Nomes e Atributos de Variáveis

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GCC 105 – LINGUAGENS DE 
PROGRAMAÇÃO I
AULA 5 – Nomes e Vinculação
1º Semestre de 2015
Prof. Janderson Rodrigo de Oliveira
Universidade Federal de Lavras
Departamento de Ciência da Computação
Introdução
• Os dois componentes primários da arquitetura dos 
computadores modernos são:
– Memória: armazena tanto instruções quanto dados;
– Processador: fornece operações para modificar o conteúdo da 
memória.
• As abstrações para células de memória da máquina em uma 
linguagem são as variáveis.
• Em certos casos, as características das abstrações e das células são 
muito próximas.
Introdução
• Uma variável pode ser caracterizada por uma coleção de 
propriedades, ou atributos, das quais a mais importante é o 
tipo.
• O projeto dos tipos de dados de uma linguagem requer que 
sejam consideradas diversas questões (Aulas 3 e 4).
• Terminologia adotada na disciplina:
– Fortran: todas as versões do Fortran – o mesmo caso de Ada;
– C: versão original, C89 e C90;
– Linguagens baseadas em C: C, C++, Java e C#.
Nomes
• Nome: outro atributo fundamental das variáveis.
• Também associado com subprogramas, parâmetros formais e 
outras construções.
• O termo identificador é muito utilizado como sinônimo de 
nome.
• Características a serem consideradas:
– Formato dos nomes;
– Palavras Especiais.
Nomes
• Formato dos nomes:
– Um nome é uma cadeia de caracteres usada para identificar 
alguma entidade em um programa.
– O Fortran 95 permite até 31 caracteres em seus nomes.
– O C99 não tem limitação em seus nomes internos, mas apenas 
os 63 primeiros são significativos.
– Nomes em Java, C# e Ada não têm limites de tamanho e todos 
os caracteres são significativos.
Nomes
– Observação histórica: as primeiras linguagens de programação 
usavam nomes com apenas um único caractere.
– Os nomes, na maioria das linguagens de programação, têm o 
mesmo formato: uma letra seguida por uma cadeia de letras, 
dígitos e sublinhados (_).
– Todos os nomes de variáveis em PHP devem começar com um 
cifrão. Em Perl, o caractere especial no início do nome de uma 
variável, $, @ ou %, especifica o seu tipo.
Nomes
– Em muitas linguagens, mais notavelmente nas baseadas em C, 
as letras maiúsculas e minúsculas nos nomes são distintas; ou 
seja, são sensíveis à capitalização.
– Por exemplo: os três nomes seguintes são distintos em C++: 
auxiliar, AUXILIAR e Auxiliar.
– A sensibilidade à capitalização reflete positivamente ou 
negativamente na legibilidade? E na facilidade de escrita?
Nomes
• Palavras especiais:
– Palavras especiais em linguagens de programação são usadas 
para :
• tornar os programas mais legíveis ao nomearem as ações a 
serem realizadas.
• separar as partes sintáticas das sentenças e programas.
– Na maioria das linguagens, elas são classificadas como palavras 
reservadas, mas em algumas são apenas palavras-chave.
Nomes
• Palavras especiais:
– Uma palavra-chave é uma palavra de uma linguagem de 
programação especial apenas em alguns contextos.
– Fortran é a única linguagem bastante usada cujas palavras 
especiais são palavras-chave. Exemplo: Integer.
• Quando no início de uma sentença e acompanhada por um 
nome: indica que a sentença é declarativa.
• Quando seguida por um operador de atribuição: é 
considerada um nome de variável.
Integer Auxiliar
Integer = 4
Nomes
• Palavras especiais:
– Uma palavra reservada é uma palavra especial de uma 
linguagem de programação que não pode ser usada como um 
nome. 
– Existe um problema em potencial com as palavras reservadas: 
se a linguagem incluir um grande número de palavras 
reservadas, o usuário tem dificuldades para inventar nomes que 
não são reservados. Exemplo: COBOL, que tem 300 palavras 
reservadas.
Nomes
• Palavras especiais:
– Na maioria das linguagens, nomes que são definidos em outras 
unidades de programa, como os pacotes em Java e as 
bibliotecas em C e C++, podem ser tornados visíveis para um 
programa.
– Esses nomes são pré-definidos, mas visíveis apenas se 
explicitamente importados. Uma vez importados, eles não 
podem ser redefinidos pelo usuário.
Variáveis
• Uma variável de programa é uma abstração de uma célula de 
memória de um computador ou de uma coleção de células.
• Contexto histórico: a mudança das linguagens de máquina 
para as de montagem era dirigida pela necessidade de 
substituir endereços numéricos e absolutos de memória para 
dados por nomes, tornando os programas muito mais legíveis 
e mais fáceis de serem escritos e mantidos.
