Aulas de C

Aprendizado continuo. Linguagem antiga e moderna

Arquivos da Categoria: Funções

Sobre arquivos de código-fonte, arquivos de cabeçalhos e projetos

Olá!
Hoje não iremos apresentar nenhum código.
Putzgrila!” você deve estar dizendo.
Na realidade eu estou dizendo apenas “meia-verdade”, pois não apresentaremos nenhum código, digamos assim, novo.
É que chegamos em um momento do nosso “curso” onde precisaremos de alguma teoria antes de seguir em frente.
Até agora, temos visto programas que podemos compilar e editar em apenas um arquivo de código-fonte e algumas dezenas de linhas. Talvez o “jogo de roletrando” que fizemos na última aula tenha sido o maior código que escrevemos, com em torno de 170 linhas.
Isso pode parecer grande coisa, mas um programa assim  é extremamente incomum.

Como assim?“, você deve estar pensando.
Se pararmos para pensar e compararmos com programas como os que usamos no dia a dia, o nosso “roletrando” é extremamente tosco e rudimentar. Não precisamos pegar leve, pois essa é a verdade. Programas comuns do dia a dia, como um navegador web, o próprio sistema operacional ou um compilador, são programas muito mais complexos e, portanto, com muito mais código. Por exemplo: o Windows XP, segundo a Wikipedia, possui em torno de 45 milhões (sim, MI-LHÕ-ES) de linhas de código. No mesmo artigo, mostra-se que o kernel (a parte mais fundamental do sistema operacional) do Linux 2.6.35 possui 13,5 milhões de linhas de código. Em Julho de 2011, quando esse artigo foi escrito, segundo o site Ohloh.net, o LibreOffice (uma suite de produtividade livre) possuia mais de 7,5 milhões de linhas de código. Pelo mesmo site, e na mesma época, constava que o Mozilla Firefox (um popular navegador Web) possuia em torno de 5 milhões de linhas de código.
Usar tal estatística é problemático, uma vez que o número de linhas de código para descrever-se um programa pode mudar de linguagem de programaçÂão para linguagem de programaçÂão: as linguagens podem incorporar em sua infraestrutura uma maior ou menor quantidade de bibliotecas e funções utilitárias, permitindo que o programador desenvolva programas mais “enxutos” ao utilizar-se de funcionalidades já previstas na linguagem de programaçao. Porém, o caso aqui não é comparar a complexidade no desenvolvimento ou coisas do gênero. Isso não vêem ao caso, pois meu objetivo aqui não é tentar determinar a linguagem que permite produzir mais programa com menos código. Meu objetivo aqui é fazer você pensar: imagine ter que carregar em um editor todos os, por exemplo, 5 milhões de linhas de código do Mozilla Firefox para uma manutenção. Tériamos sérios problemas para localizar o que desejamos corrigir, editar e compilar esse código novo, além do tempo gasto para tais procedimentos.
Entretanto, esses programas existem. “Como?”, você deve se perguntar?
No caso, graças à possibilidade de compilação parcial.
Quando falamos, lá no início do curso, que um compilador compila todo o código e gera o código binário, eu disse apenas meia-verdade. Realmente, o compilador gera UM código binário a partir do código fonte. Pòrém, quem realmente cria o binário esxecutável baseado no código binário gerado pelo compilador é um programa ou rotina do compilador chamado linkeditor (ou linker).
Por que isso é necessário?
O tempo todo, desde o início do curso, temos citado funções. Temos visto funções o tempo todo, desde os printf() até nossas funções personalizadas. Porém, no momento em que o sistema operaciona executa um programa, ele vai apenas lendo e lendo códigos até chegar ao fim do mesmo. Ele pode ter execuções condicionais, baseadas em if, while, etc… (na verdade, tudo vai a um nível ainda mais baixo no fim das contas, mas não vamos entrar nesses detalhes), mas na verdade mesmo com esses saltos cedo ou tarde o programa volta para onde ele estava, até chegar ao fim dele.

Cada função, não importa qual, representa, digamos assim, um “salto”. Como dissemos no passado:

Quando uma função é chamada, o programa principal passa o controle da execução para outro ponto completamente arbitrário dentro do espaço que o programa ocupa na memória e executa os comandos informados na função. Uma vez que termine, ele tem que devolver o controle para que o programa principal volte a ser executado, o que em C indicamos com return, e assim sucessivamente até que o programa chegue ao fim do programa principal e seja encerrado.

A função do linker é justamente calcular as posições de cada função na memória (lembra que falamos que as funções ocupam memória, quando falamos dos ponteiros de função?) e colocar no código binário as posições corretas, de modo que o sistema operacional consiga fazer todos os procedimentos de carga do código e execução de maneira adequada. Além disso, o linker também liga (em inglês, to link significa ligar) determinadas funções e códigos que não fazem parte do código binário que estamos usando para gerar o executável, sendo que esses últimos podem incluir tanto códigos binários de bibliotecas padrãao quanto códigos que estão em outros arquivos passados para o linker.

Atualmente a separação entre compilador e linker está cada vez menor, pois muitos compiladores trazem o linker como uma rotina embutida em si, e não como um programa em separado, mas a função do linker e sua utilidade ainda existe.

OK… Toda essa teoria para que?

Se pensarmos agora, com o que sabemos, é muito mais interessante separarmos o código fonte em pequenos arquivos englobando uma pequena parte do código-fonte, pois:

  1. O programador que for fazer manutenção em determinada parte do código terá uma chance muito menor de, inadvertivamente, mexer em código fonte indevido e provocar erros e bugs, pois cada parcela do código estará contido em um arquivo de código-fonte;
  2. A compilação será mais rápida “com o tempo”. É claro que muito provavelmente a compilação da primeira vez ainda será demorada, pois cada arquivo de código binário terá que ser gerado e, após todos os arquivos serem gerados, eles deverão ser alimentados ao linker (ou ao compilador atualmente), para que o mesmo seja transformado em código executável final. Porém, conforme as manutenções forem se fazendo necessárias, a compilação será mais rápida pois poderemos compilar apenas as parcelas de código (ou seja, os arquviso de código-fonte) que foram alterados e alimentar os códigos binários modificados junto com os demais ao linker. Desse modo, ao invés de compilar, por exemplo, alguns milhões de linhas de código, podemos restringir a compilação a algumas dezenas, ou até menos. De fato, muitos desses programas de grande porte, como o Firefox, utilizam ferramentas que permitem automatizar o processo de compilação de modo que elas detectam quando um ou mais arquivos foram modificados e geram novamente o código binário e o executável final;
  3. Podemos “fechar o código”. Essa expressão quer dizer que, ao oferecermos um código para alguém, podemos oferecê-lo na forma de um binárioo, ao invés de oferecê-lo na forma de código fonte. Isso pode ser interessante quando a pessoa ou empresa está desenvolvendo um código cujo funcionamento interno não deve ser divulgado por razões comerciais ou legais. Desse modo, pode-se oferecer o código binário ao usuário do mesmo que irá incorporá-lo ao seu código por meio do linker;
  4. Fica mais fácil aprender o que o programa faz “com o tempo”: ao invés de obrigar o desenvolvedor a ler todo o código de uma só vez e tentar entender o que ele faz, o desenvolvedor pode se restringir a ler apenas determinadas partes do código. Como a leitura de um código-fonte escritto por um outro desenvolvedor não é um procedimento exatamente simples, ao reduzir a necessidade do desenvolvedor em se “aprofundar” no estudo do código para resolver um problema (que podde ser imediato), ganha-se tempo no desenvolvimento de soluções;

OK… E como “dividimos” um programa e o compilamos?

Primeiro, temos que criar em nossa mente a estrutura dos arquivos de código fonte. É claro que podemos ter arquivos individuais de código fonte para cada função que formos criar, mas isso não é uma boa ideia: se um arquivo único de código fonte é algo ruim, uma grande quantidade de arquivos de código fonte também é ruim, pois dificultaria a localização do arquivo que nos interessa em meio ao mar de arquivos gerado no processo. Em geral, todo bom projeto de programação (chama-se projeto todo o conjunto de arquivos cujo fim é resultar em um programa binário executável e/ou em bibliotecas de funções úteis ao desenvolvedor) tem seus arquivos fontes organizados por função.

Para exemplificarmos esse processo, vamos pegar nosso programa do “jogo do Roletrando” e transformá-lo em um projeto. Organizaremos nosso “projeto Roletrando” em três arquivos:

  • main.c – nele está a lógica principal do jogo. Existe o hábito entre desenvolvedores C de chamar-se o arquivo de código fonte principal do programa de main.c, mas essa é uma decisão arbitrária, uma boa prática que não precisa necessariamente ser seguida (é uma boa prática, não uma obrigação). Estou seguindo essa boa prática como uma forma de facilitarr a vida de quemm for ler o código, mas isso não é obrigatório;
  • regras.c – nesse arquivo, colocaremos as duas funções que lidam com as regras do jogo: explicarRegras(), que é mostrada no início do jogo para que o jogador conheça o funcionamento do jogo, e testaCerto() que checa se o jogador conseguiu acertar a palavra em questão;
  • letras.c – colocaremos aqui as funções que validam o acerto ou erro na tentativa de acerto das letras: checaLetra(), que indica se a letra existe ou não na palavra, e contaFaltantes(), uma função utilizada para saber quantas letras ainda falta (pois a partir da metade de letras acertadas, o jogo passa a pedir que o jogador tente descobrir qual a palabra em questão);

Há um porém: como os códigos de cada arquivo farão referências a funções contidas nos demais arquivos, seria necessário adicionar os protótipos de função de TODAS as funções do programa em TODOS os arquivos. Isso tornaria o programa complexo e suscetível a erros: pense, por exemplo, que você modificou uma função, mas não seus protótipos. O linker não conseguiria ligar corretamente as funções, provocando o erro. O correto seria que o compilador provocasse um erro ou alerta indicando que os códigos antigos não foram adaptados para aquela função nova. Para que isso não aconteça, criaremos o nosso próprio arquivo de cabeçalhos. Quando falamos dos protótipos de função dissemos que:

Funções ? Parte 2 « Aulas de C

O que o compilador normalmente precisa é saber como trabalhar com uma função, ou seja, os valores que ele precisa passar para a mesma como parâmetros e o tipo de retorno da mesma. O código em si não precisa sequer ser descrito como parte do seu programa, podendo estar (o código em si) em qualquer outro lugar. (lembram das bibliotecas, como stdio.h, string.h e stdlib.h? Na realidade eles são úteis para o compilador saber como usar as funções que eles ?representam?. Os códigos estão armazenados em outras bibliotecas e arquivos dentro do sistema operacional ou do compilador).

Em C, chamamos esses arquivos que contêm os protótipos de função de “arquivos de cabeçalho” ou “header files” (por isso a extensão deles é tipicamente .h – de header). Como esses arquivos são incluídos pelo compilador (por meio das diretivas #include) ao código fonte no momento da compilação, esses arquivos são úteis para definir valores padrão e protótipos de funções que serão usadas em várias partes do código fonte, de modo a “isolar” funções desnecessárias ou com nomes similares e assim não provocar erros, além de ajudar na documentação e manutenção do código. No nosso caso, criariamos um arquivo roletrando.h com os cabeçalhos e definições necessárias. Uma outra grande vantagem dos arquivos de cabeçalhos é que o compilador consegue trazer arquivos de cabeçalho que estejam incluídos em arquivos de cabeçalho até um determinado nível, em geral suficiente para que um arquivo de cabeçalho do projeto nosso inclua os arquivos de cabeçalho padrão do C que precisamos.

