Nesta primeira aula veremos o que são algoritmos e programas, um pouco sobre a linguagem C e o pensamento computacional, e os primeiros elementos de um programa em C: variáveis, tipos de dados, memória, entrada e saída, expressões aritméticas e atribuição. Todo o restante da disciplina será construído em cima desses conceitos básicos.

1. O que é um algoritmo?

Um algoritmo é uma sequência finita e bem definida de passos para resolver um problema ou realizar uma tarefa. Não precisa envolver computadores: uma receita de bolo, um manual de montagem de móveis, ou as instruções para trocar um pneu são todos algoritmos.

Um bom algoritmo precisa ser:

• Finito: deve terminar após um número finito de passos;
• Preciso: cada passo deve ser claro, sem ambiguidade;
• Executável: cada passo deve poder ser realizado por quem (ou o que) for executar o algoritmo.

Por exemplo, um algoritmo para "somar dois números e mostrar o resultado" poderia ser descrito, em português estruturado, como:

1. Ler o primeiro número (A)
2. Ler o segundo número (B)
3. Calcular a soma: S = A + B
4. Mostrar o valor de S

2. Um algoritmo se torna um programa

Um programa é a implementação de um algoritmo em uma linguagem de programação — uma linguagem formal, com regras rígidas de sintaxe, que pode ser traduzida para instruções que o computador executa diretamente.

Nesta disciplina utilizaremos a linguagem C. Um programa em C passa por duas etapas até ser executado:

Em linha de comando, isso é feito assim:

gcc -Wall main.c -o programa   # compila main.c e gera o executável "programa"
./programa                    # executa o programa

3. Pensamento computacional

Resolver um problema com o auxílio de um computador envolve muito mais do que simplesmente escrever código. O desenvolvimento de um programa costuma seguir um processo com várias etapas:

Problema
   ↓
Análise
   ↓
Algoritmo
   ↓
Programa em C
   ↓
Compilação
   ↓
Execução
   ↓
Testes
   ↓
Correções

Um erro comum de quem está começando é tentar escrever código diretamente, sem antes pensar no algoritmo. Ao longo desta disciplina, o foco não estará apenas em "aprender a sintaxe de C", mas em desenvolver a capacidade de analisar problemas e escolher a lógica e as representações mais adequadas para resolvê-los.

4. A linguagem C

A linguagem C foi desenvolvida no início da década de 1970 por Dennis Ritchie, e permanece, até hoje, uma das linguagens mais importantes da computação. Entre suas principais características, destacam-se:

• Linguagem compilada (o código-fonte é totalmente traduzido para linguagem de máquina antes da execução);
• Linguagem imperativa (o programa é descrito como uma sequência de instruções que alteram o estado da memória);
• Alto desempenho;
• Controle explícito da memória (o programador decide, em muitos casos, como e quando a memória é utilizada);
• Grande portabilidade entre sistemas operacionais.

Essas características tornam C uma excelente linguagem para compreender como os dados são, de fato, representados e manipulados na memória do computador — algo que ficará mais claro já na próxima seção.

5. Nosso primeiro programa em C

Todo programa em C precisa de uma função main(), que é o ponto onde a execução começa:

#include <stdio.h>

int main() {
    printf("Ola, mundo!\n");
    return 0;
}

6. Variáveis, tipos de dados e memória

Uma variável representa uma posição da memória do computador, identificada por um nome, usada para armazenar um valor que pode mudar ao longo da execução do programa. Sempre que uma variável é declarada, o compilador reserva um espaço na memória suficiente para armazenar um valor daquele tipo.

Toda variável possui quatro características principais:

O tipo de uma variável determina que espécie de valor ela pode guardar, e quanto espaço ela ocupa na memória:

A sintaxe para declarar uma variável é tipo nome;, opcionalmente já atribuindo um valor inicial:

int idade;          // declaração, sem valor inicial
int ano = 2026;     // declaração com valor inicial
float altura = 1.75;
char inicial = 'D';

Como as variáveis ficam na memória

Considere o seguinte programa:

#include <stdio.h>

int main() {
    int idade = 20;
    float nota = 8.5;
    char sexo = 'F';
    double media = 7.35;
    return 0;
}

Durante a execução, o compilador reserva espaço para cada variável, uma após a outra. A tabela abaixo apresenta uma representação simplificada da memória (os endereços são fictícios e usados apenas para fins didáticos):

Podemos representar essa mesma situação através de um mapa simplificado da memória:

Endereço      Conteúdo
E1000  ───►  idade = 20
E1004  ───►  nota = 8.5
E1008  ───►  sexo = 'F'
E1009  ───►  media = 7.35

Note que variáveis de tipos diferentes ocupam quantidades diferentes de memória, e o endereço de cada variável depende de quantos bytes a variável anterior ocupou. Como idade (int) ocupa 4 bytes, nota começa 4 bytes depois. Como sexo (char) ocupa apenas 1 byte, a variável seguinte já começa logo em seguida.

