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Expressões e sentença de atribuição

Introdução

Expressões
- É a maneira fundamental de especificar computações em linguagens de programação
- É essencial que o programador entenda a sintaxe e a semântica das expressões
- Entender a semântica requer conhecer a ordem de avaliação dos operadores e operandos, regras de conversão de tipos, etc

Introdução

Atribuição
- O propósito da atribuição é alterar o valor de uma variável
- Tem papel dominante nas linguagens de programação imperativas

Expressões aritméticas

A maioria das características das expressões aritméticas em linguagens de programação são baseadas em convenções da matemática
Uma expressão aritmética consiste em operadores, operandos, parênteses e chamadas de funções
Um operador pode ser unário (1 operando), binário (2 operandos), ternário (3 operandos), etc
Existem 3 maneiras comuns de especificar a aplicação de um operador: prefixa, infixa e posfixa

Questões de projeto

Quais são as regras de precedência dos operadores?
Quais são as regras de associatividade dos operadores?
Qual é a ordem de avaliação dos operandos?
Existem restrições no efeito colateral da avaliação de um operando?
A linguagem permite sobrecarga de operador definida pela programador?
Que mistura de tipo é permitida nas expressões?

Ordem de avaliação dos operadores

A ordem de avaliação dos operadores depende das
- Regras de precedência
- Regras de associatividade

Precedência

Qual o resultado da avaliação da expressão $3 + 4 * 5$? \pause Depende das regras de precedência \pause
As regras de precedência de operadores para avaliação de expressões definem a ordem que os operadores com diferentes níveis de precedência devem ser avaliados

Precedência

         Linguagens baseadas em C

Mais alta ++ e -- posfixados ++ e -- prefixados e + e - unários *, /, % Mais baixa + e - binários

Precedência

Em Lisp, a questão de precedência não se aplica
- (+ 3 (* 4 5))
- (* (+ 3 4) 5)
Pyret não tem precedência
- (3 + 4) * 5
- 3 + (4 * 5)
- 1 + 2 + 4

Associatividade

Considere a expressão $a - b + c - d$. Se a adição e subtração tiverem a mesma precedência, qual operação será realizada primeiro? A ordem de execução das operações pode alterar o resultado da expressão?

\pause
- Depende das regras de associatividade \pause
- Sim! Podem haver problemas com números reais e com inteiros muito grandes

Associatividade

As regras de associatividade de operadores para avaliação de expressões definem a ordem que os operadores adjacentes com o mesmo nível de precedência devem ser avaliados
Comumente a associatividade é da esquerda para direita, exceto a exponenciação que é da direita para esquerda

Associatividade

Linguagem Associatividade

Linguagens baseadas em C Esquerda: *, /, %, + e - binários Direita: ++, --, + e - unários

Associatividade

Em APL todos os operadores tem a mesma precedência e a associatividade é da direita para esquerda

Parênteses

O programador pode alterar as regras de precedência e associatividade usando parênteses

Expressões em Ruby

Ruby é uma linguagem orientada a objetos pura
Todos os dados são objetos, inclusive os literais
Quase todos os operadores são chamadas de métodos
Por exemplo, a expressão a + b especifica a chamada do método + do objeto referenciado por a
Estes operadores podem ser sobrescritos como qualquer outro método

Expressões condicionais

Em algumas linguagens, o if é uma expressão, o que permite (entre outras coisas) atribuir o resultado da execução de um if a uma variável

x = if cond then exp_a else exp_b
// que é equivalente (e mais conveniente) que
if cond then
    x = exp_a
else
    x = exp_b

Expressões condicionais

As linguagens baseadas em C têm o operador ternário ?:
```
x = cond? exp_a : exp_b
```
\pause
Python oferece um variação do if{.python}
```
x = exp_a if cond else exp_b
```

Ordem de avaliação dos operandos

Forma de avaliação dos operandos
- Variável: o valor é lido da memória
- Constante: o valor é lido da memória ou faz parte da instrução da máquina
- Expressão parentizada: todos os operandos e operadores devem ser avaliados
- Função: deve ser executada