Sem muito papo, vamos ver como ficou disposto o código no nosso projeto e explicar pequenas alterações no mesmo. O arquivo main.c ficará como abaixo:

/*
 * main.c
 */

#include “roletrando.h”

int main (void)
{

  // Declarando variaveis

  // Biblioteca de palavras
  char palavras[][TAMANHO_PALAVRAS]={“rotina”, “retina”, “palhaco”, “lembranca”,
                                     “sistema”, “musica”,”curioso”, “fantasia”,
                                     “malabares”,”sonhador”,”atitude”,”pacoca”,
                                     “sonhador”};

  // Ponteiros necessarios
  char *palavraEscolhida, *letrasCertas;

  // Algumas variaveis de apoio
  int tentativasErradas=0,i;

  explicarRegras();

  srand(time(NULL)); // Serve para modificar a tabela de números pseudo-aleatórios

  palavraEscolhida=palavras[rand()%((sizeof(palavras)/TAMANHO_PALAVRAS)-1)];

  letrasCertas=malloc(strlen(palavraEscolhida)+1);

  if (!letrasCertas)
    {
      printf(“Nao consegui alocar memoria!\n”);
      return(1);
    }

  memset(letrasCertas,”, strlen(palavraEscolhida)+1);
  memset(letrasCertas,’-‘, strlen(palavraEscolhida));

  int tentativaAtual=0;
  while(tentativasErradas<NUM_TENTATIVAS)
    {
      char minhaLetra;
      tentativaAtual++;

      printf (“Okay, tentativa no %d (%d tentativas erradas):”, tentativaAtual, tentativasErradas);
      scanf (“%c”, &minhaLetra);
      getchar();
      if (!checaLetra(palavraEscolhida,letrasCertas,minhaLetra))
    {
      printf(“Que pena, essa letra nao aparece!\n”);
      tentativasErradas++;
      continue;
    }

      printf(“A palavra ate agora e: %s\n”,letrasCertas);

      if (contaFaltantes(letrasCertas)<=(strlen(palavraEscolhida)/2))
    {
      if((contaFaltantes(letrasCertas)==0)||testaCerto(palavraEscolhida,&tentativasErradas))
        {
          printf(“Muito bem! Voce acertou!\n”);
          free(palavraEscolhida);
          free(letrasCertas);
          return(0);
        }
    }
    }
}

Primeira coisa: se você comparar o código que estamos colocando aqui com o que colocamos originalmente, verá que, além de curto, ele não traz as funções como checaLetra e afins. Isso é normal e é exatamente o que queremos: isolar o código “principal” em um arquivo e os demais em outros.

Além disso, veja que, ao invés dos #includes, #defines e protótipos de função da versão “antiga”, colocamos apenas um #include, que é levemente diferente do que os #includes que vimos anteriormente:

#include “roletrando.h”

Esse #include por trazer o nome do arquivo de inclusão entre aspas duplas, ao invés de cercada por sinais de maior e menor (como em #include <stdio.h>). “Qual é a diferença?”, você deve se perguntar.
A diferença está relacionada com a idéia de “biblioteca padrão”:
Toda linguagem de programação (e C não é exceção), tem sua biblioteca padrão de funções. Essa biblioteca representa conjuntos de funções que o programador pode esperar que um ambiente de desenvolvimento inclua, embora isso não seja obrigatório (em ambientes de pouca memória ou com usos específicos, pode-se implementar C sem várias das bibliotecas padrão). Somada à biblioteca padrão, toda linguagem de programação permite que o desenvolvedor a expanda, incluindo bibliotecas para as mais diversas finalidades.
Em C, quando um arquivo de cabeçalho no #include vem cercado de sinais de maior e menor, o compilador procura o arquivo com o nome em questão não apenas nos diretórios do projeto em questão, mas em diretórios adicionais normalmente definidos em uma variável de ambiente chamada INCLUDE (isso não é obrigatório, mas tem se tornado um “padrão de fato” devido ao intensivo uso desse procedimento). Esses diretórios contêm diversos arquivos de cabeçalho para diversas bibliotecas, tanto padrão do C quanto para as bibliotecas adicionadas pelo desenvolvedor. Além disso, o próprio compilador tem certa “inteligência” para localizar bibliotecas padrão. Por exemplo, no Linux e na grande maioria dos ambientes Unix padronizados, os arquivos de cabeçalho da biblioteca padrão estão em /usr/include, e caminhos como /usr/local/include são reservados para bibliotecas adicionais.
Quando, porém, no C, a diretiva de compilação #include é cercada por aspas duplas, o C compreende que o cabeçalho em questão é parte específica desse projeto e não utiliza os caminhos em INCLUDE para procurar por ele, procurando-o dentro do diretório no qual o projeto está sendo compilado.
Essa é a diferença básica nesses dois casos: existem mais detalhes, mas iremos nos restringir no momento a essa explicação básica.
Bem, dito isso, o resto do código não possui mistérios: continua sendo o main() do “jogo de roletrando” que fizemos na última aula,  sem modificação alguma no código. Porém, se você tentar compilar ele “agora”, você receberá mensagens de erro como as a seguir (no caso, se você usar GCC):

main.c:5:24: error: roletrando.h: Arquivo ou diretório não encontrado
main.c: In function ‘main’:
main.c:13: error: ‘TAMANHO_PALAVRAS’ undeclared (first use in this function)
main.c:13: error: (Each undeclared identifier is reported only once
main.c:13: error: for each function it appears in.)
main.c:26: error: ‘NULL’ undeclared (first use in this function)
main.c:30: warning: incompatible implicit declaration of built-in function ‘malloc’
main.c:30: warning: incompatible implicit declaration of built-in function ‘strlen’
main.c:34: warning: incompatible implicit declaration of built-in function ‘printf’
main.c:38: warning: incompatible implicit declaration of built-in function ‘memset’
main.c:42: error: ‘NUM_TENTATIVAS’ undeclared (first use in this function)
main.c:47: warning: incompatible implicit declaration of built-in function ‘printf’
main.c:48: warning: incompatible implicit declaration of built-in function ‘scanf’

A primeira linha já dá a pista do que fizemos de errado:

main.c:5:24: error: roletrando.h: Arquivo ou diretório não encontrado

Sem o arquivo roletrando.h, o compilador não sabe uma grande quantidade de coisas, como, por exemplo, qual o valor de TAMANHO_PALAVRAS. Em alguns compiladores modernos, o compilador é de certa forma “inteligente” a ponto de conseguir evitar erros mais sérios, como em funções básicas como malloc e printf, mas ainda assim o sistema possui problemas para determinar tudo o que o programa precisa saber para compilar. Portanto, vamos criar o arquivo roletrando.h:

/*
 * roletrando.h
 */

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <string.h>

#define NUM_TENTATIVAS 6
#define TAMANHO_PALAVRAS 20

int checaLetra (const char* palavraEscolhida, const char* letrasCertas, char letra);
void explicarRegras (void);
int contaFaltantes (const char* letrasCertas);
int testaCerto (const char* palavraEscolhida, int* tentativasErradas);

Aqui, é interessante comparar o header file com o nosso “programa original”: perceba que é como se tivéssemo pego o código do início da nossa “versão original” e extraído apenas as primeiras linhas, até o início da função main() e colocado ele no arquivo de cabeçalho.
Então eu posso colocar qualquer código C em um arquivo de cabeçalho?
Sim, você pode, mas NÃO, você não deveria.
Ao colocar código convencional no arquivo de cabeçalho, você está jogando fora todas as vantagens relacionadas à separação de código em arquivos individuais E adicionando problemas adicionais. Por exemplo: imagine que você tenha adicionado uma função real (não um protótipo) a um arquivo de cabeçalho que será usado em vários arquivos de código fonte. Ao compilar o código, o compilador irá “adicionar” ao código fonte original o arquivo de cabeçalho e o compilará. Aqui parece OK. Mas, quando o linker ou o compilador forem fazer as ligações do código, haverá VÁRIAS cópias da mesma função em forma de código binário para o linker usar. Como ele não saberá qual usar, ele provocará mensagens de erro.
Como boa prática, podemos considerar que um arquivo de cabeçalho deve restringir-se a:

  1. Diretivas de pré-processador, como #include ou #define, que serão usadas por todos os arquivos que incluirem esse arquivo de cabeçalho, e;
  2. Protótipos de função;

Obviamente você pode incluir qualquer coisa válida em um programa C “normal”, mas isso aumentaria a complexidade do código, jogaria fora todas as vantagens do isolamento de código e colocaria potenciais erros e bugs.
OK, podemos agora compilar o nosso código fonte sem aquele monte de mensagens de erro. Porém, ao tentarmos compilar o código em main.c, teremos a seguinte mensagem de erro:

/tmp/ccrd9zr4.o: In function `main’:
main.c:(.text+0x32c): undefined reference to `explicarRegras’
main.c:(.text+0x4c7): undefined reference to `checaLetra’
main.c:(.text+0x509): undefined reference to `contaFaltantes’
main.c:(.text+0x53f): undefined reference to `contaFaltantes’
main.c:(.text+0x558): undefined reference to `testaCerto’
collect2: ld returned 1 exit status

Se você parar para pensar, vai notar que realmente não implementamos nenhuma das funções mostradas na mensagem de erro e, embora o compilador “saiba da existência” das mesmas (devido aos arquivos de cabeçalho), não sabe onde elas estão (elas não estão aí mesmo) e, portanto, não consegue gerar o código fonte em questão.
Portanto, vamos implementar as funções que faltam por meio dos dois arquivos que faltam, que são regras.c:

/*
 * regras.c
 */

#include “roletrando.h”

void explicarRegras (void)
{
  // Explicando as regras do jogo para o jogador
  printf (“Okay, vamos explicar as regras!\n”);
  printf (“Eu conheco algumas palavras, e vou escolher aleatoriamente uma delas.\n”);
  printf (“Voce vai me dizer qual letra voce acha que essa palavra tem!\n”);
  printf (“Se voce errar, vou considerar uma tentativa errada!\n”);
  printf (“Se voce acertar, vou te mostrar onde as letras estao!\n”);
  printf (“Quando voce tiver acertado metade das palavras, vou te dar “);
  printf (“a chance de dizer qual palavra e essa. \n”);
  printf (“Se voce errar, vou considerar uma tentativa errada!\n”);
  printf (“Se voce acertar antes de acabar as tentativas, voce vence!\n\n\n”);
  printf (“Algumas observacoes:\n”);
  printf (“Voce tem %d tentativas que voce pode errar.\n”,NUM_TENTATIVAS);
  printf (“Nenhuma palavra possui acentos, cedilha ou trema.\n”);
  printf (“Nao estou diferenciando maisculas e minusculas. \n\n”);
}

int testaCerto (const char* palavraEscolhida, int *tentativasErradas)
{
  char *minhaResposta;

  minhaResposta=(char*)malloc(strlen(palavraEscolhida)+1);
  memset(minhaResposta,”, strlen(palavraEscolhida)+1);

  if (!minhaResposta)
    {
      printf(“Nao consegui alocar memoria!\n”);
      return(1);
    }

  char *conversao=minhaResposta;
  printf(“Qual palavra voce acha que e essa? “);
  fgets(minhaResposta,strlen(palavraEscolhida)+1,stdin);

  // Convertendo para minusculas e eliminando os caracteres de nova linha – \n
  while (*conversao)
    {
      *conversao=((*conversao>=’A’)&&(*conversao<=’Z’))?*conversao-‘A’+’a’:*conversao;
      conversao++;
    }

  minhaResposta[strlen(minhaResposta)]=”;

  if(strncmp(minhaResposta,palavraEscolhida,strlen(palavraEscolhida))==0)
    {
       free(minhaResposta);
       return(1);
    }
  else
    {
      printf(“Que pena, voce errou!\n”);
      (*tentativasErradas)++;
      free(minhaResposta);
      return(0);
    }
}

E letras.c:

/*
 * letras.c
 */

#include “roletrando.h”

int checaLetra (const char* palavra, const char* letrasCertas, char letra)
{
  // Acertos obtidos (0 indica que nao tem a letra em questao na palavra)
  int acertos=0;

  // Ponteiros a serem inicializados
  char *palavraAnalisada, *certas;

  // Inicialidando os ponteiros com os valores recebidos
  palavraAnalisada=(char*)palavra;
  certas=(char*)letrasCertas;

  char letraComparada=((letra>=’A’)&&(letra<=’Z’))?letra-‘A’+’a’:letra;

  while (*palavraAnalisada)
  {
    if (*palavraAnalisada==letraComparada)
      {
    acertos++;
    *certas=letraComparada;
      }
    palavraAnalisada++;
    certas++;
  }

  return acertos;
}

int contaFaltantes(const char* letrasCertas)
{
  char *letras=(char*)letrasCertas;
  int faltantes=0;

  while (*letras) if (*(letras++)==’-‘) faltantes++;

  return faltantes;
}

OK, você deve estar pensando…
E agora, como compilar esse programa?
Se você tentar compilar apenas um dos dois últimos códigos, você receberá uma mensagem de erro como a seguinte:

/usr/lib/gcc/i386-redhat-linux/4.1.2/../../../crt1.o: In function `_start’:
(.text+0x18): undefined reference to `main’
collect2: ld returned 1 exit status

Isso quer dizer que o compilador compilou corretamente o código, mas o linker não encontrou nenhuma função main(). Portanto, o comando padrão de compilação que usamos desde o começo do curso, que vimos lá atrás:
O primeiro programa: HelloWorld.c « Aulas de C

Entre no mesmo diretório onde você gravou o seu HelloWorld.c e digite o seguinte comando:
gcc -o HelloWorld HelloWorld.c

Já não serve mais.
Existem duas formas de compilar-se o código fonte com arquivos individuais e obter-se o binário. A primeira é utilizar-se o comando:

gcc -o roletrando main.c regras.c letras.c

Perceba que a única diferença aqui entre isso e o que temos feito desde sempre é que adicionamos os arquivos .c adicionais após o main(). Entretanto esse método não oferece grandes vantagens: você ainda gastará muito tempo compilando código-fonte pois, embora o código esteja separado, o compilador precisará reuní-lo antes de compilar e ligar o código. Desse modo, ao menos um dos benefícios da separação dos códigos em arquivos individuais terá sido perdida (você ainda gastará muito tempo compilando todo o código, inclusive os trecho que não mudaram).
O método que nos permite os melhores benefícios é aquele em dois passos, onde (1) o compilador gera cada um dos arquivos binários de cada código fonte e (2) o linker gera o binário final a partir do código binário gerado pelo compilador previamente. Cada compilador tem sua metodologia para gerar esse processo, e você deve ler cuidadosamente a documentação do seu compilador.
No GCC, primeiro iremos gerar o código binário (que chamaremos de código-objeto para distingüir do binário final, ou executável), por meio do comando:

gcc -o nome_do_codigo_objeto.o -c meu_arquivo_fonte.c

A opção -c do compilador GCC apenas faz a compilação do código, sem tentar fazer o link, conforme dito na documentação do mesmo:

-c  Compile or assemble the source files, but do not link.  The linking stage simply is not done.  The ultimate output is in the form of an object file for each source file.
By default, the object file name for a source file is made by replacing the suffix .c, .i, .s, etc., with .o.
Unrecognized input files, not requiring compilation or assembly, are ignored.

Ou seja, ele não gerará o o executável.

No nosso caso, utilizaremos primeiro os comandos:

gcc -o letras.o -c letras.c
gcc -o regras.o -c regras.c
gcc -o main.o -c main.c

Para gerarmos os arquivos .o (os códigos-objeto) de cada um dos código-fonte e, após isso, utilizaremos o comando:

gcc -o roletrando letras.o regras.o main.o

Para fazermos o link das funções e obtermos o executável.

É interessante notar que, no caso específico do GCC, ele possui alguma inteligência e é capaz de distinguir código-fonte de código-objeto. Portanto, a última linha do nosso primeiro passo:

gcc -o main.o -c main.c

Poderia ser substituída por:

gcc -o roletrando letras.o regras.o main.c

Sem problemas. Normalmente, porém, fazemos o passo da geração de arquivos objetos para cada arquivo-fonte.
E onde está o ganho? Até agora, gastei mais tempo lançando comandos!” você deve estar se perguntando.
Imagine que você está traduzindo o jogo do roletrando para um outro idioma e tem que, portanto, mexer na função explicarRegras(), em regras.c. Se você tiver com todos os códigos-objetos gerados, tudo o que você precisará fazer é gerar novamente o código-objeto de regras.c (regras.o) e refazer o executável com o comando para fazer o link das funções.
Existem muitas outras vantagens em usarmos esse método, mas não vem ao caso agora. Falaremos sobre outras vantagens no futuro.
Como “brincadeira”, tente visualizar os programas que criamos até agora e que usam funções, e tente recriá-los, separando as funções em arquivos fontes individuais e criando arquivos de cabeçalho para esses códigos. Esse processo é algo padrão no desenvolvimento de software e é algo muito comum.
Na nossa próxima “aula”, continuaremos esse assunto, aprofundando um pouco na automação da construção de binários a partir de arquivos de código fonte individuas e outras estratégias para organização de projetos.

Matrizes e Ponteiros – Parte 3 – Ponteiros e Funções

Olá!

Esse tópico será um pouco diferenciado, portanto vou avisando que será BEM MAIS LONGO e complexo do que os anteriores. Isso porque iremos ver como as funções em C são afetadas pelos ponteiros. É um tópico bem avançado em teoria, mas é interessante mencioná-lo agora, enquanto os conceitos relacionados a ponteiros estão “frescos” na memória. Na verdade, esse tópico será dividido em dois subtópicos:

  • Ponteiros de função, ou seja, usar um ponteiro para chamar diferentes funções decididas em tempo de programação. Isso é muito usado, por exemplo, em plugins de programas. Dizendo de maneira bem simplista, poderíamos carregar para a memória o conteúdo de um arquivo e fornecer o endereço onde esse conteúdo carregado se localiza para um ponteiro de função que o sistema executaria esse código dinamicamente (na verdade, existem mais complicadores, mas em termos gerais podemos dizer isso);
  • Passagem de ponteiros para funções: existem detalhes a serem mencionados quando passamos um ponteiro para uma função. Isso ocorre com muita freqüencia, uma vez que muitos “tipos” que um programador pode esperar de uma linguagem de programação (como strings, filas, listas, etc…) são resolvidas em C pelo uso de ponteiros;

Bem, vamos começar com o primeiro de nossos subtópicos:

Ponteiros de Função

Como já cansamos de dizer nesse “curso”, ponteiros são variáveis que armazenam um endereço no qual está um determinado conteúdo. Se pensarmos dessa forma, podemos imaginar que isso possa se aplicar a trechos de código.
“Por que?”, você deve se perguntar. Porque, embora o código não fique no heap ou em outros pontos de memória como os dos dados, ele PRECISA ESTAR na memória para funcionar. Ou seja, se um código não estiver carregado na memória RAM (ao menos no momento da execução), ele não pode ser executado. De fato, quando chamamos um programa binário, a primeira coisa que o sistema operacional faz é chamar uma rotina chamada LOADER para copiar os conteúdos do arquivo onde o binário se encontra para um espaço de memória específico (programas podem eles próprio solicitarem ao SO para carregarem partes de si que ficaram de fora da memória em tempo de execução – isso se chama carga dinâmica e é um tópico mais avançado, que não iremos tratar em um futuro próximo). Em seguida, são feitos procedimentos para iniciar a execução do programa que mudam conforme a arquitetura do sistema operacional e do hardware, mas em geral envolve inicializar uma série de variáveis de baixo nível do sistema operacional e algumas informações no nível dos registradores de hardware (um registrador é um espaço de memória muito pequeno que é usado diretamente pela CPU para coordenar as operações de sistema. Fundamentalmente são eles que carregam as informações e códigos “para dentro” da CPU e “devolvem” o resultado). De qualquer modo, o programa é carregado em memória e em seguida inicializado sua execução.
Quando um programa encontra uma chamada a uma função, ele “salta” para o local de memória onde o código daquela função está e começa a executar o código da função (existem certos procedimentos internos para impedir que a execução da função afete de maneira indesejada o funcionamento do código que a chamou, mas não entraremos em detalhes aqui). Ao terminar essa execução, ele “volta” para o comando seguinte ao qual a função foi chamado. Para isso, obviamente o sistema armazena antes as informações sobre onde ele estava antes de a função ser chamada.
Se pensarmos bem, vamos ver que o tempo todo existe manipulação de endereços no momento da execução de código. E se há endereços, há ponteiros!
Chega de papo! Nosso programa exemplo da vez é uma “calculadora” simples. O código é o seguinte:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int soma (int, int);
int subtracao (int, int);
int multiplicacao (int, int);
int divisao (int, int);

int main(void)
{
  int (*funcPointer)(); // o meu ponteiro de funcao vem aqui

  int a=0,b=0,c=0,oper=0;

  printf (“Entre com dois numeros inteiros separados por espaco: “);
  scanf (“%d %d”, &a, &b);

  do
    {
      printf (“Escolha uma operação a se realizar com esses numeros:\n”);
      printf (“1-) Soma\n”);
      printf (“2-) Subtracao\n”);
      printf (“3-) Multiplicacao\n”);
      printf (“4-) Divisao\n”);
      scanf(“%d”, &oper);
    } while (!((oper>=1) && (oper<=4)));

  switch(oper)
    {
    case 1:
      {
        funcPointer=soma;
        break;
      }
    case 2:
      {
        funcPointer=subtracao;
        break;
      }
    case 3:
      {
        funcPointer=multiplicacao;
        break;
      }
    case 4:
      {
        funcPointer=divisao;
        break;
      }
    }

  c=(*funcPointer)(a,b);

  printf(“O resultado da operacao desejada com os valores %d e %d e %d\n”,a,b,c);

  printf(“A funcao usada para executar a operacao desejada localiza-se em %p\n”,funcPointer);

  return(0);

}

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

int subtracao (int a, int b)
{
  return a-b;
}

int multiplicacao (int a, int b)
{
  return a*b;
}

int divisao (int a, int b)
{
  if (b==0)
    {
      printf(“Nao posso dividir nada por zero!\n”);
      return 0;
    }
  return a/b;
}

Bem, se observarmos bem, não existem grandes novidades aqui. Portanto, vamos nos restringir às explicações sobre os ponteiros de função. A primeira coisa importante a se notar está na declaração do ponteiro de função:

  int (*funcPointer)(); // o meu ponteiro de funcao vem aqui

Se você reparar, lembra levemente um protótipo de uma função. Porém, perceba que você tem o (*funcPointer)(), que indica que é um ponteiro de função. Poderíamos ler esse código como “funcPointer é um ponteiro que aponta para o código de uma função que devolve int“. Outra coisa a se notar é que aqui não tentamos resolver a parte da parametrização. Isso é importante de ser lembrado pois em teoria você pode usar funcPointer para executar qualquer função que retorne int. No momento em que usarmos o ponteiro de função, porém, é o momento no qual teremos que “resolver” a parte da parametrização. No momento, basta saber que aqui na realidade declaramos uma varíavel, ponteiro, que irá apontar para o código de uma função que irá retornar um valor int.
Em seguida, temos um switch…case que se baseia em um valor que passamos para ele como um int para decidir qual a operação a ser feita. Cada número possui um código similar ao abaixo:

        funcPointer=multiplicacao;

Se olharmos no início, veremos que declaramos funções que irão retornar valores int (ou seja, do tipo que é aceito por funcPointer):

int soma (int, int);
int subtracao (int, int);

int multiplicacao (int, int);

int divisao (int, int);

OK. Mas a sua pergunta deve ser “como o C sabe tratar as coisas nesse caso?”. Para o C, se você passa o nome de uma função sem os seus parâmetros, você está na realidade passando uma variável, ponteiro, para uma função cujo retorno será o tipo que a função retorna. Se pegarmos o nosso caso:

        funcPointer=multiplicacao;

Veremos que na nossa lista de funções declaradas existe uma função int multiplicacao (int, int);. Desse modo, o C trata o multiplicacao nesse caso não como um comando, mas como uma variável. Portanto, ele devolverá o endereço da posição de memória onde essa função começa. Isso é comprovado pelo comando:

  printf(“A funcao usada para executar a operacao desejada localiza-se em %p\n”,funcPointer);

que irá exibir o endereço de memória onde a função está armazenada.

Voltando ao programa: já sabemos como declarar um ponteiro de função (algo como tipo (*nomeDoPonteiroDeFuncao)()) e sabemos como passar o endereço para um ponteiro de função (como para qualquer outro). E para executarmos esse comando, como fazemos?

  c=(*funcPointer)(a,b);

É dessa forma. Usamos uma escrita similar à da declaração do ponteiro, mas agora indicando os parâmetros desejados.

AQUI MORA DRAGÕES!!!

