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08-estruturas-de-controle-no-nivel-de-sentenca.md

File metadata and controls

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Estruturas de controle no nível de sentença

Introdução

Introdução

  • O controle do fluxo em um programa ocorre em diversos níveis

    • Dentro das expressões (capítulo 7)

    • Entre as unidades de programas (capítulo 9)

    • Entre as sentenças (capítulo 8 - o qual vamos estudar agora)

Introdução

  • No passado, as sentenças de controle das linguagens eram feitas baseadas nas instruções dos processadores

  • Muita pesquisa e discussão entre meados de 1960 e meados 1970

    • Apenas um sentença de controle é necessária, o goto{.c}, mas esta sentença tem diversos problemas

    • O goto{.c} pode ser substituído por duas sentenças de controle: seleção e repetição

    • Na prática, o aspecto importante não é a quantidade de sentenças de controle, mas a facilidade de leitura e escrita

Introdução

  • Uma estrutura de controle é uma sentença de controle e a coleção de sentenças cuja a execução está sobre seu controle

  • Questão de projeto relativa a todas as estruturas de controle

    • A estrutura de controle tem múltiplas entradas?

Sentenças de seleção

Sentenças de seleção

  • Uma sentença de seleção prove meios de escolher entre dois ou mais caminhos de execução no programa

  • As sentenças de seleção são divididas em duas categorias

    • Duas vias

    • Múltiplas vias

Sentenças de seleção de duas vias

  • Apesar das diferenças no projeto, as sentenças de seleção de duas vias das linguagens contemporâneas são bastante semelhantes. A forma geral é:

    if control_expression
then-clause
else-clause

    \pause

  • Questões de projeto

    • Qual é a forma e o tipo da expressão que controla a seleção?

    • Como as cláusulas then{.ada} e else{.ada} são especificadas?

    • Como o significado dos seletores aninhados devem ser especificados?

Sentenças de seleção de duas vias

  • A expressão de controle

    • A expressão de controle é especificada entre parênteses se a palavra reservada then{.ada} (ou outro marca sintática) não é usada

    • Algumas linguagens permitem expressões aritméticas (C/C++, Python), outras permitem apenas expressões booleanas (Ada, Java, Ruby, C#)

Sentenças de seleção de duas vias

  • Forma da cláusulas then{.ada} e else{.ada}

    • Em Perl, todas as cláusulas precisam ser sentenças compostas

    • A maioria das linguagens permitem sentenças simples e sentenças compostas

      • As linguagens baseadas em C utilizam chaves para formar sentenças compostas

    • Em Fortran 95, Ada e Ruby as cláusulas then{.ada} e else{.ada} são sequências de sentenças. A seleção completa acaba com uma palavra reservada

    • Python usa indentação para especificar sentenças compostas

      if x > y:
    x = y
    print("case 1")

Seletores aninhados

  • Quando uma construção de seleção é aninhada com a cláusula then{.ada} de outra construção de seleção, não fica claro com qual if{.ada} a cláusula then{.ada} deve ser associada

Seletores aninhados

Exemplo

if (sum == 0)
    if (count == 0)
        result = 0;
else
    result = 1;

\pause

Esta construção pode ser interpretada de duas formas

```c if (sum == 0) { if (count == 0) result = 0; } else result = 1; ```
```c if (sum == 0) { if (count == 0) result = 0; else result = 1; } ```

Seletores aninhados

  • Em Perl, as cláusulas then{.ada} e else{.ada} têm que ser compostas \pause

  • Em Java, a semântica estática especifica que a cláusula else{.ada} faz par com o a cláusula then{.ada} sem par mais próxima \pause

  • Uma alternativa sintática é o uso de uma palavra reservada para marcar o fim do seletor (Fortran 95, Ada, Ruby, Lua)

Seletores aninhados

Exemplo em Ruby

```ruby if sum == 0 then if count == 0 then result = 0 else result = 1 end end ```
```ruby if sum == 0 then if count == 0 then result = 0 end else result = 1 end ```

Seletores aninhados

Em linguagens que a indentação é significativa, este problema não existe

Exemplo em Python

```python if sum == 0: if count == 0: result = 0 else: result = 1 ```
```python if sum == 0: if count == 0: result = 0 else: result = 1 ```

Sentenças de seleção múltipla

  • Uma construção de seleção múltipla permite a seleção de uma entre várias sentenças (ou grupo de sentenças)

  • Questões de projeto

    • Qual é a forma e o tipo da expressão que controla a seleção?

    • Como os segmentos selecionáveis são especificados?