Ordem de avaliação dos operandos

Um efeito colateral de uma função ocorre quando a função altera um de seus parâmetros ou uma variável global
Expressões em linguagens puramente funcionais e na matemática não produzem efeitos colaterais

Ordem de avaliação dos operandos

Qual é o valor de a após a execução da função main?

int a = 5;
int fun() {
    a = 17;
    return 3;
}
void main() {
    a = a + fun();
}

\pause

Depende da ordem da avaliação dos operandos a e fun(), pois o operando fun() gera o efeito colateral de alterar o valor de a

Ordem de avaliação dos operandos

Como resolver o problema da ordem de avaliação de operadores e efeitos colaterais?
- Não permitir efeitos colaterais
  - Vantagens: permite algumas otimizações pelo compilador
  - Desvantagens: difícil implementação, limitações para o programador
\pause
- Definir uma ordem de avaliação dos operandos (Java)
  - Vantagens: não limita o programador
  - Desvantagens: limita algumas otimizações pelo compilador

Ordem de avaliação dos operandos

Um programa tem a propriedade de transparência referencial se quaisquer duas expressões no programa que tenham o mesmo valor puderem ser substituídas uma pela outra em qualquer lugar do programa, sem afetar as ações do programa
Transparência referencial de função: o valor de uma função depende apenas dos seus parâmetros

Ordem de avaliação dos operandos

O conceito de transparência referencial está relacionado com o efeitos colaterais de funções. Exemplo
```
result1 = (fun(a) + b) / (fun(a) - c);
temp = fun(a);
result2 = (temp + b) / (temp - c)
```
Os valores result1 e result2 devem ser iguais se a função fun não tem efeito colateral \pause
Quais as vantagens da transparência referencial?

Sobrecarga de operadores

Sobrecarga de operador é a utilização de um operador para mais que um propósito
Geralmente aceitável, deste que não comprometa a leitura e a confiabilidade
- Aceitável: +, usado para somar inteiros e floats
- Nem tanto (segundo o Sebesta): &, usado para endereço e e-bit-a-bit

Sobrecarga de operadores

Algumas linguagens permitem sobrecarregar os operadores padrão (C++, C#, Ruby, Python, etc).

Ajuda na legibilidade quando usado de forma coerente

A * B + C * D
vs
MatrixAdd(MatrixMul(A, B), MatrixMul(C,D))

Conversões de tipos

As conversões podem ser
- De estreitamento, quando um objeto é convertido para um tipo que não pode incluir todos os valores do tipo original. Ex: float{.c} para int{.c}
- De ampliação, quando um objeto é convertido para um tipo que contém pelo menos aproximações para os valores do tipo original. Ex: int{.c} para float{.c}
- Em geral, as conversões de ampliação são seguras
Uma expressão em modo misto é aquela que tem operandos de tipos diferentes

Conversões de tipos

Conversão implícita (coerção)
- Feita implicitamente pelo compilador / interpretador
- Utilizado nas expressões em modo misto
- Na maioria das linguagens, os tipos numéricos podem sofrer conversões implícitas de ampliação
- Em Ada, não existem coerções
- Vantagem: aumenta a flexibilidade
- Desvantagem: diminui a utilidade da checagem de tipo

Conversões de tipos

Conversão explícita
- Feita explicitamente pelo programador
- O compilador pode gerar um alerta sobre conversões de estreitamento
- Exemplos
  - C: (float) angle{.c}
  - Ada: Float(angle){.ada}

Expressões relacionais e booleanas

Um operador relacional é um operador que compara os valores de dois operandos
Uma expressão relacional tem dois operandos e um operador relacional
Exemplos de operadores relacionais
- igualdade: =, ==, ===
- desigualdade: !=, <>, /=, ~=
Os operadores relacionais em geral têm prioridade menor que os operadores aritméticos
```
a + 1 > 2 * b
```

