Resumos · Aplicações Informáticas BPT · Secundário

Programação

Traduz-se a algoritmia em programas: distinguem-se as linguagens de programação (baixo/alto nível) e o papel de compiladores e interpretadores, e programa-se numa linguagem de alto nível — variáveis e entrada/saída, estruturas de controlo, estruturas de dados (arrays/listas), funções e procedimentos, e ainda o teste e a depuração. Segunda parte da unidade de Introdução à Programação de Aplicações Informáticas B (12.º ano), disciplina de opção sem Exame Nacional, avaliada internamente com forte componente prática.

5 secções~16 min de leitura5 competênciasNível Base 1 · Padrão 2 · Aprofundamento 2

T·0222 / 9

Perfil de exame

Distinguir níveis de linguagem e o papel de compilador e interpretadorTraduzir algoritmos para código correto (variáveis, E/S, controlo)Usar arrays/listas para armazenar e processar conjuntos de dadosDecompor um problema em funções e procedimentosTestar e depurar programas, identificando os tipos de erro

Operadores:distinguetraduzescreveaplicapercorredecompõetestadepura

nível básico

Traduzir algoritmos simples para uma linguagem de alto nível, com variáveis, entrada/saída e estruturas de controlo.

nível avançado

Usar arrays e funções para estruturar programas e validá-los com casos de teste bem escolhidos.

Profundidade

Texto

Conteúdo · 5 secções

Programação

Da algoritmia ao programa: linguagens, compiladores e interpretadores#

BaseAE-aplicacoes-informaticas-b-12-programacao

Um programa é um algoritmo escrito numa linguagem de programação — um conjunto rigoroso de regras que o computador consegue interpretar. As linguagens dividem-se por nível de abstração. As de baixo nível (linguagem máquina, em binário, e assembly) estão próximas do processador, são rápidas mas difíceis para o humano. As de alto nível (Python, Java, C, JavaScript…) aproximam-se da linguagem natural e da matemática, são portáveis entre máquinas e muito mais legíveis. As Aprendizagens Essenciais não impõem uma linguagem concreta — usa-se uma linguagem de alto nível; os exemplos deste resumo mostram-se em pseudocódigo estruturado, muito próximo de linguagens como o Python.

O computador só executa diretamente linguagem máquina, pelo que o código de alto nível (o código-fonte) tem de ser traduzido. Há dois grandes modelos de tradução (Fig. 1). Um compilador traduz todo o programa de uma vez, gerando um ficheiro executável (código-objeto/máquina) que corre depois de forma autónoma e rápida (é o modelo do C). Um interpretador traduz e executa instrução a instrução, no momento (é o modelo típico do Python): é mais flexível e cómodo para desenvolver e testar, mas em geral mais lento. Alguns ambientes combinam os dois (compilação para um código intermédio interpretado por uma máquina virtual, como o Java).

Do código-fonte à execução

Fig. 1Fig. 1 — Dois modelos de tradução: o compilador gera um executável; o interpretador traduz e executa linha a linha.

Toda a linguagem tem uma sintaxe e uma semântica, e é essencial não as confundir. A sintaxe é o conjunto de regras de escrita (a «gramática»): que palavras-chave existem, onde vão os parênteses, como se termina uma instrução. A semântica é o significado — o que o programa faz. Um programa pode estar sintaticamente correto (o tradutor aceita-o) e mesmo assim ter a semântica errada (não faz o que se pretendia): é o erro de lógica, o mais difícil de encontrar.

O trabalho de programação faz-se num ambiente de desenvolvimento integrado (IDE), que reúne editor de código (com realce de sintaxe), tradutor (compilador/interpretador), consola de execução e ferramentas de depuração (debugger). O IDE ajuda a escrever, executar e corrigir os programas de forma produtiva. O ciclo habitual é: escrever/editar → traduzir e executar → observar o resultado → corrigir — repetido até o programa estar correto.

Exemplo resolvido

Compilado ou interpretado?