O C não faz checagem de cabeçalho de função e das tipagens envolvidas em um ponteiro de função. Isso passa a ser responsabilidade do programador, tomar os cuidados de passar os parâmetros da forma correta. Portanto, devemos ter muito cuidado quanto à parametrização das funções a serem passadas via poibteiros de função. Em geral, quando precisamos desse recurso, utilizamos algum tipo de padronização dos parâmetros. Mesmo assim, vale a ressalva de que se tome muito cuidado com isso.
Perceba uma coisa: o retorno da função executada pelo ponteiro é armazenado na variável int c. Se o retorno para o ponteiro de função fosse void, não teríamos necessidade de guardar retorno nenhum. Os retornos continuam sendo resolvidos normalmente e warnings e erros são retornados por devolver retornos errados. Mas temos que tomar cuidado também quanto a isso: imagine que você declare a função divisao como retornando float. Embora o compilador retorne um warning relacionado à passagem de tipo incompatível, ainda assim ele irá gerar o código binário (você consegue evitar isso usando as opções de compilação pedântica do seu compilador – consulte a documentação do mesmo para maiores informações).
De resto, o código não possui muitos mistérios: uma vez que o switch escolha a função a ser executada, baseada na entrada do usuário, o ponteiro funcPointer recebe o endereço da mesma. Em seguida, é feita a execução da mesma, como dissemos anteriormente, e o valor é retornando para a varável c. Por fim, os comandos printf ao final de main exibira os resultados e o endereço onde a função alocada se encontra. Como “brincadeira”, para você entender melhor, mexa a seqüência nas quais as funções estão dispostas no código fonte. Essa seqüência meio que determina qual função ficará primeiro no código binário. Assim você poderá perceber que o código é manipulado não importa onde.
Bem, brinque um pouco com esse programa para entender ponteriros de função.

Passagem de ponteiros (Passagem por referência e por valor):

Até agora, todas as nossas funções tem passado seus parâmetros por valor, ou seja, passamos uma cópia da informação armazenada na variável que passamos. Isso permite um certo isolamento entre a função chamada e a que chama, o que garante uma segurança quanto aos conteúdos da variável “local”.
Porém, em muitas situações em C, precisamos manipular diretamente a informação das variáveis em uma função. Um exemplo de função que faz isso é a função da biblioteca STDIO scanf. Ela precisa saber onde está a variável cujo conteúdo será alterado para fazer a leitura da informação via teclado (utilizando-se do sistema operacional) e gravando o conteúdo no mesmo local apontado pela varíavel em questão. Isso é chamado tecnicamente de Passagem de parâmetros por referência e com isso o conteúdo no endereço apontado pela variável pode ser manipulado.
O C oferece, através dos ponteiros, formas de passarmos parâmetros por referência. Veremos isso no nosso próximo programa, que é uma brincadeira similar ao programa de TV Roda-a-Roda (antigo Roletrando):

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <string.h>

#define NUM_TENTATIVAS 6
#define TAMANHO_PALAVRAS 20

int checaLetra (const char* palavraEscolhida, const char* letrasCertas, char letra);
void explicarRegras (void);
int contaFaltantes (const char* letrasCertas);
int testaCerto (const char* palavraEscolhida, int* tentativasErradas);

int main (void)
{

  // Declarando variaveis

  // Biblioteca de palavras
  char palavras[][TAMANHO_PALAVRAS]={“rotina”, “retina”, “palhaco”, “lembranca”,
                                     “sistema”, “musica”,”curioso”, “fantasia”,
                     “malabares”,”sonhador”,”atitude”,”pacoca”};

  // Ponteiros necessarios
  char *palavraEscolhida, *letrasCertas;

  // Algumas variaveis de apoio
  int tentativasErradas=0,i;

  explicarRegras();

  srand(time(NULL)); // Serve para modificar a tabela de números pseudo-aleatórios

  palavraEscolhida=palavras[rand()%((sizeof(palavras)/TAMANHO_PALAVRAS)-1)];

  letrasCertas=malloc(strlen(palavraEscolhida)+1);
           
  if (!letrasCertas)
    {
      printf(“Nao consegui alocar memoria!\n”);
      return(1);
    }

  memset(letrasCertas,”, strlen(palavraEscolhida)+1);
  memset(letrasCertas,’-‘, strlen(palavraEscolhida));

  int tentativaAtual=0;
  while(tentativasErradas
    {
      char minhaLetra;
      tentativaAtual++;
     
      printf (“Okay, tentativa no %d (%d tentativas erradas):”, tentativaAtual, tentativasErradas);
      scanf (“%c”, &minhaLetra);
      getchar();
      if (!checaLetra(palavraEscolhida,letrasCertas,minhaLetra))
    {
      printf(“Que pena, essa letra nao aparece!\n”);
      tentativasErradas++;
      continue;
    }

      printf(“A palavra ate agora e: %s\n”,letrasCertas);

      if (contaFaltantes(letrasCertas)<=(strlen(palavraEscolhida)/2))
    {
      if((contaFaltantes(letrasCertas)==0)||testaCerto(palavraEscolhida,&tentativasErradas))
        {
          printf(“Muito bem! Você acertou!\n”);
          return(0);
        }
    }
    }
}

void explicarRegras (void)
{
  // Explicando as regras do jogo para o jogador
  printf (“Okay, vamos explicar as regras!\n”);
  printf (“Eu conheco algumas palavras, e vou escolher aleatoriamente uma delas.\n”);
  printf (“Voce vai me dizer qual letra voce acha que essa palavra tem!\n”);
  printf (“Se voce errar, vou considerar uma tentativa errada!\n”);
  printf (“Se voce acertar, vou te mostrar onde as letras estao!\n”);
  printf (“Quando voce tiver acertado metade das palavras, vou te dar “);
  printf (“a chance de dizer qual palavra e essa. \n”);
  printf (“Se voce errar, vou considerar uma tentativa errada!\n”);
  printf (“Se voce acertar antes de acabar as tentativas, voce vence!\n\n\n”);
  printf (“Algumas observacoes:\n”);
  printf (“Voce tem %d tentativas que voce pode errar.\n”,NUM_TENTATIVAS);
  printf (“Nenhuma palavra possui acentos, cedilha ou trema.\n”);
  printf (“Nao estou diferenciando maisculas e minusculas. \n\n”);
}

int checaLetra (const char* palavra, const char* letrasCertas, char letra)
{
  // Acertos obtidos (0 indica que nao tem a letra em questao na palavra)
  int acertos=0;

  // Ponteiros a serem inicializados
  char *palavraAnalisada, *certas;
 
  // Inicialidando os ponteiros com os valores recebidos
  palavraAnalisada=palavra;
  certas=letrasCertas;

  char letraComparada=((letra>=’A’)&&(letra<=’Z’))?letra-‘A’+’a’:letra;

  while (*palavraAnalisada)
  {
    if (*palavraAnalisada==letraComparada)
      {
    acertos++;
    *certas=letraComparada;
      }
    palavraAnalisada++;
    certas++;
  }

  return acertos;
}

int contaFaltantes(const char* letrasCertas)
{
  char *letras=letrasCertas;
  int faltantes=0;

  while (*letras) if (*(letras++)==’-‘) faltantes++;

  return faltantes;
}

int testaCerto (const char* palavraEscolhida, int *tentativasErradas)
{
  char *minhaResposta;

  minhaResposta=(char*)malloc(strlen(palavraEscolhida)+1);
  memset(minhaResposta,”, strlen(palavraEscolhida)+1);
     
  if (!minhaResposta)
    {
      printf(“Nao consegui alocar memoria!\n”);
      return(1);
    }

  char *conversao=minhaResposta;
  printf(“Qual palavra voce acha que e essa? “);
  fgets(minhaResposta,strlen(palavraEscolhida)+1,stdin);

  // Convertendo para minusculas e eliminando os caracteres de nova linha – \n
  while (*conversao)
    {
      *conversao=((*conversao>=’A’)&&(*conversao<=’Z’))?*conversao-‘A’+’a’:*conversao;
      conversao++;
    }

  minhaResposta[strlen(minhaResposta)]=”;
 
  if(strncmp(minhaResposta,palavraEscolhida,strlen(palavraEscolhida))==0)
    return(1);
  else
    {
      printf(“Que pena, voce errou!\n”);
      (*tentativasErradas)++;
      return(0);
    }
}

Existe pouca coisa nova aqui, à exceção do uso que faremos de passagem de ponteiros a funções e suas idiossincrásias. Inicialmente fazemos algumas inclusões e criamos duas constantes: NUM_TENTATIVAS e TAMANHO_PALAVRAS. Ambas são usadas para evitarmos “números mágicos”. Em especial, nós estamos incluindo a biblioteca padrão string.h, que define funções especiais para strings, além de ter a função malloc(), que precisaremos para alocar dinamicamente algum espaço de memória. Também declaramos quatro funções por meio de seus protótipos:

int checaLetra (const char* palavraEscolhida, const char* letrasCertas, char letra);
void explicarRegras (void);
int contaFaltantes (const char* letrasCertas);
int testaCerto (const char* palavraEscolhida, int* tentativasErradas);

As funções checaLetra, contaFaltantes e testaCerto são as funções que nos interessam. explicarRegras não faz nada, exceto exibir algum texto informativo explicando o funcionamento do nosso jogo. Não vou me ater a explicar o jogo, pois o jogo mesmo irá se explicar. 😉
No main, começamos declarando todas as variáveis úteis:

  char palavras[][TAMANHO_PALAVRAS]={“rotina”, “retina”, “palhaco”, “lembranca”,
                                     “sistema”, “musica”,”curioso”, “fantasia”,
                     “malabares”,”sonhador”,”atitude”,”pacoca”};

  // Ponteiros necessarios
  char *palavraEscolhida, *letrasCertas;

  // Algumas variaveis de apoio
  int tentativasErradas=0,i;

Declaramos uma matriz bidimencional de caracteres (ou, para ser mais exato, uma matriz de strings), onde uma das dimensões está em branco e a outra tem como tamanho TAMANHO_PALAVRAS. Isso é permitido para no máximo uma dimensão: se uma dimensão estiver em branco, o C irá alocar o espaço suficiente para conter os elementos nela, mas APENAS se a inicialização acontecer no momento da declaração, como no nosso código. Em seguida, declaramos dois ponteiros de caracteres, palavraEscolhida e letrasCertas, e algumas variáveis de apoio.
Em seguida, o sistema chama explicarRegras para explicar como funciona nosso jogo. Em seguida, usamos a função srand(time(NULL)) para gerarmos uma nova raiz de números pseudo-aleatórios (já vimos isso anteriormente, lembra?) e, usando

palavraEscolhida=palavras[rand()%((sizeof(palavras)/TAMANHO_PALAVRAS)-1)];

escolhemos uma das palavras.
Aqui tem uma pegadinha de programação: se você se lembra bem, mencionamos anteriormente que para o C, matrizes e ponteiros são estruturas similares. Isso porque em C uma matriz nada mais é que uma quantidade de memória alocada pelo sistema e declarada em ponteiro. Isso vale também para matrizes quaisquer dimensão. Podemos, desse modo, utilizar uma técnica para apontar diretamente a matriz de maneira “correta” (na realidade, existe um pequeno bug aqui, que vou deixar como uma “brincadeira” para você, leitor, identificar. A pista é: tem a ver com o tamanho. Você vai entender a seguir). No caso, o que fazemos é fazer com que o sistema escolha uma posição no começo de uma palavra. Para isso, existe alguma matemática com a função rand, usando o tamanho da matriz palavras e o TAMANHO_PALAVRAS de modo que rand retorne um valor entre 0 e o número de palavras-1, devolvendo o endereço do início dessa palavra para palavraEscolhida. Você pode se perguntar “e porque não copiar a palavra escolhida”. Isso é possível, mas é mais complexo e consome memória e tempo de processamento. Novamente: não pense em programação apenas para PCs, com seus gigas de memória e processamento. Pense, por exemplo, em um celular com alguns KB de espaço útil e poucos megahertz de processamento. Aproveitar a palavra que JÁ ESTÁ NA MEMÓRIA é uma idéia melhor. Nós veremos como usar essa informação de maneira segura já já.
Em seguida usamos malloc para alocar um espaço de tamanho igual ao tamanho da palavra escolhida. Fazemos uma checagem para ver se a alocação foi bem sucedida (NUNCA SE ESQUEÇA DISSO!) e usamos a função memset para preencher a memória alocada com terminadores nulos e, em seguida, com hifens. Essa segunda variável irá armazenar aonde você já acertou na escolha das palavras.
Entramos então no loop principal. Declaramos um caracter e adicionamos um a cada tentativa. O caracter é só declarado, sem ser inicializado. Aqui podemos “quebrar” a boa prática de C de inicializar uma variável assim que declará-la, pois aqui não iremos fazer mais nada que ler um caracter. Não há problema imediato nesse caso, pois é uma leitura rápida e o endereço usado será sempre o mesmo (não estamos alocando dinamicamente esse caracter). O jogador recebe uma informação sobre o número de tentativas que ele fez e quantas ele já errou (o laço compara o valor de tentativasErradas com o de NUM_TENTATIVAS). Foi colocado um getchar() para “limpar” qualquer caracter espúrio que tenha sobrado (em especial o ENTER).
E agora entramos em nossa primeira checagem: o jogador escolheu uma letra certa?
Para isso, temos a função:

int checaLetra (const char* palavraEscolhida, const char* letrasCertas, char letra);

Que recebe dois ponteiros e a letra a ser comparada.
Aqui existe um detalhe: os dois ponteiros são declarados como const.
Por que? Não queremos manipular o conteúdo deles?”, você deve estar se perguntando.

