Introdução à Programação Aula prática Nº 1

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1 Introdução

Um compilador é um tipo especial de programa de computador que serve para criar outros programas de computador.

Um programa executável, também conhecido por aplicação, é essencialmente uma sequência de números inteiros que são entendidos pela unidade central de processamento do computador (ou CPU, acrónimo de Central Processing Unit) como instruções. Devido à diferença entre as linguagens utilizadas pelos seres humanos (como alguns programadores) e as intermináveis sequências de números entendidas pelos circuitos electrónicos dos computadores, surgiu a necessidade de encontrar processos de programar máquinas que fossem mais próximos da linguagem própria dos seres humanos. É neste contexto que surgem as linguagens de programação de alto nível, entre as quais se encontra o FORTRAN90.

O papel que o compilador tem neste processo é no fundo o de um programa “tradutor” que transforma nas respectivas sequências codificadas de números, directamente executáveis pelo computador, o programa originalmente escrito numa linguagem de alto nível.

Hoje em dia, no que respeita a máquinas tipo PC, é cada vez mais raro encontrar um programa compilador sozinho. Os compiladores surgem normalmente integrados com um conjunto de outras ferramentas auxiliares de programação numa aplicação denominada: ambiente de desenvolvimento integrado (ou IDE, de Integrated Development Environment).

O programa Fortran PowerStation 4.0 (FPS4.0) da Microsoft é um exemplo de um IDE orientado para a linguagem FORTRAN; em particular é o programa que, por estar disponível no Laboratório de Tecnologias de Informação (L.T.I.), servirá de base a esta aula e aos trabalhos práticos desta cadeira.

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Introdução à Programação Aula prática Nº 1

2 Criação do ficheiro de Código (Source File):

Para editar um ficheiro de código FORTRAN a solução mais prática é escolher o editor de texto integrado do FPS4.0, já que este apresenta algumas vantagens em relação aos editores de texto normais.

Para iniciar o programa FPS4.0 seleccionar as seguintes opções de menu:

Start

→ Programs → Fortran PowerStation 4.0 → Developer Studio

É possível que em alguns computadores “Developer Studio” seja substituído por “MSDEV” ou “Microsoft Developer Studio”. O MS Developer Studio (MSDEV) é um ambiente de desenvolvimento que pode suportar compiladores e ferramentas de diversas linguagens de programação. Neste texto, para simplificar, não faremos distinção entre o MSDEV e o FPS4.0, sendo feita referência normalmente a um e a outro como FPS4.0. No FPS4.0 começa-se por criar um novo espaço de trabalho fazendo:

File

→ New → {Project Workspace} → OK

Na janela que surge a seguir (ver fig.) devem ser tomadas as seguintes opções: Type:

Console Application

Name:

Proj

Location:

C:\Temp\Proj

ou

D:\Temp\Proj

Create

Neste momento é criado o novo Workspace, sendo automaticamente criada a directoria “C:\Temp\Proj”. Numa janela no canto superior esquerdo, denominada “File View”,

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Para lançar o editor integrado do FPS4.0 fazer:

File

→ New → {Text File} → OK

Pode também utilizar-se o ícone “New Source File” na barra de ferramentas “Standard Toolbar”. Uma vez criado o novo projecto e aberto o editor de texto, podemos escrever o nosso primeiro programa em FORTRAN90. Na janela do editor introduza o seguinte texto:

PROGRAM Ola_Mundo

! O meu primeiro programa em FORTRAN90 IMPLICIT NONE

! Escrever no ecran PRINT *, "Ola Mundo!"

! Esperar que se pressione ENTER para terminar READ (*,*)

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Note-se que o editor integrado atribui diferentes cores aos comentários, palavras-chave (instruções) e restante código para facilitar a leitura do programa e detecção de erros. No contexto desta cadeira, deve sempre evitar-se a utilização de caracteres especiais (tais como letras com acentuação) na edição do código já que a conversão destes caracteres para os caracteres de texto simples, utilizados no MS-DOS, nem sempre é directa.

Após a edição do ficheiro este deve ser guardado na directoria que está a ser utilizada e depois associado ao projecto. Para gravar o ficheiro fazer:

File

→ Save as… → {proj.f90} → Save

tendo o cuidado de só fazer Save depois de escolher a directoria adequada. No caso de ser a mesma do projecto activo (C:\Temp\Proj) esta é a seleccionada por defeito. Para associar o ficheiro ao projecto activo procedemos do seguinte modo:

Insert

→ Files into Project… → {proj.f90} → Add

De seguida, podemos expandir a árvore de directorias na janela “File View”, seleccionado o “+” que fará aparecer o ramo correspondente ao ficheiro “proj.f90” confirmando o sucesso da operação.

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3 Compilação e criação do ficheiro executável

Para compilar o ficheiro e criar o executável do nosso programa podemos utilizar o comando “Go” a partir da “Project Toolbar”. Em vez disso podemos utilizar a tecla F5, ou ainda fazer:

Build

→ Debug → Go

Surgirá uma janela informando que o ficheiro executável está por criar e perguntando se desejamos construí-lo; responder “Yes”. Note-se que durante a compilação e linkagem do programa, vão surgindo na janela Output do IDE todas as informações relevantes, incluindo os erros e avisos sobre o código. Se por qualquer motivo não estiver aberta esta janela será conveniente abri-la antes de executar fazendo:

View

→ Output

Caso não tenham sido encontrados erros, o nosso programa será automaticamente executado, aparecendo numa nova janela (temporária) de MS-DOS.

Se foi diagonosticado algum erro no código do programa é aconselhável, no caso destes primeiros exemplos, uma verificação cuidada do código introduzido.

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Depois de correr com sucesso o programa Ola_Mundo tente agora trasformá-lo numa saudação mais pessoal substituindo as instruções:

! Escrever no ecran PRINT *, "Ola Mundo!"