Classifica quanto ao modelo de tradução: (a) um programa em C que produz um ficheiro .exe; (b) um guião em Python executado com o comando «python programa.py».

Caso (a)
O C é compilado: todo o código-fonte é traduzido de uma vez para um executável em linguagem máquina, que corre depois sozinho.
Caso (b)
O Python é (tipicamente) interpretado: o interpretador lê, traduz e executa o guião instrução a instrução, sem gerar um executável autónomo.
Consequência
O executável de C tende a ser mais rápido; o Python é mais cómodo para desenvolver e testar rapidamente.

Resultado: (a) compilado; (b) interpretado — dois modelos de tradução do mesmo código-fonte de alto nível para algo executável.

Erros frequentes

Confundir compilador com interpretador: o compilador traduz o programa todo antes de correr; o interpretador traduz e executa linha a linha.
Achar que um programa que o tradutor aceita está necessariamente correto — a sintaxe correta não garante a semântica correta.

Revisão ativa

Explica, para um programa em Python e outro em C, como cada um passa do código-fonte à execução, indicando se é usado interpretador ou compilador. Dá uma vantagem de cada modelo.

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais de Aplicações Informáticas B — 12.º ano (DGE) (Direção-Geral da Educação (DGE))

Variáveis, tipos e entrada/saída em código#

PadrãoAE-aplicacoes-informaticas-b-12-programacao

Num programa, cada variável guarda um valor de um dado tipo. Nalgumas linguagens é preciso declarar a variável indicando o tipo (por exemplo, em C, «int idade;»); noutras, como o Python, o tipo é inferido do valor atribuído (tipagem dinâmica: «idade ← 17» cria uma variável inteira). Os tipos básicos correspondem aos da algoritmia: inteiro, real (vírgula flutuante), booleano e cadeia de carateres (string). O nome da variável deve ser significativo e seguir as regras da linguagem (começar por letra, sem espaços).

A entrada de dados obtém valores do exterior (habitualmente do teclado): em pseudocódigo «ler(x)»; numa linguagem, funções como «input()» (Python). O que vem do teclado costuma chegar como texto, pelo que é frequente ser preciso converter o tipo — por exemplo, transformar a cadeia «"17"» no inteiro 17 antes de fazer contas. A saída apresenta resultados (no ecrã): «escrever(x)» / «print()». A conversão de tipos (cadeia ↔ número) é uma fonte comum de erros de principiante.

A atribuição «variável ← expressão» (escrita «=» em muitas linguagens) avalia a expressão à direita e guarda o resultado. É importante não confundir a atribuição «=» com a comparação de igualdade, que em muitas linguagens se escreve «==»: «x = 5» guarda 5 em x; «x == 5» pergunta se x vale 5 (produz Verdadeiro/Falso). Confundir «=» com «==» é um erro clássico e difícil de detetar.

Um primeiro programa completo combina entrada, processamento e saída. Por exemplo, ler dois números e escrever a sua soma (Fig. 2): «a ← ler()»; «b ← ler()»; «soma ← a + b»; «escrever(soma)». Este esqueleto entrada → cálculo → saída é a base de quase todos os programas simples; a partir dele acrescentam-se decisões e ciclos.

Programa «ler dois números e escrever a soma»

Fig. 2Fig. 2 — Esqueleto entrada → processamento → saída de um programa simples.

Exemplo resolvido

Ler dois números e escrever a soma

Escreve o programa que lê dois inteiros e escreve a sua soma, tratando a conversão de tipos, e simula-o para A = 8 e B = 5.

Leitura e conversão
a ← inteiro(ler()); b ← inteiro(ler()) — converte o texto do teclado em inteiro.
Processamento
soma ← a + b.
Saída e simulação
escrever(soma). Para a = 8 e b = 5: soma = 8 + 5 = 13.

Resultado: O programa escreve 13. Sem a conversão para inteiro, «"8" + "5"» daria a concatenação «"85"» — o erro típico de esquecer os tipos.

