Fundamentos da Programação
32
VIII. VARI ÁVEIS
A. Conceito
Variáveis contém dados:
• de entrada que o computador precisa manipular;
• de saı́da que o computador precisa imprimir; e
• temporários, utilizados de modo auxiliar o cálculo ou processamento.
As variáveis pode ser:
• Numéricas: contém números inteiros ou reais, que são expressos pelos dı́gitos “0” a “9”, pelos
sinais “+” e “−” e pelo ponto decimal “.”.
• Alfanuméricos: podem ser formados por qualquer caracter presente na tabela ASCII ou nas tabelas
dela derivadas (detalhes adiante).
• Lógicas: podem assumir apenas dois valores: TRUE para valores verdadeiros e FALSE para falsos.
• Ponteiros: podem armazenar apenas endereços de memória.
B. Arquitetura da Memória
A memória em um computador corresponde a um espaço utilizado para armazenamento de informação
em caráter permanente (não-volátil) ou temporário (volátil).
Cada posição de memória consiste de (veja Tab. I):
• endereço: especifica em que posição a célula de memória encontra-se; e
• conteúdo: informação armazenada.
Conteúdo pode ser limitado a 1 byte ( = 8 bits) ou a múltiplos bytes (em geral 2 e 4 bytes). Cada
byte permite representar 28 = 256 valores diferentes.
Tabela I
A RQUITETURA DA MEM ÓRIA
Endereço
0x0000
0x0001
0x0002
...
0xFFFF
Conteúdo
0x34
0xB0
0x23
...
0x00
C. Armazenamento de Dados
Cada tipo de dado (inteiro, real, alfanumérico, lógico ou ponteiro) necessita de uma certa quantidade
de memória para ser armazenado. Esta quantidade depende do tipo de dado, do tipo de computador
e do tipo da linguagem.
1) Armazenamento de Dados do Tipo Numérico Inteiro: Suponha que a variável pertença ao conjunto
de números naturais (N), isto é, possui apenas valores positivos. Apenas um subconjunto de N pode
ser armazenado, sendo o tamanho desse subconjunto determinado pela quantidade de bytes disponı́veis
para a armazenagem, como colocado abaixo.
• Armazenamento utilizando 1 byte por variável: os valores que a variável pode assumir são: 0, 1,
. . . , 255 = 28 − 1.
• Armazenamento utilizando 2 bytes por variável: os valores que a variável pode assumir são: 0,
1, . . . , 65.535 = 216 − 1.
• Armazenamento utilizando 4 bytes por variável: os valores que a variável pode assumir são: 0,
1, . . . , 4.294.967.295 = 232 − 1.
Suponha que a variável pertença ao conjunto de números inteiros (Z), isto é, possui valores positivos
e negativos. Apenas um subconjunto de Z pode ser armazenado, sendo o tamanho desse subconjunto
determinado pela quantidade de bytes disponı́veis para a armazenagem, como colocado abaixo.
UEM/CTC/DIN/Elvio
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33
Armazenamento utilizando 1 byte por variável: os valores que a variável pode assumir utilizando
complemento de 2 são: −128 = −27 , . . . , −1, 0, 1, . . . , 127 = 27 − 1.
• Armazenamento utilizando 2 bytes por variável: os valores que a variável pode assumir utilizando
complemento de 2 são: −32.768 = −215 , . . . , 32.767 = 215 − 1.
• Armazenamento utilizando 4 bytes por variável: os valores que a variável pode assumir utilizando
complemento de 2 são: −2.147.483.648 = −231 , . . . , 2.147.483.647 = 231 − 1.
Portanto, o espaço necessário para armazenar um dado do tipo inteiro depende dos valores esperados para esse dado. Algumas linguagens permitem a diferenciação entre os diversos tamanhos, por
exemplo:
•
short integer
integer
long integer
→
→
→
utiliza 1 byte
utiliza 2 bytes
utiliza 4 bytes
Outras linguagens não fazem esta distinção e utilizam sempre o maior tamanho disponı́vel.
2) Armazenamento de Dados do Tipo Numérico Fracionário: A variável pertence ao conjunto de
números reais (R), isto é, possui uma parte inteira e uma parte fracionária. Apenas um subconjunto
de R pode ser armazenado, sendo o tamanho desse subconjunto determinado pela quantidade de bytes
disponı́veis para a armazenagem. Algumas linguagens permitem a diferenciação entre os diversos
tamanhos, por exemplo:
float
double
→
→
utiliza 2 bytes
utiliza 4 bytes
Outras linguagens não fazem esta distinção e utilizam sempre o maior tamanho disponı́vel.