• Quais são os atributos de uma variável?
Variáveis
• Uma variável pode ser caracterizada como um conjunto de 
seis atributos:
– Nome;
– Endereço;
– Tipo;
– Valor;
– Tempo de vida;
– Escopo.
Variáveis
• Nome:
– Os nomes de variáveis são os mais comuns nos programas.
– Correspondem a identificadores para entidades do programa 
(variáveis, subprogramas, parâmetros formais e outras 
construções).
– A maioria das variáveis são nomeadas.
Variáveis
• Endereço:
– O endereço de uma variável é o endereço de memória de 
máquina ao qual ela está associada.
– Em muitas linguagens, é possível que a mesma variável seja 
associada com diferentes endereços em vários momentos em 
um programa. Exemplo: variável local em um subprograma.
– O endereço de uma variável é algumas vezes chamado de seu 
valor esquerdo (l-value), porque o endereço é o que é 
necessário quando uma variável aparece no lado esquerdo de 
uma atribuição.
Variáveis
• Endereço:
– É possível haver múltiplas variáveis com o mesmo endereço.
– Quando mais de uma variável pode ser usada para acessar a 
mesma posição de memória, elas são chamadas de apelidos 
(aliases).
– O uso de apelidos é um problema para a legibilidade.
• Permite que uma variável tenha seu valor modificado por 
uma atribuição à uma variável diferente.
Variáveis
• Endereço:
– Duas variáveis de ponteiro são apelidos quando elas apontam 
para a mesma posição de memória.
• Quando um ponteiro em C++ é configurado para apontar 
para uma variável nomeada, o ponteiro desreferenciado e o 
nome da variável são apelidos.
– O mesmo ocorre com as variáveis referências.
Variáveis
• Tipo:
– O tipo de uma variável determina a faixa de valores que ela 
pode armazenar e o conjunto de operações definidas para 
valores do tipo.
– Exemplo: o tipo int em Java especifica:
• Faixa de valores: -2.147.483.648 a 2.147.483.647.
• Operações: adição, subtração, multiplicação, divisão e 
módulo.
Variáveis
• Valor:
– O valor de uma variável é o conteúdo da(s) célula(s) de memória 
associada(s) a ela.
– O valor de uma variável é algumas vezes chamado de lado 
direito (r-value) porque é requerido quando a variável é usada 
no lado direito de uma sentença de atribuição.
– Para acessar o lado direito, o lado esquerdo precisa primeiro ser 
determinado.
Vinculação
• Uma vinculação é uma associação, como entre um atributo e 
uma entidade ou entre uma operação e um símbolo.
• O momento no qual uma vinculação ocorre é chamado de 
tempo de vinculação.
• As vinculações podem ocorrer em tempo de projeto de 
projeto da linguagem, em tempo de implementação, em 
tempo de compilação, em tempo de ligação ou em tempo de 
execução.
Vinculação
• Exemplos:
– Tempo de projeto: o símbolo (*) é geralmente ligado à operação 
de multiplicação;
– Tempo de implementação: um tipo de dados int em C é 
vinculado a uma faixa de valores possíveis;
– Tempo de compilação: uma variável em um programa Java é 
vinculada a um tipo de dado em particular.
Vinculação
• Vinculação de atributos a variáveis:
– Uma vinculação é estática se ela ocorre pela primeira vez antes 
do tempo de execuçãoe permanece intocada ao longo da 
execução do programa.
– Se a vinculação ocorre pela primeira vez durante o tempo de 
execução ou pode ser mudada ao longo do curso de execução 
do programa, a mesma é chamada de dinâmica. 
Vinculação
• Vinculação de tipos:
– Vinculação de tipos estática: os tipos podem ser especificados 
explicitamente ou implicitamente.
– Uma declaração explícita é uma sentença em um programa que 
lista nomes de variáveis e especifica que elas são de um certo 
tipo.
– Uma declaração implícita é uma forma de associar variáveis a 
tipos por meio de convenções padronizadas, em vez de por 
sentenças de atribuição. A primeira aparição de um nome de 
variável constitui sua declaração implícita.
Vinculação
• Vinculação de tipos estática:
– A maioria das linguagens de programação projetadas desde 
meados dos anos 1960 requer a declaração explícita de todas as 
variáveis.
– Algumas exceções: Perl, JavaScript, Ruby e ML.
– As declarações implícitas podem ser prejudiciais à confiabilidade 
porque previnem o processo de compilação de detectar alguns 
erros de programação e de digitação.
Vinculação
• Vinculação de tipos estática:
– Uma alternativa para o problema das declarações implícitas: 
obrigar nomes para tipos específicos começarem com 
caracteres especiais em particular.