    • O fluxo de execução através da estrutura é restrito a incluir apenas um segmento selecionável?

    • Como os valores dos casos são especificados?

    • Como os seletores de valores não apresentados deve ser tratados?

Sentenças de seleção múltipla

Exemplo das linguagens baseadas em C

\small

switch (index) {
  case 1:
  case 3: odd += 1
          sumodd += index;
          break;
  case 2:
  case 4: even += 1;
          sumeven += index;
          break;
  default: printf("Error in switch, index %d\n", index);
}

Sentenças de seleção múltipla

  • Exemplo das linguagens baseadas em C

    • As expressões podem ser do tipo inteiro, caractere ou enumerado

    • Mais que um segmento pode ser executado por vez

    • Nem todos os casos precisam ser especificados

Sentenças de seleção múltipla

Exemplo em C#

\small

switch (value) {
    case -1:
        Negatives++;
        break;
    case 0:
        Zeros++;
        goto case 1;
    case 1:
        Positives++;
        break;
    default:
        Console.Writeln("Error in switch\n");
        break;
}

Sentenças de seleção múltipla

  • Exemplo em C#

    • Não é permitido a execução implícita de mais de um segmento

    • As expressões também podem ser strings

Sentenças de seleção múltipla

Exemplo em Ada

case expression is
    when choice list => statement_sequence;
    ...
    when choice list => statement_sequence;
    [when other => statement_sequence;]
end case;

Sentenças de seleção múltipla

  • Exemplo em Ada

    • A expressão tem que ser do tipo ordinal

    • Apenas um segmento pode ser executado

    • Lista de escolhas

      • Um das formas 7, 10..15, 10 | 15 | 20

      • Os valores precisam ser mutuamente exclusivos

      • Exaustiva

Sentenças de seleção múltipla

Exemplo em Ruby (semelhante a if{.c}s aninhados)

leap = case
    when year % 400 == 0 then true
    when year % 100 == 0 then false
    else year % 4 == 0
end

Sentenças de seleção múltipla

Exemplo em Ruby (semelhante ao switch{.c})

case int_val
    when -1 then neg_count++
    when 0 then zero_count++
    when 1 then pos_count++
    else puts "Error: int_val is out of range"
end

Sentenças de seleção múltipla

Exemplo em Python (seleção múltipla usando if{.python})

if count < 10:
    bag1 = True
else:
    if count < 100:
        bag2 = True
    else:
        if count < 1000:
            bag3 = True

Sentenças de seleção múltipla

Exemplo em Python (seleção múltipla usando if{.python})

if count < 10:
    bag1 = True
elif count < 100:
    bag2 = True
elif count < 1000:
    bag3 = True

Sentenças de iteração

Sentenças de iteração

  • Uma sentença de iteração é aquela que causa a execução de uma sentença (ou coleção de sentenças) zero, uma ou mais vezes

  • Também chamada de laço

  • Questões de projeto

    • Como a iteração é controlada?

    • Onde o mecanismo de controle deve aparecer na construção do laço?

Sentenças de iteração

  • O corpo de uma construção iterativa é a coleção de sentenças cuja a execução é controlada pela sentença de iteração

  • A sentença de iteração junto com o corpo é chamada de construção iterativa

Laços controlados por contador

  • Uma sentença de iteração de contagem tem uma variável, chamada variável do laço, onde o valor da contagem é mantida

  • Existe uma maneira de especificar o valor inicial, o valor final e o passo da variável do laço

  • Questões de projeto

    • Qual é o tipo e o escopo da variável do laço?

    • A variável do laço pode ser alterada? Isto altera o controle do laço?

    • Os parâmetros do laço devem ser avaliados uma única vez, ou em cada iteração?

Laços controlados por contador

  • Exemplos em Fortran 95

    Do label var = initial, terminal [, stepsize]

Do var  = initial, terminal [, stepsize]
   ...
End Do

Laços controlados por contador

  • Exemplos em Fortran 95

    • A variável do laço deve ser do tipo inteiro

    • A variável do laço pode não ser alterada

    • O parâmetros são avaliados apenas uma vez e podem ser alterados

    • Não é possível saltar para dentro do laço

Laços controlados por contador

  • Exemplo em Ada:

    for variable in [reverse] discrete_range loop
    ...
end loop;

Count : Float := 1.35;
for Count in 1..10 loop
    Sum := Sum + Count
end loop;

Laços controlados por contador

  • Exemplo em Ada:

    • O tipo da variável do laço é definida pelo intervalo

    • A variável do laço só existe dentro do laço e não pode ser alterada pelo programador