Expressões relacionais e booleanas

Uma expressão booleana consiste de variáveis ou constantes booleanas, expressões relacionais e operadores booleanos
Os operadores booleanos comuns são: and{.python}, or{.python} e not{.python}
Na maioria das linguagens o and{.python} tem prioridade sobre o or{.python}
Em Ada os operadores and{.python} e or{.python} tem a mesma prioridade e não são associativos
Os operadores booleanos em geral têm prioridade menor que os operadores relacionais
```
x > y and x != 4
```

Expressões relacionais e booleanas

C/C++
- Qual o significado da expressão x > y > z{.c}?
\pause
Python
- A expressão x > y > z{.python} tem o significado esperado, isto é x > y and y > z{.python}

Avaliação em curto-circuito

Uma avaliação em curto-circuito de um expressão é aquela que o resultado é determinado sem avaliar todos os operandos e/ou operadores
Por exemplo, na expressão (13 * a) * (b / 13 - 1), se a = 0 não é necessário avaliar (b / 13 - 1) para determinar o resultado da expressão, que é zero

Avaliação em curto-circuito

Em geral, a avaliação em curto circuito é utilizada em expressões booleanas
- Possibilidade de construções do tipo
```
while ((index < listlen) && (list[index] != key))
    index++;
```
\pause
- Problemas com efeitos colaterais
```
(a > b) || ((b++) / 3)
```
\pause
- C/C++, Java usam os operadores em curto circuito && e ||, e operadores que não são curto circuito & e | \pause
- Ada usa and then{.ada} e or else{.ada} para especificar que a expressão deve ser avaliada em curto circuito

Sentenças de atribuição

A forma geral para atribuição pé
- alvo símbolo-de-atribuição expressão
O símbolo de atribuição
- = Fortran e as linguagens baseadas em C
- := Algol, Pascal e Ada

Sentenças de atribuição

Alvos condicionais (Perl)

$(flag ? $count1 : $count2) = 0;
# é equivalente a
if ($flag) {
    $count1 = 0;
} else {
    $count2 = 0;
}

Sentenças de atribuição

Atribuição composta
```
a += 1
```
que é equivalente a
```
a = a + 1
```
Atribuição unária
```
count++
```

Sentenças de atribuição

Atribuição como expressão
- Em C/C++, Java, uma atribuição gera um valor que pode ser usado como operando
```
while ((ch = getchar()) != EOF) {
    ...
}
```

Sentenças de atribuição

Listas de atribuições

Suportada por Perl, Ruby, Python

Python

x, y = 1, 6
p = [7, 8]
a, b = p   # extrai os valores da lista p
a, b = b, a  # trocas os valores

Atribuição em modo misto

Os tipos das expressões tem que ser o mesmo da variável sendo atribuída ou uma coerção pode ser feita?
Diferente de C++, Java e C# permiti apenas casos de coerções de ampliação

Referências

Robert Sebesta, Concepts of programming languages, 9ª edição. Capítulo 7.

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Introdução

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Expressões aritméticas

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Precedência

Precedência

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Associatividade

Associatividade

Associatividade

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Parênteses

Expressões em Ruby

Expressões condicionais

Expressões condicionais

Ordem de avaliação dos operandos

Ordem de avaliação dos operandos

Ordem de avaliação dos operandos

Ordem de avaliação dos operandos

Ordem de avaliação dos operandos

Ordem de avaliação dos operandos

Sobrecarga de operadores

Sobrecarga de operadores

Sobrecarga de operadores

Conversões de tipos

Conversões de tipos

Conversões de tipos

Conversões de tipos

Expressões relacionais e booleanas

Expressões relacionais e booleanas

Expressões relacionais e booleanas

Expressões relacionais e booleanas

Avaliação em curto-circuito

Avaliação em curto-circuito

Avaliação em curto-circuito

Sentenças de atribuição

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Atribuição em modo misto

Atribuição em modo misto

Referências

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