Além do valor armazenado, também é possível manipular diretamente o endereço de uma variável, através de ponteiros. Esse conceito será estudado com detalhes mais adiante na disciplina, e é fundamental para entender listas encadeadas, árvores e diversas outras estruturas de dados.

7. Entrada e saída

Para que um programa seja útil, ele geralmente precisa ler dados fornecidos por quem o executa, e mostrar resultados na tela. Em C, isso é feito com scanf() (entrada) e printf() (saída), ambas definidas em <stdio.h>.

printf: escrevendo na tela

Sintaxe genérica:

printf("texto e especificadores de formato", valor1, valor2, ...);

Ou seja, printf recebe sempre uma string de formatação — um texto entre aspas, podendo conter especificadores de formato (que começam com %) — seguida de uma variável (ou valor) para cada especificador, na mesma ordem em que aparecem no texto:

Exemplo:

int idade = 20;
float altura = 1.75;

printf("Idade: %d anos\n", idade);
printf("Altura: %.2f m\n", altura); // %.2f: duas casas decimais

scanf: lendo do teclado

Sintaxe genérica:

scanf("especificadores de formato", &variavel1, &variavel2, ...);

A ideia é parecida com a do printf — um especificador de formato para cada valor a ser lido — mas com duas diferenças importantes: a string de formatação normalmente não traz texto comum (só os especificadores, como "%d" ou "%d %f"), e cada variável precisa vir acompanhada do operador & (endereço de) antes do seu nome:

#include <stdio.h>

int main() {
    int idade;

    printf("Digite sua idade: ");
    scanf("%d", &idade);

    printf("Voce tem %d anos.\n", idade);
    return 0;
}

Também é possível ler vários valores em uma única chamada, um especificador para cada variável (na mesma ordem):

int dia, mes, ano;

printf("Digite a data (dia mes ano): ");
scanf("%d %d %d", &dia, &mes, &ano);

8. Expressões aritméticas

C oferece os operadores aritméticos usuais, que podem ser combinados em expressões:

Escrever 5.0 em vez de 5, como no exemplo acima, é uma forma de conversão de tipo: em vez de deixar o 5 como int, nós o escrevemos diretamente como um valor double. Também é possível converter o conteúdo de uma variável (e não apenas um número escrito na mão) de um tipo para outro, no meio de uma expressão, através do operador de cast (algo como "trocar o tipo" só durante aquele cálculo, sem alterar a variável original):

int a = 5, b = 2;
float resultado;

resultado = a / b;              // 2.0 -> divisão inteira acontece antes da atribuição!
resultado = (float) a / b; // 2.5 -> "a" é tratado como float só nesta conta

Assim como na matemática, expressões seguem uma ordem de precedência: multiplicação, divisão e módulo são calculados antes de soma e subtração, e parênteses () podem ser usados para forçar uma ordem diferente:

int resultado1 = 2 + 3 * 4;   // 2 + 12 = 14 (multiplicação primeiro)
int resultado2 = (2 + 3) * 4; // 5 * 4 = 20 (parênteses primeiro)

9. Atribuição

O operador = em C é o operador de atribuição: ele calcula o valor da expressão à direita, e o guarda na variável à esquerda. Não deve ser confundido com o "igual" da matemática — em C, x = x + 1; é uma instrução perfeitamente válida, que significa "calcule x + 1 e guarde o resultado de volta em x", e não uma equação sem solução.

int x = 5;
x = x + 1; // agora x vale 6

Um outro exemplo comum é a atribuição entre duas variáveis já existentes — nesse caso, o valor da variável à direita é copiado para a variável à esquerda; as duas passam a ter o mesmo valor, mas continuam sendo variáveis (e espaços de memória) independentes:

int a = 10;
int b = 20;
a = b; // copia o valor de b para a
printf("%d\n", a); // imprime 20

Como esse padrão de "atualizar uma variável com base em seu próprio valor" é muito comum, C oferece operadores de atribuição compostos, que combinam uma operação aritmética com a atribuição:

Um caso particularmente comum é somar ou subtrair exatamente 1, para o qual existem os operadores de incremento (++) e decremento (--):

int x = 5;
x++; // equivale a x = x + 1; agora x vale 6
x--; // equivale a x = x - 1; agora x vale 5 de novo

Esses operadores serão especialmente úteis na Aula 3, ao estudarmos estruturas de repetição.