Aqui é importante clarificar uma coisa: quando você manda um ponteiro para uma função, ela tem, digamos assim, poder total sobre ele. Isso inclui trocar o endereço de memória para o qual o ponteiro aponta. Se você lembrar de quando usamos ponteiros para executar a função de Fibonacci, utilizamos dois ponteiros apontando para o mesmo lugar, sendo que um deles é que “se deslocaria” através do local alocado para armazenarmos os valores.
Para garantirmos que um ponteiro que estamos passando não vai ter seu endereço alterado, usamos a palavra-chave const antes do char*, para indicarmos ao sistema que esse ponteiro é constante (ou seja, irá apontar SEMPRE para o mesmo lugar enquanto em uso), o que oferecerá uma garantia de que, mesmo que o CONTEÚDO do endereço apontado seja alterado, o ENDEREÇO não o seja. Por segurança, a não ser que você precise manipular os endereços apontados, sempre coloque const quando usar ponteiros em parâmetros de função.
Indo para a função checaLetra, encontramos o seguinte código:

int checaLetra (const char* palavra, const char* letrasCertas, char letra)
{
  // Acertos obtidos (0 indica que nao tem a letra em questao na palavra)
  int acertos=0;

  // Ponteiros a serem inicializados
  char *palavraAnalisada, *certas;
 
  // Inicialidando os ponteiros com os valores recebidos
  palavraAnalisada=palavra;
  certas=letrasCertas;

  char letraComparada=((letra>=’A’)&&(letra<=’Z’))?letra-‘A’+’a’:letra;

  while (*palavraAnalisada)
  {
    if (*palavraAnalisada==letraComparada)
      {
    acertos++;
    *certas=letraComparada;
      }
    palavraAnalisada++;
    certas++;
  }

  return acertos;
}

Vamos analisar essa função. Para começar, temos a declaração de três variáveis: um int onde guardaremos a quantidade de vezes que a letra escolhida “casou” com alguma na palavra (0 se nenhuma), dois ponteiros de caracter (char*) que serão quem realmente fará o trabalho sujo, e um char que irá conter uma versão em minúscula do caracter digitado (isso deve-se ao fato de todas as palavras estarem em minúsculas, o que provocaria problemas na comparação entre os caracteres em caso de maiúsculas). A função não tem muito mistério: iremos correr os ponteiros de palavraAnalisada (que recebe a palavra que o sistema escolheu) e certas (onde serão gravados os acertos). Se o caracter que for apontado por palavraAnalisada “casar” com a letra a ser comparadas, será somado um ao número de acertos e a letra será gravada na posição apontada em certas. Como ambas se movem ao mesmo tempo (no fim do loop de comparação), a posição de certas onde a letra será gravada corresponderá à posição em que a letra fica em palavraAnalisada. Parece estranho no while não haver nenhuma condição de saída aparente, mas lembre-se que para C, qualquer valor 0 ou equivalente é considerado falso e provoca a saída do loop. No caso de strings, o terminador nulo da string é considerado um valor equivalente a 0 e portanto falso. Por isso, não precisamos especificar uma condição de saída. Esse tipo de construção é comum em programas C de alto nível e faz parte do “modo C de pensar” não declarar uma condição de saída explícita aqui. Após o loop, a função retornará quantos acertos ocorreram.
Vejamos agora uma coisa: é necessário criar os dois ponteiros de char?
SIM!
Usando const, garantimos que os endereços armazenados nos ponteiros que passaram os mesmos para o sistema não terão seus valores alterados. Porém, pela própria lógica que usamos, precisaremos de ponteiros que “se movam” através das strings, comparando os caracteres um a um e obtendo os acertos. Não teríamos como fazer isso usando o ponteiro const que passamos, pois ele é constante e portanto não pode ser manipulado. Porém, ao declararmos dois ponteiros e copiarmos os endereços de memória apropriados para eles, podemos “deslocar” esses segundo ponteiros, sem interferir nos ponteiros originais (constantes). Lembre-se que const nesse caso apenas impede que o endereço do ponteiro seja trocado, não seu conteúdo. Por meio dos ponteiros que declaramos dentro da função, podemos modificar os conteúdos das strings apontadas pelos mesmos e deslocar-nos através dos locais apontados, operando por meio de aritmética de ponteiros.
OK, acho que devemos estar claros quanto a isso. Voltemos ao nosso programa.
Lembra que dissemos que a função checaLetra retorna o número de acertos e 0 se nenhum? Isso tem um motivo:

      if (!checaLetra(palavraEscolhida,letrasCertas,minhaLetra))

Esse if explica nossa escolha. Assim como no caso do while em checaLetra, o if aqui é uma “boa prática” de C: ao invés de retornarmos um número arbitrário como falso, usamos o próprio mecanismo de “booleanos” em C (0 ou equivalente igual a falso, qualquer outro valor verdadeiro). Desse modo, o programa fica mais enxuto e rápido por dispensar comparações que seriam “desnecessárias”. Mas atenção: BOAS PRÁTICAS NÃO SÃO OBRIGAÇÕES! Se em algum código você precisar fazer comparações exijam o valor 0 como um valor verdadeiro, não se exime de usar o 0 como verdadeiro e comparar valores com operadores relacionais normalmente. O fato de você se ater a boas práticas ajuda na legibilidade e manutenção do código, mas não deve ser um grilhão para você.
Esse if irá apenas exibir uma mensagem de que o jogador errou e adicionará um ao número de tentativas, e iniciará uma nova interação do while pelo comando continue.
Caso o jogador tenha acertado a letra, ele verá a palavra com as letras que ele já acertou e com traços nas posições onde ainda têm letras que o jogador ainda não acertou. Em seguida chamamos outra função que usa parâmetros por referência, que é a contaFaltantes:

int contaFaltantes(const char* letrasCertas)
{
  char *letras=letrasCertas;
  int faltantes=0;

  while (*letras) if (*(letras++)==’-‘) faltantes++;

  return faltantes;
}

Basicamente ela conta quantos traços ainda existem em letrasCertas (ou seja, quantas letras ainda precisam ser descobertas). Novamente declaramos um int para armazenar o total de faltantes (com 0 caso não haja nenhuma faltante) e um char* para ser usado para “nos deslocarmos” através da string e contarmos os caracteres faltantes. O while dessa função é estranho:

  while (*letras) if (*(letras++)==’-‘) faltantes++;

O que queremos dizer aqui é que: enquanto *letras não apontar um terminador nulo, se o valor apontado por letras no momento do if for um traço, adicione um aos faltantes. Após a comparação, mova uma posição adiante o ponteiro letras (perceba a pós-fixação do ponteiro). Esse é outro tipo de construção característica que o C permite e muitas vezes ela é vista em programas profissionais C.
Depois de contadas as faltantes, comparamos esse total com a metade das letras da palavra escolhida. Se isso for verdade, uma nova contagem é feita para ver se todas as letras foram acertadas:

      if((contaFaltantes(letrasCertas)==0)||testaCerto(palavraEscolhida,&tentativasErradas))

Caso contrário, será chamada a função testaCerto. No caso, o C garante que, caso contaFaltantes retorne 0, testaCerto não será chamada (é a short-fuse logic – lógica de curto-circuito, que faz com que, uma vez uma comparação lógica seja irrefutavelmente verdadeira ou falsa, o resultado seja considerado sem necessidade de realizar os demais processamentos, poupando tempo). Perceba que aqui usamos a comparação contaFaltantes(letrasCertas)==0. Embora aqui pudessemos usar !contaFaltantes(letrasCertas), aqui a boa prática não contribuiria, e sim atrapalharia a legibilidade. É importante ter isso em mente ao escrever seus códigos.
Vejamos agora a função testaCerto, que é chamada no caso de ainda haver letras a serem descobertas em uma palavra com mais de metade de seus caracteres descobertos:

int testaCerto (const char* palavraEscolhida, int *tentativasErradas)
{
  char *minhaResposta;

  minhaResposta=(char*)malloc(strlen(palavraEscolhida)+1);
  memset(minhaResposta,”, strlen(palavraEscolhida)+1);
     
  if (!minhaResposta)
    {
      printf(“Nao consegui alocar memoria!\n”);
      return(1);
    }

  char *conversao=minhaResposta;
  printf(“Qual palavra voce acha que e essa? “);
  fgets(minhaResposta,strlen(palavraEscolhida)+1,stdin);

  // Convertendo para minusculas e eliminando os caracteres de nova linha – \n
  while (*conversao)
    {
      *conversao=((*conversao>=’A’)&&(*conversao<=’Z’))?*conversao-‘A’+’a’:*conversao;
      conversao++;
    }

  minhaResposta[strlen(minhaResposta)]=”;
 
  if(strncmp(minhaResposta,palavraEscolhida,strlen(palavraEscolhida))==0)
    return(1);
  else
    {
      printf(“Que pena, voce errou!\n”);
      (*tentativasErradas)++;
      return(0);
    }
}

Quando chamamos testaCerto, passamos a palavra em um ponteiro const char* e um int*.
Por que esse int não é const?“.
O int aqui não é const pois, vamos dizer assim, o original não era um ponteiro. A validade do que dissemos sobre a alteração potencial do endereço só vale para quando passamos ponteiro-para-ponteiro. Quando derreferenciamos uma variável comum e passamos sua referência, mesmo que haja uma alteração no endereço dentro do código da função, não haverá outros impactos na variável de retorno (além de possíveis crashes de sistema e, na melhor das hipóteses, erros de lógica). Colocar um const como precaução a mais é errado? Não. Mas como o código aqui não vai alterar essa posição (apenas o conteúdo do endereço), não há tanta necessidade assim de colocar const nesse momento.
É imporante aqui dizer que o retorno é 1 para o caso de você acertar a palavra e 0 se errar. A passagem por referência de tentativasErradas é importante pois precisaremos, no caso de erro aqui, adicionar 1 ao número de tentativas erradas (não haveria como fazer uma segunda chamada, uma vez que a entrada do usuário é feita nessa função, e armazenar o valor de retorno dessa função antes da comparação no if que a chama no programa principal, ainda que possível, é complexo e propenso a erros). Inicialmente alocamos o mesmo tanto de memória que usamos na palavraEscolhida para o usuário entrar sua tentativa usando malloc e colocamos um segundo ponteiro chamado conversao para esse endereço. Usamos fgets para aceitar a resposta dada pelo usuário e colocamos o terminador nulo ao fim da entrada do usuário. Usando o ponteiro conversao, convertemos a palavra para minúscula (uma conversão que fazemos usando o fato de que variáveis char podem ser entendidas como int e podemos subtrair um char de outro – mais exatamente, o valor ASCII de um do valor ASCII de outro – e somá-los com um terceiro char).
Em seguida, usamos a função strncmp da biblioteca string.h, para comparar a resposta dada com a palavraEscolhida. Essa função compara um determinado trecho de uma string com o trecho de mesmo tamanho da outra string. Para evitar que o jogador use um cheat e digite apenas a parte que ele sabe da palavra, determinamos que o tamanho a ser usado é o de palavraEscolhida, não da tentativa do jogador. Isso porque strncmp devolve 0 se os dois pedaços forem exatamente iguais, -1 se o primeiro for alfabeticamente anterior ao segundo e 1 se o primeiro for alfabeticamente posterior ao segundo (e aqui você deve ter entendido porque disse que o jogador poderia cheatar aqui). Se o resultado for 0, ou seja, as duas palavras forem iguais, a função retorna 1, o que vai fazer o if no código principal ser verdadeiro. Caso contrário, retornará 0, tornando o if falso (lembrando que pelo short-fuse logic, a primeira função deve ser falsa – senão essa nem seria executadas). Antes de devolver o 0 no caso de erro, porém, ele mostra uma mensagem de erro e soma um ao número de tentativasErradas (atente que o ++ fora do parênteses em (*tentativasErradas)++ indica que o valor a ser alterado é o que está armazenado no endereço apontado por *tentativasErradas, não o próprio *tentativasErradas.).
Se você notar, caso o if seja falso, ele acaba no final do loop. Uma nova iteração será aberta obviamente, se o número de tentativasErradas ainda for menor que o NUM_TENTATIVAS. Caso contrário, o programa sairá do loop e se encerrará.
Algumas “brincadeiras”:

  1. Descubra o bug na instrução que escolhe as palavras;
  2. Aumente o número de palavras e veja se isso altera alguma coisa no funcionamento do código e se ele não chega a escolher alguma das palavras novas ou antigas. Coloque palavras grandes e veja o que acontece. Modifique o código para corrigir tal circunstância;
  3. Uma coisa que não foi considerada propositalmente nesse código: no jogo normal, você não pode pedir uma letra já pedida. Além disso, a qualquer momento você pode pedir uma lista das letras já usadas. Crie uma lógica que trate dessas condições;
  4. Em algumas versões desse jogo, uma tentativa errada de informar a palavra completa acaba com o jogo de uma vez. Tente criar uma lógica assim;
  5. Em algumas versões, existe uma regra que, caso um determinado número de tentativas erradas consecutivas seja alcançada, o jogo acaba. Tente adaptar o jogo para essa regra;

Bem, com esse tópico, encerramos (ao menos por agora) o tópico Matrizes e Ponteiros. Ainda existe um tema dentro dela que falta, que é o de ponteiros de ponteiros, mas veremos ele no futuro, quando tratarmos de estruturas de dados complexas em C. Por agora é só e tenho só que agradecer por vocês terem aguentado tanto. 😛
Saiba mais

Funções – Parte 2

Olá a todos!
Bem, primeiramente desculpem a demora, pois tive muitas atividades de trabalho que me “frearam” um pouco. Mas não perdi a vontade de passar o que sei de C. E vocês, ainda estão aqui aprendendo?
Bem, então vamos continuar o tópico da aula anterior: Funções.
Na aula anterior, vimos como construir uma função, porque devemos usá-las, e como passar parâmetros e receber seus retornos. Com isso, podemos dizer que sabemos construir funções. Porém, ainda não sabemos como aproveitar ao máximo as funções, uma vez que vimos regras que “amarram” a construção de funções, tornando-as complexas. Em especial a regra de criar-se a função antes do uso (ou seja, colocar o código da função antes de qualquer chamada que seja feita a ela) é muito estranha. Na aula de hoje, iremos ver como escapar dessa “amarra” de programação. Também veremos uma característica das funções em C chamada recursividade, que é a capacidade de uma função chamar a sí própria, o que torna mais simples construir-se determinados algoritmos e programas.
Bem, vamos ao que interessa:

Protótipos de Função:

Bem, vamos começar com o primeiro tópico, que é o de protótipos. No caso, teremos um programa em cada tópico. Para o nosso tópico, usaremos o programa abaixo:

#include <stdio.h>

int soma(int a, int b);
int subtracao(int a, int b);
int multiplicacao(int a, int b);
int divisao(int a, int b);

void main(void)
{
  /**
   * No GCC, esse cabecalho para main retorna o seguinte warning:
   *
   * warning: return type of ‘main’ is not ‘int’
   */

  int val1=0, val2=0, opt=0, res=0;

  do
    {
      printf(“Digite um valor:”);
      scanf(“%d”,&val1);

      printf(“Digite outro valor:”);
      scanf(“%d”,&val2);

      printf(“Escolha a operação a ser realizada…\n\n”);
      printf(“1 – Soma\n”);
      printf(“2 – Subtracao\n”);
      printf(“3 – Multiplicacao\n”);
      printf(“4 – Divisao”);
      printf(“0 – Sair do Programa\n\nDigite os operadores e a operacao separados por espaco:”);

      scanf(“%d”,&opt);

     switch(opt)
      {
      case 1:
        res=soma(val1,val2);
        break;
      case 2:
        res=subtracao(val1,val2);
        break;
      case 3:
        res=multiplicacao(val1,val2);
        break;
      case 4:
        res=divisao(val1,val2);
        break;
      case 0:
        break;
      default:
        printf(“Opcao invalida\n”);
        continue;
      }

      if (opt!=0) printf (“O resultado da sua operacao para %d e %d e %d\n\n”,val1,val2,res);
    } while (opt!=0);

  /**
   * No GCC, a linha abaixo provoca o seguinte warning:
   *
   * warning: ‘return’ with a value, in function returning void
   */

  return(0);
}

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

int subtracao(int a, int b)
{
  return a-b;
}

int multiplicacao(int a, int b)
{
  return a*b;
}

int divisao(int a, int b)
{
  return a/b;
}

Primeira coisa: perceba que usamos novamente um outro tipo de protótipo para main(), void main(void). Como dissemos nos comentários do programa, o uso desse protótipo não é padrão e irá retornar alertas (Warnings) pelo compilador. Se preferir fazer um programapedante” (ou seja, sem erros ou alertas), você pode trocar o protótipo do main() de volta para o velho e bom int main(int argc, char** argv). De qualquer forma, apenas fizemos isso para demonstrar o que acontece quando tenta-se utilizar um desses protótipos não-padrão.

Agora, vamos a algo importante antes de entrarmos no nosso tópico. Olhe o código em verde:

    switch(opt)
    {

      case 1:

        res=soma(val1,val2);

        break;

      case 2:

        res=subtracao(val1,val2);

        break;

      case 3:

        res=multiplicacao(val1,val2);

        break;

      case 4:

        res=divisao(val1,val2);

        break;

      case 0:

        break;

      default:

        printf(“Opcao invalida\n”);

        continue;

    }

Esse comando de controle de fluxo, o switch, é muito usado como substituto para cadeias monstruosas de if…elseif…else, em especial quando existem códigos que serão usados em uma ou mais opções. O switch…case compara o valor da variável dada como entrada (no nosso caso, opt) com o valor inserido em cada uma das linhas case. Caso o valor da variável em questão seja igual ao valor de um dos case, o programa irá seguir a execução desse ponto até o final do bloco switch…case ou até encontrar um comando break, o que acontecer primeiro. No caso de nenhum dos case case com o valor da variável a ser comparada, nada será feito, a não ser que exista uma cláusula default estipulada no bloco. Nesse caso, o programa irá continuar a execução a partir desse ponto, valendo as mesmas regras para os demais case. No nosso caso, por exemplo, se opt for igual a 7, o default será executado e exibirá na tela Opcao Invalida, e retornará ao início do laço do…while. Caso, por exemplo, opt estivesse em 2, o resultado da função subtracao(val1,val2) seria associado à variavel res e em seguida o switch…case seria interrompido.
Bem, agora que falamos desse comando de controle de fluxo que “passou batido” até agora, vamos falar sobre o nosso tópico atual.
Como vimos na aula anterior, as funções devem, na teoria, vir antes de serem usadas por um programa. Na realidade, isso não é bem verdade. O que o compilador normalmente precisa é saber como trabalhar com uma função, ou seja, os valores que ele precisa passar para a mesma como parâmetros e o tipo de retorno da mesma. O código em si não precisa sequer ser descrito como parte do seu programa, podendo estar (o código em si) em qualquer outro lugar. (lembram das bibliotecas, como stdio.h, string.h e stdlib.h? Na realidade eles são úteis para o compilador saber como usar as funções que eles “representam”. Os códigos estão armazenados em outras bibliotecas e arquivos dentro do sistema operacional ou do compilador). Como exemplo, podemos pensar em um conector para celular. Cada celular usa um conector específico e, desde que o conector siga o tipo de conexão que o celular exige, pode ser usado conectores de quaisquer marcas (vide a quantidade de carregadores “genéricos” que existem por aí) e com qualquer tipo de entrada de energia (não importa se é de tomada ou de carro, por exemplo).
No C, chamamos esses “padrões” de protótipos de função. Um protótipo de função nada mais é que um informativo que o compilador usa para saber como “chamar” uma função. A idéia é que os protótipos representam a seqüência de parâmetros e o tipo de retorno das funções a serem usadas no nosso código. Lembram-se de quando falamos que existe a idéia de “caixa preta” no código? Os protótipos são o que permitem a existência dessa “caixa preta”: o que o programador e o compilador precisa saber é o que a função precisa de entrada e o que ela devolve como resultado. O programador não precisa como saber como a função foi construída (imaginando que não tenha sido ele que a construiu) e o compilador só precisa saber se as chamadas de função são “encaixáveis” corretamente ao código.
Quando o programa é compilado, as funções que não fazem parte do programa e que estão em biblotecas são “encaixadas” ao programa de várias formas em um passo chamado de linkedição (em alguns livros mais atuais, usa-se o termo ligação). Um binário sem ser linkeditado é chamado ocasionalmente de código-objeto e, embora não seja útil para ser executado, eles são muito úteis (veremos no futuro compilação de programas com múltiplos fontes), inclusive podendo conter funções que possam ser ligadas a posteriori a outros programas (nessa situação, o código-objeto é chamado também de biblioteca). Uma vez que o ou os programas-fontes sejam compilados e linkeditados, o binário executável está pronto.
Voltando ao assunto, é por meio dos protótipos que o compilador sabe como “encaixar” cada função nas partes onde as funções são chamadas (na realidade, são colocados endereços para onde o programa vai e segue a execução). Além disso, por meio dos protótipos que o compilador, até certo ponto, consegue “perceber” se o código está corretamente construído, pois ele tem todas as informações da entrada de dados (parâmetros) e da saída (retorno).
Para o protótipo da função, a construção é igual ao do nome da função no início da mesma (que alguns chamam de cabeçalhos), com a diferença do ; no fim do protótipo. Na realidade, para o protótipo, você não precisa colocar nenhum nome de variável. uma vez que nesse momento, o que ele precisa saber é quais os tipos de parâmetro a serem recebidos, e não seu nome. No caso, embora tenhamos usado:

int soma(int a, int b);

para uma maior legibilidade do código, poderíamos usar simplesmente:

int soma(int, int);

que seria tão útil quanto o protótipo que o colocamos. De qualquer forma, aconselho que mantenha as declarações com “nomes de variáveis” como uma boa prática, para aumentar a legibilidade sobre quais são os parâmetros a serem passadas.
Não existe o que falar mais: uma vez que o protótipo tenha sido colocado de alguma forma à disposição, o compilador pode buscar funções em qualquer lugar, seja dentro do código objeto equivalente ao fonte compilado, em um arquivo de biblioteca ou no próprio sistema operacional e “encaixá-las” ou “ligá-las” ao programa do usuário.
De resto, existe pouco o que falar desse programa, pois ele não tem mistérios quanto ao que cada função faz. Para as “brincadeiras”, sugerimos:

  1. Tente remover os protótipos (comentando-os, por exemplo) e compilar os programas. Alguns compiladores irão dar alertas mas irão compilar o seu fonte, enquanto outros simplesmente se recusarão a compilar o fonte;
  2. Para comprovar que o “nome de variável” no protótipo não faz diferença, modifique o “nome de variável” de alguma das funções no protótipo, mas não na função;
  3. Para entender bem a idéia dos protótipos de função, uma boa forma é ler a documentação da biblioteca-padrão do C. Existem muitas funções interessantes nela, em especial em bibliotecas como stdlib.h, string.h, stdio.h, time.h e math.h. Nesse link você encontra a documentação completa das bibliotecas-padrão (em inglês). Procure ler com calma e tentar entender o que cada função faz. Obviamente você não compreendará tudo no presente momento, pois muitas funções lidam com conceitos avançados que ainda falaremos, mas com calma você verá algumas funções interessantes. Se possível, tente construir seus próprios programas e funções a partir dos códigos que mencionamos no momento;

Bem, com isso terminamos a parte de protótipos de função. Vamos a um tópico mais interessante: recursividade.

