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Introdução à programação §

Funcionamento de um programa de computador §

Um programa torna um computador utilizável. Sem um programa, um computador, mesmo o mais poderoso, não passa de um objeto. Da mesma forma, sem um jogador, um piano nada mais é do que uma caixa de madeira.

Os computadores são capazes de executar tarefas muito complexas, mas essa capacidade não é inata. A natureza de um computador é bem diferente.

Ele pode executar apenas operações extremamente simples. Por exemplo, um computador não consegue entender sozinho o valor de uma função matemática complicada, embora isso não esteja além dos limites das possibilidades no futuro próximo.

Os computadores contemporâneos só entendem operações como soma e divisão, porém eles podem realizar essas operações inúmeras vezes e com muita rapidez.

Exemplo §

Imagine que você quer saber a velocidade média que atingiu durante uma longa jornada. Você sabe a distância, você sabe o tempo, você precisa da velocidade.

Naturalmente, o computador poderá calcular isso, mas não está ciente de coisas como distância, velocidade ou tempo. Portanto, é necessário instruir o computador para:

• aceitar um número que represente a distância;

• aceitar um número que represente o tempo de viagem;

• divida o valor anterior pelo último e armazene o resultado na memória;

• exibem o resultado (representando a velocidade média) em um formato legível.

Essas quatro ações simples formam um programa. Obviamente, esses exemplos não são formalizados e estão muito longe do que o computador pode entender, mas são bons o suficiente para serem traduzidos para um idioma que o computador possa aceitar.

Linguagem é a palavra-chave.

Linguagens Naturais vs Linguagens de Programação §

Uma linguagem é um meio para expressar e registrar pensamentos.

Há muitos idiomas ao nosso redor. Alguns deles não exigem fala nem escrita, como a linguagem corporal; é possível expressar seus sentimentos mais profundos sem dizer uma palavra.

Outra linguagem que você usa todos os dias é a sua língua nativa, que você usa para manifestar sua vontade e refletir sobre a realidade.

Os computadores também têm sua própria linguagem, chamada de linguagem de máquina, o qual é muito rudimentar.

Um computador, mesmo o mais tecnicamente sofisticado, não tem nenhum traço de inteligência.

Ele reconhece apenas comandos muitos simples, podemos imaginar que o computador responde a pedidos como “pegue esse número, divida por outro e salve o resultado”.

Um conjunto completo de comandos conhecidos é chamado de lista de instruções (IL).

Diferentes tipos de computadores podem variar de acordo com o tamanho das ILs, e as instruções podem ser completamente diferentes em modelos diferentes.

Ambas as linguagens possuem vários idiomas distintos, porém a diferença está na forma que se desenvolveram no qual as linguagens naturais foram resultados de um processo natural e de constantes adaptações, já a outra foram desenvolvidas pelos seres humanos.

Definição de linguagem §

Cada linguagem (máquina ou natural, não importa) consiste nos seguintes elementos:

• Um alfabeto: um conjunto de símbolos usado para criar palavras de um determinado idioma (por exemplo, o alfabeto latino para inglês, o alfabeto cirílico para russo, o kanji para japonês e assim por diante)

• Um lexis: um conjunto de palavras que o idioma oferece aos usuários (por exemplo, a palavra “computador” vem do dicionário de português, enquanto “cmoptrue” não; o termo “chat” está presente nos dicionários de inglês e francês , mas com significados diferentes)

• Uma sintaxe: um conjunto de regras (formais ou informais, escritas ou intuitivamente) usadas para determinar se uma determinada sequência de palavras forma uma sentença válida (por exemplo, “eu sou uma píton” é uma frase sintaticamente correta, enquanto “eu uma píton estou” não é)

• Uma semântica: um conjunto de regras que determina se uma determinada frase faz sentido (por exemplo, “comi uma rosquinha” faz sentido, mas “uma rosquinha me comeu” não faz)

Linguagem da máquina vs. linguagem de alto nível §

A IL é, na verdade, o alfabeto de uma linguagem de máquina. Este é o conjunto de símbolos mais simples e primário que podemos usar para dar comandos a um computador. É a língua nativa do computador.

Infelizmente, essa língua nativa está muito longe de ser a língua nativa humana. Nós dois (computadores e seres humanos) precisamos de algo mais, uma linguagem comum para computadores e seres humanos, ou uma ponte entre os dois mundos diferentes.

Precisamos de uma linguagem na qual os humanos possam escrever seus programas e de uma linguagem que os computadores possam usar para executar os programas, uma linguagem que é muito mais complexa do que a linguagem de máquina e, no entanto, muito mais simples do que a linguagem natural.

Essas linguagens são frequentemente chamadas de linguagens de programação de alto nível. Eles são pelo menos um pouco semelhantes aos naturais, pois usam símbolos, palavras e convenções legíveis para os seres humanos. Essas linguagens permitem que seres humanos expressem comandos para computadores que são muito mais complexos do que aqueles oferecidos por ILs.