Erros frequentes

Somar dados lidos do teclado sem os converter de texto para número, obtendo uma concatenação ou um erro em vez da soma.
Escrever «=» (atribuição) onde é preciso «==» (comparação), numa condição de seleção ou de ciclo.

Revisão ativa

Escreve um programa (em pseudocódigo) que leia a base e a altura de um retângulo e escreva a sua área. Indica os tipos das variáveis usadas.

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais de Aplicações Informáticas B — 12.º ano (DGE) (Direção-Geral da Educação (DGE))

Estruturas de controlo em código#

PadrãoAE-aplicacoes-informaticas-b-12-programacao

As três estruturas de controlo da algoritmia (sequência, seleção e repetição) traduzem-se diretamente em código. A seleção usa «se … senão»: em pseudocódigo «Se condição Então … Senão …»; em Python «if condição: … else: …», com «elif» para os casos intermédios. A condição é uma expressão booleana (com operadores relacionais e lógicos). A indentação (o avanço das linhas) delimita o bloco que pertence a cada ramo — em Python a indentação é obrigatória e faz parte da sintaxe.

A repetição por condição usa o ciclo «enquanto» («while condição: …»): repete o corpo enquanto a condição for verdadeira, testando-a antes de cada passagem. É a escolha quando não se sabe à partida quantas repetições serão precisas (por exemplo, ler valores até aparecer um zero). Tal como na algoritmia, é imperativo que algo no corpo faça a condição acabar por ficar falsa, sob pena de ciclo infinito.

A repetição por contador usa o ciclo «para» («for»): repete um número de vezes conhecido, percorrendo uma gama de valores («para i de 1 até N») ou os elementos de uma coleção («para cada elemento da lista»). A variável de controlo é atualizada automaticamente. Usa-se o «para» quando o número de iterações é conhecido; o «enquanto» quando depende de uma condição sobre os dados. A Fig. 3 mostra um ciclo «para» com uma seleção lá dentro, para somar apenas os números pares.

Ciclo «para» com seleção: somar os pares de 1 a N

Fig. 3Fig. 3 — Um ciclo «para» que percorre 1..N e, com uma seleção interior, soma só os números pares.

As estruturas podem aninhar-se: uma seleção dentro de um ciclo, um ciclo dentro de outro (ciclos encaixados, por exemplo para percorrer uma tabela de duas dimensões). O aninhamento dá poder expressivo, mas exige cuidado com a indentação e com as condições. Escrever primeiro o fluxograma ou o pseudocódigo ajuda a acertar a lógica antes de a codificar.

Exemplo resolvido

Somar os números pares de 1 a 10

Simula o algoritmo da Fig. 3 para N = 10 e indica a soma dos números pares.

Pares no intervalo
Entre 1 e 10, «i mod 2 = 0» é verdadeiro para 2, 4, 6, 8 e 10.
Acumulação
soma passa por: 2, depois 6, depois 12, depois 20, depois 30.
Verificação
2 + 4 + 6 + 8 + 10 = 30 — confere com o valor acumulado.

Resultado: soma = 30. A seleção «i mod 2 = 0» dentro do ciclo filtra corretamente os pares.

Erros frequentes

Errar a indentação/delimitação do bloco, fazendo com que uma instrução fique dentro (ou fora) do ciclo ou do «se» por engano.
Usar um ciclo «enquanto» sem atualizar a variável da condição — ciclo infinito — ou trocar «=» por «==» na condição.

Revisão ativa

Escreve um programa que percorra os inteiros de 1 a 20 e escreva apenas os múltiplos de 3. Que estrutura de repetição usas e porquê?

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais de Aplicações Informáticas B — 12.º ano (DGE) (Direção-Geral da Educação (DGE))

Estruturas de dados: arrays e listas#

AprofundamentoAE-aplicacoes-informaticas-b-12-programacao

Uma variável simples guarda um só valor; para tratar conjuntos de valores usa-se um array (vetor) ou lista — uma estrutura que guarda vários valores do mesmo género sob um único nome, acedidos por um índice (posição). Por exemplo, «notas» pode guardar as classificações de uma turma; «notas[2]» é a nota na posição 2. Na maioria das linguagens (Python, C, Java) a indexação começa em zero: o primeiro elemento é o índice 0, o segundo o índice 1, e assim por diante (Fig. 4).