Pelas seguintes:

CHARACTER(10):: nome

! Ler o nome do utilizador READ *, nome

! Saudar o utilizador PRINT *, "Ola ", nome

Repita em seguida o procedimento de compilação e criação do ficheiro executável (apenas este, lembre-se que o ficheiro já foi anteriormente associado ao projecto actual). Se não existirem erros, na janela de MS-DOS aparecerá apenas o cursor intermitente. Introduza o seu nome seguido de ENTER.

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4 Utilização

do

debugger integrado no FPS4.0:

Para auxiliar na demonstração das capacidades de outra ferramenta integrada no FPS4.0, o Debugger, é conveniente editar um programa um pouco (muito pouco) mais complexo, que ilustra de uma forma simples a utilidade que um computador, conjugado com alguns conhecimentos básicos de programação, pode ter em tarefas de cálculo para um estudante de engenharia.

Antes de passar aos parágrafos seguintes, e após terminar a execução do programa anterior, feche o projecto actual no FPS4.0 seleccionando:

Files

→ Close Workspace → Yes

De seguida crie um novo projecto chamado Projectil, seguindo os passos anteriormente descritos. Repetindo sempre os procedimentos utilizados no capítulo 2 para o programa Ola_Mundo edite o programa apresentado em anexo a este texto. De seguida tente compilar e criar o ficheiro executável segundo o procedimento do capítulo 3. Caso ocorram erros de compilação, corrija-os de forma a poder executar o programa.

O debugger é uma ferramenta que permite fazer a depuração de erros semânticos, também chamados erros de lógica. Este tipo de erros manifesta-se durante a execução quando o programa não faz exactamente aquilo que pretendiamos que fizesse (e.g., o programa executa um cálculo mas o resultado não é correcto, ou ao seleccionar determinada opção num menu outra das opções é executada, etc.).

Para utilizar as funções do debugger seleccione, depois de ter executado o programa uma vez, as opções:

Build

→ Debug → Step Into

Surgirá uma barra de ferramentas chamada “Debug”. Apenas três das opções disponíveis serão aqui abordadas.

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É também aberta uma janela de MS-DOS onde poderemos observar o execução do nosso programa. No canto inferior esquerdo do FPS4.0, deverá existir uma janela denominada “Locals”, contendo o nome das variáveis e constantes do programa, e o seu valor no momento actual da execução.

Se a janela não estiver presente, poderá ser aberta através da sequência:

View

→ Variables

Na barra de ferramentas “Debug” seleccionar “Step Into”. A seta amarela que surge na janela que contém o código salta algumas instruções até à primeira instrução WRITE (no caso do nosso exemplo). Uma nova chamada a “Step Into” fará a seta mover-se para a instrução seguinte (READ). Esta seta indica a instrução que está a ser executada, ou que vai ser executada de seguida, o que significa que neste momento a instrução WRITE já foi executada e o resultado já pode ser observado na janela de MS-DOS. Uma nova invocação de “Step Into” executa a intrução READ, o que significa que o nosso programa estará agora à espera que os dados pedidos sejam introduzidos através da janela de MS-DOS. Introduzam-se os valores 100 e 90 respectivamente, e observe-se que na janela “Locals” os valores 100 e 90 surgem associados às variáveis VelocidadeInicial e AlturaInicial, respectivamente (a vermelho).

Chamadas sucessivas da função “Step Into” levariam o nosso programa a correr instrução a instrução até final. Se for utilizada a opção “Step Out” o programa continuará a ser executado da forma normal.

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5 Notas

gerais

Nos computadores do L.T.I. as directorias disponíveis para gravar ficheiros são a Temp e a Users\Default que podem encontrar-se nas drives (C:) ou (D:). Também se pode trabalhar directamente a partir de uma disquete (A:).

Note-se que quando se utiliza o L.T.I. o trabalho deve ser sempre gravado em disquete no final da sessão e apagada a directoria de trabalho, para evitar a perda de ficheiros (inadvertidamente apagados por outros utilizadores) ou a utilização do trabalho por parte de terceiros.

Lembre-se também que o FPS4.0 reconhece instruções e formatos de programa que não os da norma FORTRAN90, mas que podem estar de acordo com normas mais recentes que não são abordadas na cadeira.

O trabalho realizado deve seguir à risca as instruções que forem fornecidas nos respectivos enunciados (regra geral limitando as instruções que podem ser utilizadas àquelas que são dadas nas aulas), não sendo classificados programas ou trabalhos realizados segundo outras normas de FORTRAN (como por exemplo o FORTRAN77) ou utilizando outras linguagens de programação.

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ANEXO

PROGRAM Projectil IMPLICIT NONE

REAL :: AlturaInicial, Altura, VelocidadeInicial, Velocidade, & & Tempo

REAL, PARAMETER :: Aceleracao = -9.80665

! Obter valores para AlturaInicial, VelocidadeInicial e Tempo PRINT *, "Intruduza a altura (m) e velocidade (m/s) iniciais:" READ *, AlturaInicial, VelocidadeInicial

PRINT *, "Introduza o instante de tempo (s) em que deseja calcular & &a altura e velocidade do projectil:"

READ *, Tempo

! Calcular a altura e velocidade

Altura = 0.5 * Aceleracao * Tempo ** 2 &

+ VelocidadeInicial * Tempo + AlturaInicial Velocidade = Aceleracao * Tempo + VelocidadeInicial

! Apresentar Velocidade e Altura

PRINT *, "No instante de tempo", Tempo, "s"

PRINT *, "a velocidade vertical e", Velocidade, "m/s" PRINT *, "e a altura e", Altura, "m"

! Esperar que se pressione ENTER para terminar READ (*,*)