3) Armazenamento de Dados do Tipo Alfanumérico: O conjunto de caracteres (letras, dı́gitos e
sı́mbolos especiais) diferentes utilizados nas linguas européias é menor que 256. Assim apenas 1 byte
é suficiente para representar todos os valores alfanuméricos. Cada letra, dı́gito ou sı́mbolo especial
é representado por um número entre 0 e 255. A primeira tabela de conversão caracter ↔ número
foi padronizada no começo dos anos 60 para a comunicação entre computadores. Esta tabela foi
denominada ASCII (American Standard Code for Information Interchange), e utiliza os valores apenas
entre 0 e 127, sendo que ela inclui apenas as letras encontradas na lingua inglesa (veja Tab. II). O
padrão ASCII extendido utiliza os valores entre 0 e 255 e inclui caracteres especiais encontrados em
outras linguas européias (letras acentuadas, etc.). Atualmente a conversão caracter ↔ número deve
utilizar o padrão internacional ISO 8859-15.
Exemplo: Armazenamento da palavra banana a partir do endereço 0x1000 pode ser feito como
colocado na Tab. III.
O comprimento da palavra banana é de 6 caracteres e o espaço necessário para armazenar a palavra
é de 6 bytes contı́guos.
Um byte extra pode ser utilizado para armazenar o comprimento da variável alfanumérica. Para o
exemplo acima, o armazenamento de banana pode ser feito conforme mostrado na Tab. IV.
Uma outra alternativa é colocar um byte ao final da cadeia de caracteres alfanuméricos. O caracter
NULL foi colocado no exemplo da Tab. V para indicar o final da palavra banana.
4) Armazenamento de Dados do Tipo Lógico: Este tipo possui apenas 2 valores possı́veis: TRUE
e FALSE. Assim apenas 1 bit seria suficiente para armazenar a informação deste tipo de variável.
Entretanto a menor porção de memória que se pode acessar é 1 byte e, desta maneira, a informação
do tipo lógico é armazenada em 1 byte. Este fato representa um desperdı́cio mas simplifica bastante
a arquitetura da memória do computador e, ao final, acaba sendo vantajoso.
De maneira similar ao dado do tipo literal, a cada um dos valores TRUE e FALSE deve ser atribuido
um valor numérico. Possivelmente a conversão mais utilizada neste caso é a que aparece na Tab. VI.
D. Exemplos
1) Pascal: A linguagem Pascal apresenta os seguintes tipos de variáveis:
UEM/CTC/DIN/Elvio
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34
Tabela II
TABELA ASCII
Valor
Caracter
Valor
Caracter
Valor
000 0x00
NUL∗
032 0x20
Space
064 0x40
001 0x01
SOH∗
033 0x21
!
065 0x41
002 0x02
STX∗
034 0x22
”
066 0x42
003 0x03
ETX∗
035 0x23
#
067 0x43
004 0x04
EOT∗
036 0x24
$
068 0x44
005 0x05
ENQ∗
037 0x25
%
069 0x45
006 0x06
ACK∗
038 0x26
&
070 0x46
007 0x07
BEL∗
039 0x27
’
071 0x47
008 0x08
BS∗
040 0x28
(
072 0x48
009 0x09
HT∗
041 0x29
)
073 0x49
010 0x0A
LF∗
042 0x2A
*
074 0x4A
011 0x0B
VT∗
043 0x2B
+
075 0x4B
012 0x0C
FF∗
044 0x2C
,
076 0x4C
013 0x0D
CR∗
045 0x2D
077 0x4D
014 0x0E
SO∗
046 0x2E
.
078 0x4E
015 0x0F
SI∗
047 0x2F
/
079 0x4F
016 0x10
DLE∗
048 0x30
0
080 0x50
017 0x11
DC1∗
049 0x31
1
081 0x51
018 0x12
DC2∗
050 0x32
2
082 0x52
019 0x13
DC3∗
051 0x33
3
083 0x53
020 0x14
DC4∗
052 0x34
4
084 0x54
021 0x15
NAK∗
053 0x35
5
085 0x55
022 0x16
SYN∗
054 0x36
6
086 0x56
023 0x17
ETB∗
055 0x37
7
087 0x57
024 0x18
CAN∗
056 0x38
8
088 0x58
025 0x19
EM∗
057 0x39
9
089 0x59
026 0x1A
SUB∗
058 0x3A
:
090 0x5A
027 0x1B
ESC∗
059 0x3B
;
091 0x5B
028 0x1C
FS∗
060 0x3C
<
092 0x5C
029 0x1D
GS∗
061 0x3D
=
093 0x5D
030 0x1E
RS∗
062 0x3E
>
094 0x5E
031 0x1F
US∗
063 0x3F
?