Um array e os seus índices

Fig. 4Fig. 4 — A lista [10, 20, 30, 40] tem 4 elementos e índices válidos de 0 a 3; «lista[4]» está fora dos limites.

Se um array tem N elementos, os índices válidos vão de 0 a N−1. Aceder a «lista[N]» (ou a um índice negativo indevido) é um índice fora dos limites (out of bounds), um erro de execução muito comum: numa lista de 4 elementos, os índices válidos são 0, 1, 2 e 3 — o índice 4 não existe. Convém obter o comprimento com a operação apropriada da linguagem (por exemplo «comprimento(lista)») em vez de o fixar «à mão».

A operação fundamental sobre um array é o percurso (travessia): visitar todos os elementos com um ciclo «para» — «para i de 0 até comprimento−1» ou «para cada x na lista». Sobre o percurso constroem-se os algoritmos clássicos: somar/contar elementos, calcular a média, procurar um valor (pesquisa), encontrar o máximo ou o mínimo, contar quantos satisfazem uma condição. Estes padrões repetem-se em inúmeros problemas.

Outras operações típicas incluem acrescentar e remover elementos (nas listas dinâmicas, como as do Python), e a ordenação (pôr os elementos por ordem crescente/decrescente). Arrays de duas dimensões (matrizes) modelam tabelas e imagens. Dominar o percurso de um array com um ciclo, mantendo variáveis acumuladoras (soma, contador, máximo), é uma das competências mais transferíveis da programação.

\text{índices válidos}: \; 0,\, 1,\, \ldots,\, N-1

Indexação base 0

Num array de N elementos, o primeiro está no índice 0 e o último no índice N−1; aceder ao índice N está fora dos limites.

Exemplo resolvido

Máximo de uma lista com um ciclo

Escreve o algoritmo que determina o maior valor da lista [3, 9, 2, 7] percorrendo-a com um ciclo, e simula-o.

Inicialização
maior ← lista[0] (= 3). Percorrer os índices de 1 a 3.
Percurso
i=1: lista[1]=9 > 3 → maior ← 9; i=2: lista[2]=2 > 9? não; i=3: lista[3]=7 > 9? não.
Limites
O ciclo vai só até ao índice 3 (comprimento−1 = 3); aceder a lista[4] seria um erro de índice fora dos limites.

Resultado: maior = 9. O padrão «inicializar com o primeiro elemento e comparar com os restantes» resolve o máximo/mínimo de qualquer lista.

Erros frequentes

Assumir que o primeiro elemento tem índice 1: na maioria das linguagens é o índice 0, e o último é o comprimento menos 1.
Percorrer «de 0 até comprimento» (inclusive) em vez de «até comprimento−1», acedendo a um índice inexistente (erro de execução).

Revisão ativa

Dada a lista «temperaturas» com 7 valores, escreve o algoritmo que calcula e escreve a temperatura média. Indica os índices válidos e como obténs o comprimento.

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais de Aplicações Informáticas B — 12.º ano (DGE) (Direção-Geral da Educação (DGE))

Funções, decomposição modular e depuração#

AprofundamentoAE-aplicacoes-informaticas-b-12-programacao

Um programa grande escreve-se dividindo o problema em partes menores, cada uma resolvida por um subprograma. Uma função recebe dados (parâmetros/argumentos), efetua um cálculo e devolve um resultado (por exemplo, uma função «área(base, altura)» que devolve o produto). Um procedimento executa uma tarefa sem devolver valor (por exemplo, escrever um cabeçalho). Chamar (invocar) o subprograma pelo nome, passando os argumentos, executa-o e — no caso da função — usa-se o valor devolvido (Fig. 5).

