criada. Neste caso uma string, indicada antes do nome da variável.

Para imprimir o valor capturado podemos fazer:

print_str.c
printf("olá, %s\n", answer);

%s é um format specifier (especificador de formato) para uma string, que será substituída pelo valor armazenado na variável answer, recebida como entrada do usuário.

Dessa forma, o código inteiro seria:

print_hello_name.c
#include <stdio.h>
#include <cs50.h>

int main(void)
{
    string answer = get_string("Qual seu nome?" );
    printf("Olá, %s\n", answer);
}

Esse programa:

  • Importa o header file stdio.h, que disponibiliza a função printf.
  • Importa o header file cs50.h, que disponibiliza a função get_string e o tipo string.
  • Define a função main, que é o ponto de entrada do programa.
  • Solicita ao usuário que digite seu nome e armazena o valor na variável answer, indicando que é uma string.
  • Imprime uma mensagem no terminal usando o valor informado pelo usuário.

Sistemas operacionais

Os sistemas operacionais são os softwares que fazem as operações fundamentais em um dispositivo. Um sistema operacional muito famoso no mundo da programação (principalmente em servidores) é o Linux.

O Linux é extremamente performático e geralmente é usado como command-line interface. E para isso tem diversos comandos que são usados frequentemente, como:

ls (list): lista os arquivos e pastas do diretório atual.

$ ls
hello
hello.c

rm (remove): remove arquivos.

$ rm hello
rm: remove regular file 'hello'? y

mkdir (make directory): cria uma nova pasta.

$ mkdir hello
$ ls
hello/
hello.c

mv (move): move ou renomeia arquivos e pastas.

$ mv hello.c hello/
$ ls
hello/

cd (change directory): navega entre pastas.

$ cd hello
hello/ $

rmdir (remove directory): remove pastas vazias.

$ rmdir hello
rmdir: failed to remove 'hello': Directory not empty

make: compila um programa em C a partir de um arquivo .c, gerando um arquivo executável com o mesmo nome.

hello/ $ make hello
hello/ $ ls
hello hello.c

Outras dicas relevantes: cd sem argumentos leva você para o diretório padrão (home), enquanto cd .. retorna para o diretório pai.

Condicionais

Em C, usamos condicionais para executar código com base em uma expressão lógica (true ou false).

A estrutura principal é o if, que avalia uma condição:

  • Se for verdadeira, o bloco é executado.
  • Se for falsa, o bloco é ignorado.

Estrutura básica: if / else 

if (x < y)
{
    printf("x é menor que y\n");
}
else
{
    printf("x é maior que y\n");
}

Múltiplas condições: else if

Quando há mais de duas possibilidades, usamos else if:

if (x < y)
{
    printf("x é menor que y\n");
}
else if (x > y)
{
    printf("x é maior que y\n");
}

O programa testa as condições em ordem, de cima para baixo.

A primeira que for verdadeira é executada.

Caso padrão: else

O else é usado como caso final, quando nenhuma condição anterior é satisfeita:

Podemos incluir uma condição com o “resto” com apenas else:

if (x < y)
{
    printf("x é menor que y\n");
}
else if (x > y)
{
    printf("x é maior que y\n");
}
else
{
    printf("x é igual a y\n");
}

Operadores

Nas condicionais são usadas expressões lógicas com os operadores:

x == y   // igual a
x != y   // diferente de
x < y    // menor que
x > y    // maior que
x <= y   // menor ou igual a
x >= y   // maior ou igual a

Também podemos combinar várias condições usando operadores lógicos:

&&   // AND (e)
||   // OR (ou)
!    // NOT (negação)

Tipos de variáveis

Em C, toda variável precisa ter um tipo, que define:

  • Quanto espaço ela ocupa na memória
  • Que tipo de valor pode armazenar

Tipos mais usados:

TipoDescriçãoExemplo
intNúmero inteiro10, -5
longNúmero inteiro maiores5789123654
floatDecimal (precisão simples)3.14
doubleDecimal (mais preciso)3.141592
charUm caractere'A', 'a'
stringTexto (CS50)"Hello"
boolVerdadeiro/Falsotrue, false

Format Codes

Os format codes são usados para indicar ao C qual é o tipo da variável ao imprimir (printf).

Principais códigos:

%c   // char (caractere)
%i   // int (inteiro)
%d   // int (inteiro decimal)
%f   // float / double (decimal)
%s   // string (texto)
%lf  // double (no scanf)

Variáveis

Em C define o tipo, nome e valor das variável:

int count = 0;

Para incrementar o valor da variável:

count = count + 1;

ou

count =+ 1;

ou

count++;

Escopo de Variáveis (Scope)

Em C, toda variável tem um escopo, ou seja, um “lugar” onde ela existe e pode ser usada no código. Fora desse escopo, a variável não existe.

Tudo que está entre { } forma um bloco. Como if, else, while, for, funções. Uma variável criada dentro de um bloco só existe dentro dele.