095 0x5F
∗
representa caracteres especiais, que não são impressos
Caracter
@
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
N
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
X
Y
Z
[
\
]
ˆ
Valor
096 0x60
097 0x61
098 0x62
099 0x63
100 0x64
101 0x65
102 0x66
103 0x67
104 0x68
105 0x69
106 0x6A
107 0x6B
108 0x6C
109 0x6D
110 0x6E
111 0x6F
112 0x70
113 0x71
114 0x72
115 0x73
116 0x74
117 0x75
118 0x76
119 0x77
120 0x78
121 0x79
122 0x7A
123 0x7B
124 0x7C
125 0x7D
126 0x7E
127 0x7F
Caracter
‘
a
b
c
d
e
f
g
h
i
j
k
l
m
n
o
p
q
r
s
t
u
v
w
x
y
z
{
|
}
˜
DEL
Tabela III
Endereço
0x1000
0x1001
0x1002
0x1003
0x1004
0x1005
•
0x62
0x61
0x6E
0x61
0x6E
0x61
Conteúdo
=
98
=
97
= 110
=
97
= 110
=
97
=
=
=
=
=
=
b
a
n
a
n
a
BOOLEAN: Tipo lógico que pode assumir apenas os valores TRUE e FALSE, e ocupa 1 byte de
memória.
CHAR: Tipo alfanumérico que pode ter como conteúdo um caracter, e ocupa 1 byte de memória.
• STRING: tipo alfanumérico que pode ter como conteúdo uma cadeia de caracteres. O número
•
•
•
•
•
de bytes que ocupa na memória pode variar de 2 a 256 bytes, dependendo do comprimento da
cadeia de caracteres. O primeiro byte contém a quantidade efetiva de caracteres da cadeia.
BYTE: Tipo numérico inteiro positivo que pode assumir os valores de 0 a 255, e ocupa 1 byte de
memória.
WORD: Tipo numérico inteiro positivo que pode assumir os valores de 0 a 65.535, e ocupa 2 bytes
de memória.
INTEGER: Tipo numérico inteiro que ocupa usualmente 2 bytes na memória.
LONGINT: Tipo numérico inteiro que ocupa usualmente 4 bytes na memória.
UEM/CTC/DIN/Elvio
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Tabela IV
Endereço
0x1000
0x1001
0x1002
0x1003
0x1004
0x1005
0x1006
0x06
0x62
0x61
0x6E
0x61
0x6E
0x61
=
=
=
=
=
=
=
Conteúdo
6 = comprimento
98 =
b
97 =
a
110 =
n
97 =
a
110 =
n
97 =
a
Tabela V
Endereço
0x1000
0x1001
0x1002
0x1003
0x1004
0x1005
0x1006
•
0x62
0x61
0x6E
0x61
0x6E
0x61
0x00
=
=
=
=
=
=
=
Conteúdo
98 =
97 =
110 =
97 =
110 =
97 =
0 =
b
a
n
a
n
a
NULL
REAL: Tipo numérico real que ocupa usualmente 4 bytes na memória.
2) Fortran77: A linguagem Fortran77 apresenta os seguintes tipos de variáveis:
• LOGICAL: Tipo lógico que pode assumir apenas os valores TRUE e FALSE, e ocupa 1 byte de
memória.
• CHARACTER: Tipo alfanumérico que pode ter como conteúdo uma cadeia de caracteres. O número
de bytes que ocupa na memória pode variar de 2 a 256 bytes, dependendo do comprimento da
cadeia de caracteres. O primeiro byte contém a quantidade efetiva de caracteres da cadeia.
• INTEGER: Tipo numérico inteiro que ocupa usualmente 4 bytes na memória.
• REAL: Tipo numérico real que ocupa usualmente 4 bytes na memória.
• DOUBLE PRECISION: Tipo numérico real que ocupa usualmente 8 bytes na memória.
• COMPLEX: Tipo numérico complexo que é armazenado como um conjunto ordenado de 2 variáveis
do tipo REAL.
3) C: A linguagem C apresenta os seguintes tipos de variáveis:
• char: Tipo alfanumérico que pode ter como conteúdo um caracter, e ocupa 1 byte de memória.
• short int: Tipo numérico inteiro que ocupa usualmente 1 byte na memória.
• int: Tipo numérico inteiro que ocupa usualmente 2 bytes na memória.
• long int: Tipo numérico inteiro que ocupa usualmente 4 bytes na memória.
• float: Tipo numérico real que ocupa usualmente 4 bytes na memória.
• double: Tipo numérico real que ocupa usualmente 8 bytes na memória.
• long double: Tipo numérico real que ocupa usualmente 12 bytes na memória.
Os tipos numéricos podem ser qualificados pelos modificadores signed e unsigned para indicar um
número com ou sem sinal, respectivamente.
