O Essencial sobre Linguagens
de Programação
Artur Miguel Dias
Março 2006
FCT/UNL
Índice





Um Pouco de História
Computação, Algoritmos e Programas
Critérios de avaliação de linguagens
Paradigmas de Programação
Conceitos básicos
3
13
21
27
31
Um Pouco de História:
Linguagem Máquina

Datas


No final da década de 40, não existiam
alternativas ao uso de linguagem máquina.
Principais características


Instruções especificadas por meio de
códigos numéricos, em binário.
Utilização directa de endereços absolutos
nos programas.
Um Pouco de História:
Linguagem Máquina

Discussão




Programas difíceis de escrever e quase impossíveis
de ler.
Grande facilidade em cometer erros.
Os programas só funcionam no tipo específico de
hardware para que foram escritos.
Dificuldade em inserir ou remover instruções nos
programas, por causa dos endereços absolutos (a
instrução nop ajuda um minorar um pouco este
problema).
Um Pouco de História:
Assemblers

Datas


Assemblers começaram a surgir no início dos anos 50.
Características mais importantes



Permitem atribuir nomes a códigos de operação
(mnemónicas), a localizações de memória (etiquetas) e a
constantes.
Um tradutor – chamado assembler – traduz instruções
assembler em instruções máquina.
Um programa pode conter directivas que não dão origem a
código: declaração de constantes, por exemplo.
Um Pouco de História:
Assemblers

Discussão




Os aspectos negativos mais dramáticos da
linguagem máquina ficam minorados.
No entanto os programas continuam a ser difíceis
de escrever e de ler.
Os programas também continuam a ter de ser
escritos para arquitecturas particulares.
Mas já se observam algumas “sementes” das
futuras linguagens de programação.
Um Pouco de História:
Assemblers

Exemplo: Programa “factorial” escrito para o Pentium
.file
"fact.c"
.section
.rodata
.LC0: .string "> "
.LC1: .string "%d"
.LC2: .string "fact(%d) = %d\n"
.text
.globl main
.type
main, @function
pushl
%ebp
movl
%esp, %ebp
subl
$40, %esp
andl
$-16, %esp
movl
$0, %eax
addl
$15, %eax
addl
$15, %eax
shrl
$4, %eax
sall
$4, %eax
subl
%eax, %esp
movl
$.LC0, (%esp)
call
printf
leal
-12(%ebp), %eax
movl
%eax, 4(%esp)
movl
call
movl
movl
jmp .L2
.L3: movl
imull
movl
leal
addl
.L2: movl
cmpl
jle .L3
movl
movl
movl
movl
movl
call
movl
leave
ret
.size
$.LC1, (%esp)
scanf
$1, -4(%ebp)
$1, -8(%ebp)
-4(%ebp), %eax
-8(%ebp), %eax
%eax, -4(%ebp)
-8(%ebp), %eax
$1, (%eax)
-12(%ebp), %eax
%eax, -8(%ebp)
-12(%ebp), %edx
-4(%ebp), %eax
%eax, 8(%esp)
%edx, 4(%esp)
$.LC2, (%esp)
printf
$0, %eax
main, .-main
Um Pouco de História:
Fortran

Datas


Anunciado por John Backus da IBM em 1954. A
implementação inicial, designada Fortran I, ficou disponível
em 1957, com compiladores para IBM 704 e IBM 709.
Prometia



Eficiência dos programas escritos em assembler.
Simplificar a escrita de programas mediante o uso de
notação matemática (Fortran = “FORmula TRANslator”).
Reduzir os erros de programação.
Um Pouco de História:
Fortran

Características mais importantes




Instruções de controlo pobres e influenciadas
pelas instruções da máquina IBM 704. Necessário
recorrer muito à instrução goto.
Suporte para inteiros, reais e arrays, mas não para
registos.
Suporte para variáveis estáticas. Impossível criar
novas variáveis em tempo de execução.
Suporte para subrotinas não recursivas.
Um Pouco de História:
Fortran

Discussão




Depois do Fortran I foram surgindo versões
melhoradas: Fortran II em 1958, Fortran IV em
1962, Fortran 77 em 1978 e Fortran 90 em 1990.
Tornou-se na primeira linguagem de programação
popular e, a partir do início dos anos 60, mudou
de forma revolucionária a forma como os
computadores eram usados.
Ainda é bastante usada actualmente em aplicações
de cálculo numérico!
Passou a ser possível escrever programas
portáveis!
Um Pouco de História:
Fortran

Exemplo: Programa “factorial” em Fortran
10
20
READ 10,I
FORMAT(I3)
J=1
DO 20 K=1,I
J=J*K
CONTINUE
PRINT 10,J
STOP
Um Pouco de História

Outras linguagem pioneiras (início anos 60)




Algol 60: primeiro passo em direcção à
sofisticação das linguagens modernas.
Lisp: dominou as aplicações de IA durante
25 anos.
Cobol: linguagem das empresas e do DoD.
Basic: muito simples de aprender,
destinada a não especialistas.
Computação, Algoritmos e
Programas