Recursividade – Chamando a si próprio:

Existem certos algoritmos (formas de descrever-se algo para um computador) que são mais facilmente representáveis quando eles usam de algum modo a si próprio. Dois exemplos clássicos são os cálculos de Fatorial e do número Fibonacci. Para relembrar, um número N fatorial (representado N!) é representado pela multiplicação de todos os inteiros até N (sendo que os fatoriais de 0 e 1 são definidos como 1). No caso, esse é o algoritmo que iremos ver em C, pois pe um exercício clássico de programação recursiva.

#include <stdio.h>

unsigned int fatorial (unsigned int a)
{
  if ((a==0) || (a==1))
    return 1;
  else
    return a*fatorial(a-1);
}

int main(void)
{
  unsigned int numeroFatorial=0;

  printf(“Digite o numero ao qual deseja-se obter fatorial (apenas positivos): “);
  scanf(“%d”, &numeroFatorial);
 
  printf(“%d! = %d\n”,numeroFatorial,fatorial(numeroFatorial));

  return(0);
}

Esse código é bem básico e tem pouco mistérios. O importante é atentar ao código da função fatorial:

unsigned int fatorial (unsigned int a)
{

  if ((a==0) || (a==1))
    return 1;

  else

    return a*fatorial(a-1);

}

A primeira coisa que ele define é que, caso o valor passado na execução da função seja 0 ou 1, o valor a ser devolvido pela execução é 1. Caso contrário, ele irá devolver o valor passado vezes o valor devolvido pela execução da mesma função com um valor igual ao valor passado-1.
Como funcionaria então, por exemplo, para o fatorial 5? Vejamos em um teste de mesa:

  • main começa executando fatorial(5);
  • Como 5 não é igual a 0 ou 1, ele deveria retornar 5*o resultado de fatorial(5-1), ou seja, fatorial(4). Como não sabe o valor de fatorial(4), ele executa fatorial(4);
  • Como 4 também não é igual a 0 ou 1, ele deveria retornar 4*o resultado de fatorial(4-1), ou seja, fatorial(3). Como não sabe o valor de fatorial(3), ele executa fatorial(3);
  • Como 3 também não é igual a 0 ou 1, ele deveria retornar 3*o resultado de fatorial(3-1), ou seja, fatorial(2). Como não sabe o valor de fatorial(2), ele executa fatorial(2);
  • Como 2 também não é igual a 0 ou 1, ele deveria retornar 2*o resultado de fatorial(2-1), ou seja, fatorial(1). Como não sabe o valor de fatorial(1), ele executa fatorial(1);
  • Como 1 é igual a 1, a função fatorial retorna 1;
  • Agora ele volta para a execução de fatorial(2), pois obteve o valor de fatorial(1), que ele precisava. Ele faz 2*fatorial(1), ou seja, 2*1, retornando 2;
  • Em seguida, retoma a execução de fatorial(3), pois obteve o valor de fatorial(2), que ele precisava. Ele faz 3*fatorial(2), ou seja, 3*2, retornando 6;
  • Em seguida, retoma a execução de fatorial(4), pois obteve o valor de fatorial(3), que ele precisava. Ele faz 4*fatorial(3), ou seja, 4*6, retornando 24;
  • Por fim, retoma a execução de fatorial(5), pois obteve o valor de fatorial(4), que ele precisava. Ele faz 5*fatorial(4), ou seja, 5*24, retornando 120 para main;

Atenção para a questão de:

  if ((a==0) || (a==1))
    return 1;

Todo algoritmo recursivo deve ter uma situação de “escape”, caso contrário provocará um loop infinito. No caso do fatorial, é o fato que os fatoriais de 0 e 1 são definidos por padrão como 1 (no link da Wikipedia mostrado anteriormente há uma explicação dos motivos desses valores serem pré-definidos). Somando-se isso e o fato de que a chamada recursiva é sempre equivalente ao valor da chamada atual-1, o resultado é que cedo ou tarde, o valor vai ser 0 ou 1 (valores negativos são negados já na tipagem unsigned int), ou seja, a “escada” de chamadas irá ser desfeita, com cada chamada devolvendo os valores esperados pela anterior. Caso isso não ocorra, haverá um loop “infinito” que se encerrará com um estouro de memória (uma vez que cada chamada de função armazena localmente valores e portanto precisa de espaço de memória).
Bem, não existe mais o que se falar sobre recursividade. Como “brincadeiras” quanto recursividade, sugiro:

  1. Uma circunstância a ser levada em consideração ao se construir algoritmos com recursividade é sobre o uso dos operadores unários de incremento e decremento (++ e ). Para observar seu impacto, no return a*fatorial(a-1), tente substituir por return a*(a–) e verifique o que acontece. Lembre-se que os operadores unários de incremento e decremento atuam como operadores de incremento/decremento e atribuição;
  2. Edite o código da chamada recursiva e elimine a “condição de escape” da recursão. Coloque algum código que permita você visualizar os valores recebidos a cada chamada recursiva e seus impactos e analise o resultado final;
  3. Tente implementar o algoritmo para determinar-se um número Fibonacci. Lembrando que um número de Fibonacci equivale à soma de todos os números naturais antecessores a ele, predefinido que o 0° Fibonacci é 0 e o 1° Fibonacci é 1. Se você reparar bem, não é muito diferente do cálculo de um número Fatorial;

Com isso, acabamos o básico de Funções. Ainda existem tópicos a serem cobertos. Em especial, um tópico importante que estamos deixando para trás é o de tipos de passagem de parâmetro, um tópico importante que cobriremos quando falarmos de ponteiros, nosso próximo assunto.
Vamos ter algum tempo até começarmos o assunto de ponteiros. Enquanto isso, existem muitos sites e apostilas na internet com exercícios de programação em C que poderão ajudar você a fixar o conteúdo que vimos até agora. Enquanto a mim, vou ficar um tempo sem uma Internet de boa qualidade, mas prometo que, assim que voltar estarei postando o início do tópico de ponteiros, com a parte de matrizes, ponteiros e a correlação entre os dois. Esse será um tópico bastante complexo, mas que se lido com calma irá ser bem fixado.
Então, nos vemos em 2011, pessoal. Até lá, boas festas e muita programação C para todo mundo! 😛

Funções – Parte 1

Olá a todos!
Bem, agora já estamos começando a pensar em programas nós mesmos, não é?

Agora, vamos pensar um pouco no programas que fizemos lá atrás, quando falamos de Entrada de Dados e Variáveis. Aquele foi um programa razoavelmente grande. Agora imagine que você crie um programa realmente complexo, que realize atividades similares em diversos pontos do mesmo. Se você escrever esse programa como criamos o programa de exemplo de Entrada de Dados e Variáveis, você teria um grande programa com vários pontos repetidos. Desse modo, caso precisasse alterar o modo como essas atividades similares seriam executadas, você teria que mexer em vários pontos similiares, o que mesmo o melhor dos programadores não conseguirá com facilidade e sem a possibilidade de provocar erros.
Por isso, o C (como toda boa linguagem de programação) prevê formas de dividir o programa em “pedaços” que executem a mesma tarefa. Chamamos esses pedaços de funções.
Na realidade, já usamos muitas funções até aqui. Todo comando que mostramos até agora, à exceção de palavras chaves como if ou do…while, são funções. A vantagem de dividir-se o programa em funções é que podemos isolar determinadas atividades nelas, o que permite:

  1. Programas escritos de maneira mais legível;
  2. Melhor manutenção do código, em especial em projetos complexos; você foca só no que está dando errado e uma vez que tudo esteja OK as melhorias se refletem apenas no que está dando errado;
  3. Reutilização de código: por meio das funções podemos criar bibliotecas de funções (lembra do que falamos anteriormente sobre isso?) que englobem funções que usamos constantemente em um (ou mesmo em vários programas) e com isso reaproveitar esse código em muitos casos;

Claro que uma função deve ser criada para ser suficientemente genérica, mas feito isso ela pode ser aproveitada nos mais diversos momentos.
Bem, dito essa teoria, vamos ao nosso programa exemplo: um programa de médias escolares.

#include <stdio.h>

/**
* Essa função de média irá acrescentar os valores adicionados à média
* anterior e devolverá a média no momento
*/
float media(float nota)
{
   static float mediaAtual=0.0;
   mediaAtual=(mediaAtual==0)?nota:(mediaAtual+nota)/2;
   return mediaAtual;
}

int main(void)
{
    float nota=0.0;
    int notas=0;

    do
    {
        printf(“Digite a próxima nota ou -1 para sair:”);
        scanf(“%f”,&nota);

        if (nota!=-1)
        {
             notas++;
            printf(“Com essa nota, a média total é de %9.2f\n”,media(nota));
        }

    } while (nota!=-1);

    return 0;
}

Na parte do main() fica a ressalva de que mudamos um pouco o início: de int main (int argc, char** argv), estamos usando int main(void). Como dissemos no Hello World, essa construção (sobre a qual aproveitaremos para falar a seguir) pode ser mudada, embora o compilador possa gerar um aviso de que você está fugindo do padrão do C. No nosso caso, colocamos void nos parâmetros para indicar que não receberemos parâmetros (void é uma palavra reservada do C que indica algo “vazio” – veremos mais sobre isso adiante), ou melhor, que não utilizaremos parâmetros que sejam passados. De resto, o nosso main() engloba coisas que já vimos nas últimas semanas e que você deve estar afiado caso tenha seguido as sugestões que fizemos para mexer no código e compreendido o que fizemos até agora. Na verdade, tem algo que iremos falar, mas apenas depois que vermos nossa função:

float media(float nota)
{

   static float mediaAtual=0.0;

   mediaAtual=(mediaAtual==0)?nota:(mediaAtual+nota)/2;

   return mediaAtual;

}

Já falamos anteriormente sobre o conceito de blocos de código. Basicamente, um bloco de código é uma parte do programa que é isolada logicamente e considerada como um comando único. Para “isolar-se” um bloco de código em C, usa-se as chaves ({}). De maneira “rápida e suja”, podemos definir uma função como um “bloco de código com nome”. Na realidade, uma função pode estar em um outro ponto do programa ou até mesmo em um arquivo totalmente isolado. A única regra para uma função é que ela tem que vir de alguma forma “antes” de qualquer ponto do programa onde ele seja usado (na próxima semana, quando encerrarmos o assunto Funções, veremos que não é bem assim e existem técnicas simples que permitem ao programador colocar sua função onde deseejar).
Uma função na realidade é caracterizada por realizar alguma tarefa e retornar algum valor. Para facilitar a vida do programador e desobrigá-lo de saber o que a função realmente faz, toda linguagem de programação parte do princípio de que uma função é uma “caixa preta”: você coloca determinados parâmetros na entrada da mesma, ele realiza algum processamento (que o programador não precisa realmente saber do que se trata) e devolve ao usuário alguma saída. Porém, embora seja uma “caixa preta”, é sempre necessário a uma função indicar o que ela espera receber de parâmetros para trabalhar e o que o usuário irá receber de volta. No C isso é feito no momento em que se nomeia a função.
Como dissemos acima, podemos pensar em uma função como um “bloco de código com nome”. Em C, chamamos o “nome da função” de protótipo ou assinatura (esse último é mais usado em documentos focando C++ e tem a ver com certas propriedades da mesma). O protótipo de uma função costuma seguir o formato:

retorno nome (tipoPar1 par1[=init1],tipoPar2 par2[=init2],…,tipoParN parN[=initN])

Onde:

  • retorno indica o tipo de varíavel que a função retorna. Esse tipo pode ser qualquer tipo básico do C, ponteiros (veremos isso quando entrarmos nesse assunto) ou void: void pode ser entendido como um nulo, ou seja, quando C executar uma função cujo retorno seja void ele não deve esperar nenhum retorno do mesmo (na realidade, alguns compiladores costumam provocar erros de compilação);
  • nome é o nome pelo qual a função é chamada. Os nomes de função seguem as mesmas regras que vimos quanto aos nomes de variável que vimos quando falamos de Entrada de Dados e Variáveis.  Além disso, não podem ter o mesmo nome de funções que tenham sido importadas por meio de #includes. Uma coisa: mesmo para as funções da biblioteca padrão vale a mesma regra. Por exemplo: se eu não importar a stdio.h, posso incluir minha própria versão de printf sem problemas. Veremos o motivo disso adiante;
  • Dentro dos parênteses incluímos uma série de indicações sobre os parâmetros da função, tipoPar1 par1[=init1],tipoPar2 par2[=init2],…,tipoParN parN[=initN]. Elas são distrinchadas assim: tipoPar é o tipo da variável em questão, que pode ser de qualquer tipo básico do C, tipos do usuário ou ponteiros (veremos os dois últimos no futuro). A ele pode ser agregado um modificador const, que indica que, não importa o que aconteça, esse valor não deve ser modificado (esse modificador só é útil quando usamos ponteiros – explicaremos o porque quando alcançarmos esse tópico); par é o nome do parâmetro. Opcionalmente, você tem init, que permite que você defina um valor default para inicialização, que será colocado caso esse parâmetro não seja passado (isso é feito ao deixar o espaço desse parâmetro vazio, sem nenhuma váriavel ou valor, mesmo null – para o compilador, passar null é passar um valor, ainda que nulo).
  • Uma ressalva sobre parâmetros: se você não esperar nenhum parâmetro em uma função, é uma boa prática inserir void dentro dos parênteses, ainda que parênteses em branco (()) seja igualmente suficiente para indicar uma função sem parâmetros. Essa boa prática ajuda na leitura do que a função faz e em muitas documentações você verá ela sendo adotada;

Bom, após vermos como é nomeada uma função, vamos ver o nome de nossa função e destrinchá-la:

float media(float nota)
  • Primeiro, indicamos que ela é uma função que irá devolver um valor de ponto flutuante (float);
  • Depois, informamos que o seu nome é media;
  • E na parte de parâmetros, indicamos que ela recebe apenas um parâmetro, do tipo flutuante e chamado nota (float nota). Também, pela ausência de um igual, indicamos que ela não tem um valor default. Portanto, a ausência desse parâmetro irá provocar um erro. Se tivéssemos indicado um default e não passássemos um valor, o compilador poderia devolver um alerta, mas ainda assim o programa iria compilar normalmente;

Escopo de varável e o modificador static:

Dito isso, vamos falar sobre o código. Na nossa primeira linha, temos uma declaração especial:
   static float mediaAtual=0.0;
Essa única linha vai nos levar a todo um tópico de explicações. Na realidade, para entendermos ela totalmente, precisaremos falar sobre escopo de variável e sobre como funciona a declaração de variáveis dentro de uma função.
Como já fizemos no main() quando falamos de Entrada de Dados e Variáveis, podemos declarar variáveis internas em uma função  Na realidade, você pode declarar variáveis dentro de qualquer bloco de código. Como uma função é um “bloco de código nomeado”, podemos definir variáveis dentro delas. Além dos parâmetros (que são variáveis dentro da função), podemos declarar quantas variáveis que acharmos necessárias. No caso, da mesma forma que uma variável no main() representa o local onde um conteúdo fica dentro do programa principal, uma variável dentro de uma função representa o local onde um conteúdo ficará armazenado dentro da função. Importante, porém, é notar que uma variável dentro de uma função pode ter um nome que já esteja sendo usado fora da função. Isso é possível pois, embora os nomes das variáveis sejam iguais, seus escopos são diferentes: uma vale para a função main() e outra para a função que o usuário criou, e o compilador, ao gerar o programa, tratará tais variáveis como variáveis diferentes e portanto com locais em memória diferentes. Existem algumas formas de mudar esse comportamento que veremos adiante.
Normalmente, ao chamar-se uma função, todas as suas variáveis são reinicializadas com os valores que o usuário definiu (ou com valores arbitrários, caso não o tenha feito), ou seja, podemos dizer que a cada chamada de uma função o valor de suas variáveis é resetado. Esse é o comportamento esperado, pois parte-se do princípio que cada chamada de uma função irá processaar valores não exatamente iguais.
Porém, existem casos onde podemos precisar que um ou mais valores permaneçam “salvos” entre chamadas de uma mesma função. Para garantir que isso aconteça, utilizamos um modificador na declaração da variável chamado static (estático). O que ele faz é garantir que a variável em questão tenha seu valor mantido entre as várias chamadas à função. Ou seja, após a função terminar sua execução, seu valor não é resetado como normalmente acontece. Uma situação onde isso pode ser útil é quando, por exemplo, desejamos saber o número de pessoas que executou uma determinada transação bancária: uma forma bruta seria colocar uma variável somando o número de requisições feitas à função de transação e depois definir uma forma de obter-se esse valor. (Embora normalmente só um valor possa ser retornado por função, existem “truques” que permitem obter-se mais de um valor – veremos tais “truques” quando falarmos sobre passagem de valor para funções, no próximo post).
No caso, voltando ao nosso programa, o que fazemos é declarar nossa variável mediaAtual como tipo flutuante (float) e estática (static), inicializando ela como 0.0 (zero flutuante). Essa inicialização será feita apenas na primeira chamada à função dentro do programa. Uma vez que essa chamada tenha se encerrado, na entrada seguinte o sistema irá manter o valor com o qual a variável encerrou a chamada anterior. Ou seja, caso o valor final de  mediaAtual seja 2, esse será o valor de mediaAtual na chamada seguinte.
Você deve estar se perguntando agora: “qual a diferença entre usar static e const em uma função?”. Aparentemente seria nenhuma, mas na verdade é ENORME:

  • const é usado quando você não quer que, durante a execução da função, o valor da varíavel seja alterado. Porém, uma vez que uma const é uma variável como outra qualquer até ser inicializada, ela também tem valores arbitrários preenchidos nela até ser inicializada (lembre-se que uma const só pode ser inicializada, ou seja, receber um valor, UMA ÚNICA VEZ). No caso de const, após o término da execução da função, o valor definido na inicialização é perdido e poderá receber um valor completamente diferente na próxima execução;
  • static deve ser usado quando você não quer que, entre execuções da função, o valor da variável em questão seja perdido. Dentro da função, durante a execução da mesma, você poderá alterar normalmente, como qualquer outra variável. Porém, seu valor não será “resetado” após o término da execução da função.
  • Aqui cabe dizer ainda que é possível criar-se uma variável static const. Esse “pequeno monstrinho” seria uma variável dentro de uma função cujo valor permaneceria sempre o mesmo entre todas as chamadas da mesma, definido na inicialização da variável na primeira chamada. CUIDADO: esse tipo de “monstrinho” pode gerar dor de cabeça séria na programação e normalmente não fará nada de mais interessante que não possa ser feito, por exemplo, com símbolos #define;

Bem, não temos muito o que dizer aqui mais sobre o escopo. Veremos um pouco mais sobre escopo de variáveis no futuro. Agora, vamos continuar analizando nosso código.

Retorno – a palavra chave return:

Continuando nosso código, após a declaração de variável, temos o seguinte código:

   mediaAtual=(mediaAtual==0)?nota:(mediaAtual+nota)/2;
   return mediaAtual;

A primeira linha representa uma atribuição condicional que vimos na última “aula” ao aprofundarmos operadores e lógica. No caso, quando mediaAtual for 0 (no caso, na primeira chamada de função), ele receberá o valor de nota (parâmetro passado pelo usuário). Caso contrário, irá manter em mediaAtual o valor médio entre mediaAtual e nota. Não há muito mistério aqui e, embora a construção possa ser confusa, é só ler com atenção que fica claro o que estamos fazendo. Em seguida, usamos a palavra chave return para devolver a main (que chamou essa função) o valor calculado.
Se lembrarmos bem, temos visto return desde nosso primeiro “Hello World”. Isso porque, como dissemos na época, mesmo main() é uma função para o C, ainda que especial. E a última coisa que qualquer função precisa fazer é devolver o controle da execução para a função que a chamou. Para isso, utilizamos return para indicar que terminamos de processar tudo o que devíamos e que o processador pode voltar para onde ele tinha parado antes de começar a executar nossa função.
“Como assim?”, você deve se perguntar. Bem, ao darmos início ao programa, o mesmo é carregado na memória por um processo de todo sistema operacional chamado loader e sua execução é iniciada. Conforme os comandos são executados, o sistema vai respondendo adequadamente, modificando espaços de memória (representados no programa pelas variáveis) e seguindo adiante de maneira sequencial (isso também considerando os comandos de controle de fluxo). Quando uma função é chamada, o programa principal passa o controle da execução para outro ponto completamente arbitrário dentro do espaço que o programa ocupa na memória e executa os comandos informados na função. Uma vez que termine, ele tem que devolver o controle para que o programa principal volte a ser executado, o que em C indicamos com return, e assim sucessivamente até que o programa chegue ao fim do programa principal e seja encerrado.
O que precisamos saber então sobre o funcionamento de uma função:

  1. Um programa pode requisitar a qualquer momento a execução de uma função;
  2. Funções são usadas para tornar o programa mais reutilizável, mais fácil de manter-se e mais legível;
  3. Ao requisitar a execução de uma função, o programa pode precisar passar parâmetros em uma ordem determinada, indicando o que a função precisa ter de entrada para trabalhar;
  4. A função irá trabalhar como foi estipulado pelo criador da função: para o programa, uma função atua como uma “caixa-preta”;
  5. A função devolve o controle de execução ao programa principal ao encerrar-se, devolvendo valores determinados pelo tipo de retorno da função como saída;

Uma coisa antes de encerrarmos: ao devolver dados para o programa principal, devolvemos ele segundo o tipo estipulado lá no protótipo da função. Se for necessário por qualquer motivo, a função pode fazer typecast do valor devolvido antes de o retornar. Porém, é adequado que não seja usado tal expediente: use uma varíavel do mesmo tipo de retorno estipulado no protótipo e faça as operações necessárias a usando e use ela como valor para return. Assim evitará dores de cabeças e bugs difíceis de depurar-se.
Bem, não temos mais o que falar sobre a função em questão, então vamos voltar ao programa principal.
No programa principal não há mistérios:

int main(void)
{
    float nota=0.0;
    int notas=0;

    do
    {
        printf(“Digite a próxima nota ou -1 para sair:”);
        scanf(“%f”,&nota);

        if (nota!=-1)
        {
             notas++;
            printf(“Com essa nota, a média total é de %9.2f\n”,media(nota));
        }
    } while (nota!=-1);

    printf(“Você inseriu %d notas.\n”, notas);
    return 0;
}

Inicializamos duas variáveis, uma float chamada nota (que receberá a nota a ser “adicionada” à média) e uma inteira chamada notas (que usamos como um contador do número de notas “adicionadas). Um laço do…while é usado para que novas notas sejam inseridas uma após a outra até que o usuário entre com -1 (que é considerado valor de saída).
A única coisa que precisamos aqui é a linha:
            printf(“Com essa nota, a média total é de %9.2f\n”,media(nota));
A pergunta é ‘essa é uma entrada válida’? A resposta é: SIM.
No nosso caso, o printf espera um valor de tipo flutuante (repare no formato %9.2f), o que é oferecido por nossa função media (que retorna um tipo flutuante). ‘E se o programa esperasse, por exemplo, um int, ou recebesse um int?’ No caso, ocorreriam typecasts, mas o C sempre fará o possível para oferecer um retorno ao usuário, não importa se os valores saiam espúrios (ele parte do princípio de que o programador mantenha seus dados de maneira correta, não fazendo muitas checagens).
Bem… Vamos encerrar por agora nessa semana. Na próxima, iremos falar mais sobre funções, incluindo uma aprofundada nos tipos de escopo de variáveis e algumas dicas úteis (e IMPORTANTÍSSIMAS) sobre funções e seus protótipos.
Para essa semana, umas brincadeiras:

  1. Renomeie mediaAtual para outros nomes de variáveis que ocorram e veja o que irá acontecer;
  2. Remova static da declaração de variável da função media;
  3. Tente reescrever media de modo que você não precise usar uma variável static nela;
  4. Escolha um segundo valor (por exemplo, -2) para “resetar” os valores de media;
  5. Tente imprimir o valor retornado por media como inteiro e veja o que acontecerá;
  6. Tente deslocar o código da função media para abaixo da função main e veja as mensagens de erro. Procure entender os motivos das mensagens;

Bem, até semana que vem, quando veremos mais sobre funções, praticamente “fechando” o assunto.