Um programa escrito em uma linguagem de programação de alto nível é chamado de código-fonte (em contraste com o código de máquina executado por computadores). Da mesma forma, o arquivo que contém o código-fonte é chamado de arquivo-fonte.

Compilação vs Interpretação §

A programação de computadores é o ato de compor os elementos da linguagem de programação selecionada na ordem que causará o efeito desejado. O efeito pode ser diferente em cada caso específico - depende da imaginação, do conhecimento e da experiência do programador.

Essa composição precisa ser correta em muitos sentidos:

• Em ordem alfabética: um programa precisa ser escrito em um script reconhecível, como romano, cirílico etc.

• Lexicalmente: cada linguagem de programação tem seu dicionário e você precisa dominá-lo; felizmente, é muito mais simples e menor do que o dicionário de qualquer linguagem natural;

• Sintaticamente: cada idioma possui regras a serem obedecidas obedecidas;

• Semanticamente: o programa tem que ter coesão.

Um programador está sujeito à cometer erros com cada um dos quatro tópicos citados o qual pode provocar a inutilidade do programa.

A tradução da linguagem de programação para a de máquina pode ser feita por um computador, tornando todo o processo rápido e eficiente.

Há duas maneiras diferentes de transformar um programa de uma linguagem de programação de alto nível em linguagem de máquina:

• Compilação: o código-fonte (escrito em linguagem de programação de alto nível) é convertido a partir de um programa chamado compilador em um arquivo contendo a máquina código (um executável .exe por exemplo) e pode ser compartilhado para qualquer pessoa.

• Interpretação: para cada execução do programa, é necessário que o interpretador faça a transformação do código-fonte em linguagem de máquina durante o tempo de execução desse programa. Desse modo, não é possível que o usuário final rode a aplicação sem ter o interpretador instalado na máquina

Existem poucas linguagens que podem ser compiladas e interpretadas. Normalmente, uma linguagem de programação é projetada com esse fator na mente dos criadores.

Função do interpretador §

Vamos supor mais uma vez que você escreveu um programa. Agora, ele existe como um arquivo de computador.

Um programa de computador é na verdade um pedaço de texto, então o código-fonte geralmente é colocado em arquivos de texto.

OBS: o código-fonte precisa ser texto puro, sem nenhuma decoração, como fontes diferentes, cores, imagens incorporadas ou outras mídias. Agora você precisa chamar o intérprete e permitir que ele leia o arquivo de origem.

O intérprete lê o código-fonte de uma forma comum na cultura ocidental:

1. Da parte superior para a inferior

2. Da esquerda para a direita.

Há algumas exceções em relação a essa abordagem

Primeiramente, o intérprete analisa o código-fonte para verificar se não há nenhuma divergência em relação as regras do idioma em questão (usando os quatro aspectos abordados anteriormente).

Se o compilador encontrar um erro, ele terminará o trabalho imediatamente. O único resultado nesse caso é uma mensagem de erro.

Em caso de erro, o intérprete informa a localização do erro e a sua causa. No entanto, essas mensagens podem ser enganosas, pois ele não é capaz de seguir suas intenções exatas e pode detectar erros a alguma distância de suas causas reais.

Por exemplo, se você tentar usar uma entidade de nome desconhecido, ela causará um erro, mas o erro será descoberto no local em que tenta usar a entidade, e não onde o nome da nova entidade foi introduzido.

Também é possível que uma parte significativa do código seja executada com sucesso antes que o intérprete encontre um erro. Esse é o comportamento normal neste modelo de execução.

Compilação vs Interpretação - Vantagens e Desvantagens §

Vantagens §

Compilação	Interpretação
a execução do código convertido é mais rápida	você pode executar o código assim que tiver concluído - não há fases adicionais de conversão
apenas o usuário precisa ter o compilador - o usuário final pode usar o código sem ele	o código é armazenado usando linguagem de programação, e não linguagem de máquina - isso significa que pode ser executado em computadores que usam linguagens de máquina diferentes; você não compila seu código separadamente para cada arquitetura
o código traduzido é armazenado usando linguagem de máquina - como é muito difícil de entender, suas próprias invenções e truques de programação provavelmente permanecerão em segredo.	-/-

Desvantagens §

Compilação	Interpretação
a compilação em si pode ser um processo muito demorado - talvez você não consiga executar o código imediatamente após fazer uma alteração	não espere que a interpretação aumente seu código a alta velocidade - seu código vai compartilhar a capacidade do computador com o intérprete, então não pode ser muito rápido
você precisa ter tantos compiladores quanto plataformas de hardware nas quais deseja que seu código seja executado	Você e o usuário final precisam ter o intérprete para executar o código

Python é uma linguagem interpretada. Isso significa que ele herda todas as vantagens e desvantagens descritas. Obviamente, ele adiciona alguns de seus recursos exclusivos aos dois conjuntos. Dessa forma, você precisa de um interpretador Python instalado na máquina para executar o código.

Devido a razões históricas, as linguagens projetadas para serem utilizadas na maneira de interpretação são frequentemente chamadas de linguagens de script, enquanto os programas de origem codificados usando-as são chamados de scripts.