E. Conceito e Utilidade de Variáveis
Para acessar uma informação diretamente na memória é necessário saber onde ela está (posição na
memória), o tipo de variável e seu tamanho (número de bytes ocupados). Com o conceito de variável,
para o usuário acessar a informação armazenada por uma variável basta saber o nome e o tipo
da variável. Onde está e o tamanho utilizado para o armazenamento são detalhes com os quais o
programador não precisa preocupar-se.
Uma variável possui três atributos: nome, tipo de dado e informação armazenada.
• Nome: tem a função de diferenciar a variável das demais; por esta razão os nomes devem ser
únicos.
UEM/CTC/DIN/Elvio
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36
Tabela VI
Valor Lógico
FALSE
TRUE
Valor Numérico
0
qualquer outro valor
Tipo de Dado: refere-se ao tipo de informação a ser armazenada.
Informação: conteúdo da memória.
Em geral nomes de variáveis devem começar com uma letra e não podem conter nenhum caracter
especial, exceto o underscore ( )1 . Exemplos:
•
•
salario
salário
1ano
ano1
a casa
sal/hora
sal_hora
_desconto
→
→
→
→
→
→
→
→
correto
incorreto,
incorreto,
correto
incorreto,
incorreto,
correto
incorreto,
contém o caracter á
não começa com uma letra
contém o caracter espaço
contém o caracter /
não começa com uma letra
Obviamente o nome da variável deve ser tal que a sua função no algoritmo fique mais clara.
O nome e o tipo de dado não podem ser alterados durante a execução do algoritmo. Por outro lado,
o atributo informação é alterado de acordo com as necessidades do algoritmo.
F. Declaração
Todas as variáveis devem, de modo geral, ser declaradas antes de serem utilizadas. O nome de uma
variável deve ser único em cada bloco, sendo que apenas os primeiros n caracteres do nome são
significativos (o valor de n depende da linguagem e do sistema).
Para Fortran77 a sintaxe de declaração é
tipo nome [, nome [, nome . . . ]]
onde nome e tipo são, respectivamente, o nome e o tipo da variável.
Em Fortran77 a primeira letra do nome da variável pode ser utilizado para determinar o tipo da
variável quando não houver uma declaração explicita. A regra geral é que
letra inicial I-N
letra inicial A-H ou O-Z
→
→
tipo INTEGER
tipo REAL
Exemplos (para Fortran77):
CHARACTER*10 nome
INTEGER*1 idade
REAL salario
REAL min, max
LOGICAL tem_filhos
CHARACTER resp
Variáveis de mesmo tipo podem ser definidas na mesma linha, separando os seus nomes por virgulas
(veja acima as variáveis min, max).
Embora não seja padrão no Fortran77, muitos compiladores para essa linguagem permitem que o
programador especifique o número de bytes utilizado para armazenar a variável. Nos exemplos acima,
a variável idade é declarada para armazenar 1 byte. Outros exemplos: LOGICAL*1, INTEGER*2,
REAL*8, COMPLEX*16, referem-se, respectivamente, a uma variável lógica com 1 byte, inteira com 2
bytes, real com 8 bytes e complexa com 16 bytes.
1
Fortran77 não permite a utilização do underscore; entretanto muitos compiladores para Fortran77, incluindo o Force-2.0,
permitem que esse caracter seja utilizado.
UEM/CTC/DIN/Elvio
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37
Tabela VII
E XEMPLO DE MAPEAMENTO DE VARI ÁVEIS NA MEM ÓRIA
Nome Simbólico
nome
idade
salario
min
max
tem_filhos
resp
Posição Inicial
0x2000
0x200A
0x200C
0x2012
0x2018
0x201E
0x201F
Tipo de Dado
CHARACTER*10 (10 bytes)
INTEGER*1 (1 byte)
REAL (6 bytes)
REAL (6 bytes)
REAL (6 bytes)
LOGICAL (1 byte)
CHARACTER (1 byte)
G. Atribuição
No Fortran77 a atribuição de valores às variáveis é feita pelo operador =.
Exemplos:
INTEGER indice
CHARACTER resp
REAL valor
CHARACTER*20 palav
LOGICAL s_n
INTEGER dia, mes, ano
INTEGER quant
indice = 1
resp = ’S’
palav = ’Palavra’
valor = 178.987
s_n = .TRUE.
quant = -56
dia = 9
mes = 10
ano = 1989
H. Exemplo de Mapeamento de Variáveis na Memória
O computador não trabalha com nomes simbólicos, como aqueles definidos para as variáveis. Para
o computador, a memória somente pode ser acessada através de endereços. Portanto, alguém precisa
relacionar nomes simbólicos com endereços na memória. Este trabalho é executado pelo compilador
ou interpretador, que monta uma tabela de sı́mbolos, como a que está colocada na Tab. VII.
UEM/CTC/DIN/Elvio