Exemplo com erro porque n só existe dentro do if:

if (x > 0)
{
    int n = 10;
    printf("%i\n", n);
}

printf("%i\n", n); // ERRO

Exemplo correto, agora n existe em toda a função:

int n;

if (x > 0)
{
    n = 10;
}

printf("%i\n", n); // agora funciona

Loops

Em C, loops servem para repetir um bloco de código enquanto uma condição for verdadeira.

While

O while repete o código enquanto a condição for verdadeira.

for (inicialização; condição; atualização)
{
    código;
}

Exemplo prático:

int i = 3;
while (i > 0)
{
	printf("teste\n")
	i--1  
}

For

O for é usado quando já sabemos o início, condição e incremento.

for (inicialização; condição; atualização)
{
    código;
}

Exemplo prático:

for (int i = 0; i < 3; i++)
{
	printf("%i\n", i)
}

Do While

O do while é um loop parecido com o while, com uma diferença importante:

Ele executa o código pelo menos uma vez, mesmo que a condição seja falsa.

do
{
    código;
}
while (condição);

Exemplo prático:

int i = 5;

do
{
    printf("%i\n", i);
    i++;
}
while (i < 3);

É usado quando:

  • Precisa rodar pelo menos uma vez
  • Vai pedir input antes de validar

Funções

Em C, funções servem para organizar o código em partes menores, reutilizáveis e mais fáceis de entender.

Toda função tem:

  • Um tipo de retorno
  • Um nome
  • Parâmetros (opcional)
  • Um bloco { }
tipo nome(parâmetros)
{
    código;
    return valor; // opcional
}

Função simples 

#include <stdio.h>

void greet(void)
{
    printf("Olá!\n");
}

int main(void)
{
    greet();
}

Função com parâmetros 

#include <stdio.h>

void print_sum(int a, int b)
{
    printf("%i\n", a + b);
}

int main(void)
{
    print_sum(3, 4); // passa valores
}

Função com retorno: 

#include <stdio.h>

int sum(int a, int b)
{
    return a + b;
}

int main(void)
{
    int result = sum(5, 2);
    printf("%i\n", result);
}

Protótipo de Função

Se a função for declarada depois do main, é preciso informar antes. O protótipo “avisa” o compilador que a função existe.

Exemplo:

#include <stdio.h>

int sum(int a, int b); // protótipo

int main(void)
{
    int x = sum(2, 3);
    printf("%i\n", x);
}

int sum(int a, int b)
{
    return a + b;
}

Bom código

Para escrever um bom código, é importante seguir três características principais:

  1. Correto (Correctness)
  2. Bom Design (Design)
  3. Estilo (Style)

Um bom software não é apenas aquele que funciona, mas aquele que funciona do jeito certo, é bem estruturado e é fácil de manter.

Correto

Um código é correto quando:

  • O software se comporta como deveria
  • Segue as regras do problema
  • Atende ao que foi definido nos requisitos

Na prática, isso significa:

O código implementa corretamente o que foi especificado
(por exemplo, por um Product Manager, cliente ou professor).

Exemplo:

Se o requisito é:

“Somar dois números e mostrar o resultado”

Então este código é correto:

int sum(int a, int b)
{
    return a + b;
}

Mas este não é:

int sum(int a, int b)
{
    return a + b + 1; // errado
}

Mesmo “funcionando”, o segundo está incorreto.

Bom Design

Design é como o problema é resolvido, não só corretamente, mas de uma forma otimizada.

Estilo

Estilo é sobre como o código é escrito e apresentado. Importando para pessoas e não para o computador.

Um código com bom estilo é:

  • Fácil de ler
  • Bem indentado
  • Consistente
  • Com nomes claros

Exemplo ruim

int x=10;int y=20;printf("%i",x+y);

Exemplo bom

int x = 10;
int y = 20;

printf("%i\n", x + y);

Para o curso CS50 há 3 ferramentas para ajudar a avaliar o código: check50, design50 e style50.

Problemas Comuns em Programação

Ao trabalhar com números em C, existem alguns problemas clássicos que podem gerar resultados inesperados.

Integer Overflow

Acontece quando um número inteiro ultrapassa o limite máximo do tipo.

Exemplo com int (32 bits):

int x = 2147483647; // valor máximo
x = x + 1;

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

Saída

-2147483648

O número “dá a volta”.

Isso acontece porque o espaço na memória é limitado.

Como evitar:

  • Usar tipos maiores (long, long long)
  • Verificar limites antes de somar

Truncation

Acontece quando a parte decimal é descartada, sem arredondar.

Exemplo

int x = 5 / 2;
printf("%i\n", x);

Saída

2

Não é 2.5. O .5 é perdido.

Como evitar

  • Usar float ou double
  • Fazer casting, ex: float x = (float) 5 / 2;

Floating-Point Imprecision

Acontece porque números decimais são armazenados em binário, e nem todos podem ser representados exatamente.

Exemplo

float x = 0.1 + 0.2;
printf("%f\n", x);

Como evitar:

  • Comparar com margem de erro (epsilon):
  • Usar double quando precisar de mais precisão
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