    • O intervalo pode ser alterado, mas não afeta a execução do laço

    • Não é possível saltar para dentro do laço

Laços controlados por contador

  • Exemplo das linguagens baseadas em C:

    for (exp1; exp2; exp3)
    loop body
    // C
for (count = 1; count <= 10; count++) {
  ...
}
    // C99, C++, Java
for (int count = 1; count <= len; count++) {
  ...
}

Laços controlados por contador

  • Exemplo das linguagens baseadas em C:

    • Não existe uma variável de laço específica

    • exp1 é avaliada apenas uma vez antes da execução do laço

    • exp2 e exp3 são avaliadas a cada iteração

    • Qualquer expressão pode ser alterada

Laços controlados logicamente

  • O controle do laço é baseado em uma expressão booleana (não em um contador)

  • Questões de projeto

    • O controle deve ser pré-testado ou pós-testado?

    • O laço controlado logicamente deve ser uma forma especial de laço controlado por contador ou uma sentença separada?

Laços controlados logicamente

  • Exemplo das linguagens baseadas em C

    while (control_expression)
    loop body

do
    loop body
while (control_expression);

  • Fortran 95 não tem laço lógico

  • Ada tem apenas um laço pré-testado

Laços com controles posicionados pelo usuário

  • Em algumas situações é conveniente para o programador escolher o local do controle do laço

  • Questões de projeto

    • O mecanismo condicional deve ser parte integral da saída?

    • Apenas um corpo de laço pode ser terminado, ou laços externos também podem ser terminados?

Laços com controles posicionados pelo usuário

  • Exemplo em Java

    while (sum < 1000) {
    getnext(value);
    if (value < 0) continue;
    sum += value;
}

while (sum < 1000) {
    getnext(value);
    if (value < 0) break;
    sum += value;
}

Laços com controles posicionados pelo usuário

  • Exemplo em Java

    outerLoop:
for (row = 0; row < numRows; row++) {
    for (col = 0; col < numCols; col++) {
        sum += mat[row][col];
        if (sum > 1000.0) {
            break outerLoop;
        }
    }
}

Iteração baseada em estrutura de dados

  • A iteração é controlada pelos elementos em uma estrutura de dados

  • A função responsável por percorrer a estrutura de dados é chamada iterador

  • No início de cada iteração o iterador é chamado, a cada chamada um valor é retornado (em uma ordem específica)

Iteração baseada em estrutura de dados

  • Devido a flexibilidade do for{.c} do C, ele pode ser usado para simular uma iteração definida pelo usuário

    for (ptr = root; ptr != null; ptr = traverse(ptr))
    ...

Iteração baseada em estrutura de dados

  • Exemplo em Java

    \small

    List<String> lista = Arrays.asList("casa", "janela", "pé");
for (String x : lista) {
    System.out.println(x);
}

    é equivalente a:

    List<String> lista = Arrays.asList("casa", "janela", "pé");
{
    Iterator<String> iter = lista.iterator();
    while (iter.hasNext()) {
        String x = iter.next();
        System.out.println(x);
    }
}

Iteração baseada em estrutura de dados

  • O programador pode implementar as interfaces Iterable e Iterator para que um tipo possa ser usado no for{.java}

    public interface Iterable<T> {
    Iterator<T> iterator();
}

public interface Iterator<T> {
    bool hasNext();
    T next();
}

Desvio incondicional

Desvio incondicional

  • Uma sentença de desvio incondicional transfere o controle da execução para um local específico no programa

  • Muito debatido no final da década de 1960

  • goto na maioria das linguagens

  • É a sentença mais poderosa de controle de fluxo

  • Linguagens sem goto: Java, Python, Ruby

Comandos guardados

Comandos guardados

  • Sugerido por Dijkstra em 1975

  • A ideia era dar suporte a uma metodologia que garantisse a corretude durante o desenvolvimento

  • Outra motivação era o não determinismo, que as vezes é necessário em programas concorrentes

Comandos guardados

  • Construção de seleção

    if i = 0 -> sum := sum + i
[] i > j -> sum := sum + j
[] j > i -> sum := sum + i
fi

if x >= y -> max := x
[] y >= x -> max := y
fi

Comandos guardados

  • Construção de laço

    do q1 > q2 -> temp := q1; q1 := q2; q2 := temp;
[] q2 > q3 -> temp := q2; q2 := q3; q3 := temp;
[] q3 > q4 -> temp := q3; q3 := q4; q4 := temp;
od

Referências

  • Robert Sebesta, Concepts of programming languages, 9ª edição. Capítulo 8.