Chamada de uma função

Fig. 5Fig. 5 — O programa principal chama a função (passando argumentos) e recebe o valor devolvido.

Os subprogramas materializam a decomposição modular (top-down): o programa principal fica curto e legível, delegando cada tarefa numa função. As vantagens são grandes: reutilização (a mesma função serve em vários pontos e programas), legibilidade (um nome descreve a intenção), e facilidade de teste E manutenção (testa-se e corrige-se cada função isoladamente). Uma boa função faz uma coisa só e bem definida.

As variáveis têm um âmbito (scope). As variáveis locais existem apenas dentro do subprograma onde são criadas e desaparecem quando ele termina; as globais são visíveis em todo o programa. Preferem-se variáveis locais e a comunicação por parâmetros e valor de retorno, porque reduzem efeitos colaterais e tornam as funções independentes e reutilizáveis. Passar informação pelos parâmetros, em vez de por variáveis globais, é uma boa prática.

Concluído o código, testa-se e depura-se. Recordam-se os três tipos de erro: sintaxe (violam a gramática — o tradutor recusa o programa), execução/run-time (surgem a correr — divisão por zero, índice fora dos limites), e lógica (o programa corre mas dá resultado errado). Estratégias de depuração: reproduzir o erro com um caso concreto, usar o depurador (debugger) para executar passo a passo e inspecionar variáveis, e escrever valores intermédios no ecrã para localizar onde a execução se desvia do esperado. Testar cada função com casos normais, limite e inválidos é a melhor defesa contra os erros de lógica.

n! = n \times (n-1) \times \cdots \times 2 \times 1

Fatorial (função recursiva/iterativa clássica)

Exemplo típico de função: recebe n e devolve o produto de todos os inteiros de 1 a n; por convenção 0! = 1.

Exemplo resolvido

Função fatorial e traçado

Escreve uma função iterativa «fatorial(n)» e simula «fatorial(5)», mostrando o valor do acumulador em cada passo.

Definição
função fatorial(n): f ← 1; para i de 1 até n: f ← f × i; devolver f.
Traçado de fatorial(5)
f começa em 1; i=1: f=1; i=2: f=2; i=3: f=6; i=4: f=24; i=5: f=120.
Verificação
5! = 5×4×3×2×1 = 120.
$5! = 5\times 4\times 3\times 2\times 1 = 120$

Resultado: fatorial(5) devolve 120. A função encapsula o cálculo e pode ser reutilizada e testada isoladamente (casos limite: fatorial(0) = 1, fatorial(1) = 1).

Erros frequentes

Esquecer de devolver («return») o resultado de uma função, ou não usar o valor devolvido na chamada.
Depender de variáveis globais em vez de passar dados por parâmetros, criando efeitos colaterais difíceis de depurar.

Revisão ativa

Escreve uma função «ehPrimo(n)» que devolva Verdadeiro se n for primo e Falso caso contrário, e mostra como a chamarias para testar o número 7. Que casos limite testarias?

Evocação ativa

Recorda os pontos-chave — depois revela.

Fontes: Aprendizagens Essenciais de Aplicações Informáticas B — 12.º ano (DGE) (Direção-Geral da Educação (DGE))

Referências e fontes

Fontes

Direção-Geral da Educação (DGE)

Aprendizagens Essenciais de Aplicações Informáticas B — 12.º ano (DGE)

Programação

5 secções~16 min de leitura5 competênciasNível Base 1 · Padrão 2 · Aprofundamento 2

Programação

Pontos-chave

Compilado ou interpretado?

Pontos-chave

Ler dois números e escrever a soma

Pontos-chave

Somar os números pares de 1 a 10

Pontos-chave

Máximo de uma lista com um ciclo

Pontos-chave

Função fatorial e traçado

Fontes

Programação

Pontos-chave

Compilado ou interpretado?

Pontos-chave

Ler dois números e escrever a soma

Pontos-chave

Somar os números pares de 1 a 10

Pontos-chave

Máximo de uma lista com um ciclo

Pontos-chave

Função fatorial e traçado

Fontes