Computação



Significa: processamento automático de
informação.
É a actividade realizada pelos
computadores.
O objectivo da informática é estudar a
computação e formas úteis de tirar partido
da computação (nomeadamente para
resolver problemas importantes).
Computação, Algoritmos e
Programas

Facetas da computação


Faceta interna: a informação é codificada
usando símbolos (e.g. bytes), sendo realmente a
computação uma actividade de manipulação e
transformação automática de símbolos …
Faceta externa: … mas, geralmente, as
computações também estabelecem um diálogo
interactivo com o ambiente exterior (constituído
por humanos e por outras máquinas).
Computação, Algoritmos e
Programas

Automatismos e sua especificação


Qualquer computação é realizada de
acordo com regras estabelecidas antes
desse processamento se iniciar. É isso que
significa o processamento ser automático.
Daí a necessidade que especificar as
computações de forma rigorosa e
exaustiva, prevendo todas as eventualidades.
Computação, Algoritmos e
Programas

Algoritmo


Programa


É um conjunto de regras abstractas (uma espécie
de receita) que determinam, passo a passo, como
uma computação vai decorrer.
É uma descrição possível dum algoritmo. Um
programa serve para implementar um algoritmo.
Linguagem de programação

É uma notação para escrever programas, ou seja
para implementar algoritmos.
Computação, Algoritmos e
Programas

Exemplo de algoritmo: algoritmo de
Euclides – mdc(m,n)




Usar dois contadores x e y e inicializar x com m e
y com n.
Se x > y então x recebe x - y
Se x < y então y recebe y - x
Repetir os dois passos anteriores até que os
valores de x e y fiquem iguais. Quando isso
acontecer, esse é o resultado final.
Computação, Algoritmos e
Programas

Implementação em C do algoritmo anterior
#include <stdio.h>
int main() /* Implementação do algoritmo de Euclides */
{
int m, n, x, y ;
printf(">> ") ;
scanf("%d %d", &m, &n) ;
x = m ;
y = n ;
do {
if( x > y ) x = x - y ;
else if( x < y ) y = y - x ;
} while( x != y ) ;
printf("mdc(%d,%d) = %d\n", m, n, x) ;
return 0 ;
}
Computação, Algoritmos e
Programas

Algoritmos


A principal motivação para se usarem máquinas
para executar algoritmos é a grande velocidade de
execução que elas permitem.
Os algoritmos mais antigos que se conhecem
devem-se aos Babilónios (3000AC-1500AC). Os
seus livros de Matemática eram acima de tudo
receitas sobre como efectuar os cálculos para
resolver determinados problemas. Esses
algoritmos eram para executar “à mão”.
Computação, Algoritmos e
Programas

Três questões importantes sobre computação e linguagens.

Existem limites para a computação?


Sim, realmente existem problemas com solução para os
quais não se consegue escrever qualquer algoritmo que
descubra essa solução.
Existe alguma linguagem de programação que
permita implementar todos os algoritmos que se
possam imaginar?

Sim, qualquer linguagens normal permite isso. Do ponto
de vista do poder computacional, todas as linguagens
normais são equivalentes.
Critérios de avaliação de
linguagens

Se todas as linguagens têm idêntico poder
computacional, estão porque razão existem tantas
linguagens de programação (milhares!) e se estão
constantemente a criar novas? Pelas seguintes
razões:


Uma linguagem deve ajudar o programador a exprimir de
forma clara e directa os seus objectivos. De acordo com este
critério há linguagens melhores e piores (compare o Fortran
com o C++, por exemplo) e é sempre possível ir
melhorando.
Há linguagens que favorecem uns domínios de aplicação
relativamente a outros.
Critérios de avaliação de
linguagens

Legibilidade

Possibilidade de, através do exame de um
programa escrito por outra pessoa, de seguir a
sua lógica e descobrir a presença de erros. Para
isso são importantes os seguintes factores:





Simplicidade (permite conhecer a linguagem toda);
Ortogonalidade (todas as combinações dos mecanismos
primitivos são válidas);
Estruturas de controlo de qualidade;
Estruturas de dados de qualidade;
Sintaxe racional (com palavras reservadas, construções
diferentes para mecanismos diferentes).
Critérios de avaliação de
linguagens

Redigibilidade

Possibilidade de expressar um problema de forma
natural, sem que a atenção do programador seja
desviada por detalhes ou "truques" da linguagem.
Para isso são importantes os seguintes factores:




Simplicidade (menos erros);
Ortogonalidade (não se perde tempo a pensar em
excepções às regras gerais);
Suporte para abstracção (ajuda a dominar a
complexidade dos problemas);
Expressividade (construções simples para as operações
frequentes).
Critérios de avaliação de
linguagens

Segurança

Possibilidade de escrever programas que dêem
garantias de que atingem o efeito desejado. Para
isso são importantes os seguintes factores:



Sistema de tipos estático (detecta todas as
incompatibilidades de tipo em tempo de compilação);
Tratamento de excepções (permite a tomada de medidas
correctivas em situações inesperadas);
Ausência de sinonímia (é perigoso uma mesma entidade
ser conhecida por dois nomes diferentes).
Critérios de avaliação de
linguagens

Eficiência


Actualmente a eficiência já não é mais
medida apenas com base velocidade de
execução dos programas e na economia no
uso da memória.
Considera-se também o esforço necessário
para produzir os programas e o esforço
necessário para os manter.
Critérios de avaliação de
linguagens

Facilidade em escrever programas
grandes


Modularidade: Possibilidade de escrever
um programa por partes, para melhor o
estruturar e compreender.
Componentes: Possibilidade de incorporar
num programa componentes “pronto-avestir” e substituir certas componentes do
programa por outras melhores no futuro.
Paradigmas de Programação



Já sabemos que computação significa processamento
automático de informação, mas esta noção é
demasiado vaga. Podemos interrogar-nos sobre
quais os mecanismos concretos através dos quais
esse processamento se efectua.
Na verdade, uma linguagem não pode deixar de se
comprometer com algum conjunto mecanismos
primitivos para processar informação. Ao efectuar
essa escolha, a linguagem adere a um paradigma
de programação particular.
É surpreendente a grande variedade de paradigma
de programação que têm sido inventados.
Paradigmas de Programação

Os alunos da LEI são expostos a cinco paradigmas de programação:





Paradigma imperativo
 Conceitos de base: estado, atribuição, sequenciação
 Linguagens: Basic, Pascal, C, Assembler.
Paradigma funcional
 Conceitos de base : função, aplicação, avaliação
 Linguagens: Lisp, ML, OCaml, Haskell.
Paradigma lógico
 Conceitos de base : relação, dedução
 Linguagens: Prolog.
Paradigma orientado pelos objectos
 Conceitos de base : objecto, mensagem
 Linguagens: C++, Java, Eiffel.
Paradigma concorrente
 Conceitos de base : processo, comunicação (síncrona ou assíncrona)
 Linguagens: Occam, Ada, Java.
Paradigmas de Programação


Cada paradigma de programação
determina uma forma particular de
abordar os problemas e de formular as
respectivas soluções.
Cada paradigma de programação dá
origem a um estilo particular de
linguagens de programação.
Paradigmas de Programação



O grau de sucesso dum programador depende em
parte da colecção de paradigmas que domina e da
sua arte em escolher o mais indicado para analisar e
resolver cada problema.
A maior parte das linguagens em uso suportam mais
do que um paradigma. A tendência multi-paradigma
das linguagens modernas tem sido crescente.
Por exemplo, o C++ suporta os paradigmas
imperativo e orientado pelos objectos. O Java suporta
os paradigmas imperativo, orientado pelos objectos e
concorrente.
Conceitos básicos:
Literais

Um literal é uma expressão constante
que denota um valor particular.
Exemplos em C++:




0, 5, -127
56.7, -33.4e32
”ola”, ”ole”
false, true
Conceitos básicos:
Expressões

São entidades geralmente compostas
que podem ser avaliadas para produzir
um valor. Exemplos em C++:




5+x
56.7 * 3.4
”ola” + ”ole”
x+3>y-4
Conceitos básicos:
Definições


Uma definição associa um nome a uma
entidade.
O seguinte exemplo contém três definições: a
primeira associa o nome f à função
apresentada, a segunda associa x à constante
10 e a terceira associa y a uma posição de
memória nova.
void f() {
const int x = 10 ;
double y ;
…
}
Conceitos básicos:
Âmbito


O âmbito duma definição é a zona do programa em
que uma definição está activa.
Por exemplo, o âmbito da variável y é a porção do
código que começa na linha da sua definição até ao
final a função (assumindo que o y não é redefinido
no interior – pois um âmbito pode ter “buracos”).
void f() {
const int x = 10 ;
double y ;
…
}
Conceitos básicos:
Extensão duma variável


A extensão duma variável é o período da
execução do programa durante o qual a
variável pode ser acedida.
Há três categorias:



Variáveis estáticas (extensão = toda a vida do
programa)
Variáveis automáticas (extensão = tempo de vida
da função na qual estão declaradas).
Variáveis dinâmicas (criadas com new e apagadas
com delete e acedidas através de apontadores; o
uso destas primitivas determinam a extensão
duma variável dinâmica).
Conceitos básicos:
Âmbito e extensão
Problema: qual o âmbito e qual a
extensão da variável count que ocorre
dentro da função g?
void g() {
static int count = 0 ;
count++ ;
…
}

Conceitos básicos:
Parametrização




Parametrizando parte dum programa num
nome obtém generalidade.
Somar 100 à variável y:
y := y + 100
Função que permite somar qualquer v a y:
void add(int v) { y := y + v ; }
Quais as formas de parametrização
disponíveis na linguagem C++?
O Essencial sobre Linguagens
de Programação
Fim