10. Programa completo de exemplo

Juntando tudo o que vimos, um programa que lê dois números inteiros e mostra sua soma, média e resto da divisão:

#include <stdio.h>

int main() {
    int a, b;
    int soma, resto;
    float media;

    printf("Digite o primeiro numero: ");
    scanf("%d", &a);

    printf("Digite o segundo numero: ");
    scanf("%d", &b);

    soma = a + b;
    media = (a + b) / 2.0; // 2.0 força divisão com casas decimais
    resto = a % b;

    printf("Soma: %d\n", soma);
    printf("Media: %.2f\n", media);
    printf("Resto de %d dividido por %d: %d\n", a, b, resto);

    return 0;
}

Resumo

Exercícios

Nível fácil

1. Escreva um programa que declare uma variável int com o valor 25 e imprima essa idade na tela, no formato "Idade: 25 anos".
2. Escreva um programa que leia dois números inteiros do teclado e imprima a soma, a subtração e a multiplicação entre eles.
3. Qual é o resultado de cada expressão abaixo considerando as conversões da linguagem C?
   • 7 / 2
   • 7.0 / 2
   • 7 % 2
   • 2 + 3 * 2

Nível médio

4. Escreva um programa que leia o preço de um produto (float) e a quantidade comprada (int), e imprima o valor total da compra, com duas casas decimais.
5. Escreva um programa que leia um valor em minutos (int) e converta para horas e minutos (por exemplo, 125 minutos = 2 horas e 5 minutos), utilizando divisão inteira e o operador %.
6. Escreva um programa que leia três números inteiros e calcule sua média aritmética, imprimindo o resultado com duas casas decimais. Tome cuidado para o resultado não ser truncado por uma divisão inteira.

Nível difícil

7. Escreva um programa que leia um valor em segundos (int) e o converta para o formato HH:MM:SS (horas, minutos e segundos), imprimindo, por exemplo, "01:05:23" para uma entrada de 3923 segundos. Use apenas divisão inteira e módulo.
8. Escreva um programa que leia um valor em reais (float) e simule um "trocador de moedas": calcule quantas notas de 100, 50, 20, 10, 5 e 1 real são necessárias para compor esse valor, utilizando o menor número possível de notas em cada etapa (dica: utilize divisão inteira e módulo repetidamente, e converta a parte decimal para inteiro no início).

Sugestões de Respostas dos Exercícios

#include <stdio.h>

int main() {
    int idade = 25;
    printf("Idade: %d anos\n", idade);
    return 0;
}

#include <stdio.h>

int main() {
    int a, b;

    printf("Digite o primeiro numero: ");
    scanf("%d", &a);
    printf("Digite o segundo numero: ");
    scanf("%d", &b);

    printf("Soma: %d\n", a + b);
    printf("Subtracao: %d\n", a - b);
    printf("Multiplicacao: %d\n", a * b);

    return 0;
}

#include <stdio.h>

int main() {
    float preco;
    int quantidade;

    printf("Preco do produto: ");
    scanf("%f", &preco);
    printf("Quantidade: ");
    scanf("%d", &quantidade);

    printf("Total: %.2f\n", preco * quantidade);

    return 0;
}

#include <stdio.h>

int main() {
    int minutos, horas, minutosRestantes;

    printf("Digite os minutos: ");
    scanf("%d", &minutos);

    horas = minutos / 60;          // divisão inteira: quantas horas cabem
    minutosRestantes = minutos % 60; // o que sobra depois das horas

    printf("%d minutos = %d hora(s) e %d minuto(s)\n", minutos, horas, minutosRestantes);

    return 0;
}

#include <stdio.h>

int main() {
    int n1, n2, n3;
    float media;

    printf("Digite tres numeros: ");
    scanf("%d %d %d", &n1, &n2, &n3);

    media = (n1 + n2 + n3) / 3.0; // 3.0 evita a divisão inteira

    printf("Media: %.2f\n", media);

    return 0;
}

#include <stdio.h>

int main() {
    int totalSegundos, horas, minutos, segundos;

    printf("Digite o total de segundos: ");
    scanf("%d", &totalSegundos);

    horas = totalSegundos / 3600;
    minutos = (totalSegundos % 3600) / 60;
    segundos = totalSegundos % 60;

    printf("%02d:%02d:%02d\n", horas, minutos, segundos);

    return 0;
}

#include <stdio.h>

int main() {
    float valor;
    int centavos;
    int notas100, notas50, notas20, notas10, notas5, notas1;

    printf("Digite o valor em reais: ");
    scanf("%f", &valor);

    centavos = (int) valor; // considera apenas a parte inteira dos reais

    notas100 = centavos / 100;
    centavos = centavos % 100;

    notas50 = centavos / 50;
    centavos = centavos % 50;

    notas20 = centavos / 20;
    centavos = centavos % 20;

    notas10 = centavos / 10;
    centavos = centavos % 10;

    notas5 = centavos / 5;
    centavos = centavos % 5;

    notas1 = centavos;

    printf("Notas de 100: %d\n", notas100);
    printf("Notas de 50: %d\n", notas50);
    printf("Notas de 20: %d\n", notas20);
    printf("Notas de 10: %d\n", notas10);
    printf("Notas de 5: %d\n", notas5);
    printf("Notas de 1: %d\n", notas1);

    return 0;
}