– Exemplo: Perl
• Qualquer nome que começa com $ é um escalar: pode 
armazenar uma cadeia ou um valor numérico;
• Se começa com @ é um vetor.
– Isso cria diferentes espaços de nomes para diferentes variáveis 
de tipo.
Vinculação
• Vinculação de tipos dinâmica:
– O tipo de uma variável não é especificado por uma sentença de 
declaração, nem pode ser determinado pelo nome da variável.
– A variável é vinculada a um tipo quando é atribuído um valor a 
ela em uma sentença de atribuição.
– Quando a sentença de atribuição é executada, a variável que 
está recebendo um valor atribuído é vinculada ao tipo do valor 
da expressão no lado direito da atribuição.
Vinculação
• Vinculação de tipos dinâmica:
– Vantagem: flexibilidade maior ao programador. Exemplo: 
programa para processar dados numéricos.
– Em JavaScript e PHP, a vinculação de uma variável a um tipo é 
dinâmica. Exemplo em JavaScript:
list = [10.2, 3.5]
list = 47
Vinculação
• Vinculação de tipos dinâmica:
– Desvantagem 1: torna os programas menos confiáveis.
• A capacidade de detecção de erros do compilador é 
diminuída em relação a um compilador para uma linguagem 
com vinculações de tipos estáticas.
• Permite valores de quaisquer tipos serem atribuídos a 
quaisquer variáveis.
• Tipos incorretos de lados direitos não são detectados como 
erros.
Vinculação
• Vinculação de tipos dinâmica:
– Desvantagem 2: custo. Principalmente em tempo de execução.
• A verificação de tipos deve ser feita em tempo de execução.
• Cada variável deve ter um descritor associado em tempo de 
execução de forma a manter o tipo atual.
• O armazenamento usado para o valor de uma variável deve 
ser de tamanho variável.
Vinculação
• Vinculações de armazenamento e tempo de vida:
– A célula de memória à qual uma variável é vinculada deve ser 
obtida, de alguma forma, de um conjunto de células de 
memória disponíveis. Esse processo é chamado de alocação.
– Liberação é o processo de colocar uma célula de memória que 
foi desvinculada de uma variável de volta ao conjunto de células 
de memória disponíveis.
Vinculação
• Vinculações de armazenamento e tempo de vida:
– O tempo de vida de uma variável é definido como o tempo 
durante o qual ela está vinculada a uma posição específica da 
memória.
– Segundo as características das vinculações de armazenamento 
das variáveis, é conveniente separar as variáveis escalares (não 
estruturadas) em quatro categorias:
• Estáticas;
• Dinâmicas da pilha;
• Dinâmicas do monte explícitas;
• Dinâmicas do monte implícitas.
Vinculação
• Variáveis estáticas
– São vinculadas a células de memória antes do início da execução 
de um programa e permanecem vinculadas a essas mesmas 
células até que a execução termine.
– Exemplo: variáveis acessíveis globalmente são usadas ao longo 
da execução de um programa.
– Vantagem: eficiência. Todo endereçamento de variáveis 
estáticas pode ser direto.
Vinculação
• Variáveis estáticas
– Desvantagem: redução da flexibilidade.
– Em particular, uma linguagem que tenha apenas variáveis 
estáticas não permite o uso de subprogramas recursivos.
Vinculação
• Variáveis dinâmicas da pilha
– Variáveis dinâmicas da pilha são aquelas cujas vinculações de 
armazenamento são criadas quando suas sentenças de 
declaração são elaboradas, mas cujos tipos são estaticamente 
vinculados.
– A elaboração se refere à alocação do armazenamento e ao 
processo de vinculação indicado pela declaração. A elaboração 
ocorre apenas em tempo de execução.
– Como o nome indica, as variáveis dinâmicas da pilha são 
alocadas a partir da pilha de tempo de execução.
Vinculação
• Variáveis dinâmicas da pilha
– Exemplo: as declarações de variáveis que aparecem no início de 
um método Java são elaboradas quando o método é chamado e 
as variáveis definidas por essas declarações são liberadas 
quando o método completa sua execução.
– Variáveis definidas em métodos em Java, C++ e C# são 
dinâmicas da pilha.
Vinculação
• Variáveis dinâmicas da pilha
– Programas recursivos requerem armazenamento dinâmico local.
– Desvantagens: 
• sobrecarga em tempo de execução da alocação e liberação;
• endereçamento indireto.
Vinculação
• Variáveis dinâmicas do monte explícitas
– São células de memória não nomeadas (abstratas) alocadas e 
liberadas por instruções explícitas em tempo de execução pelo 
programador.
– Essas variáveis, alocadas a partir do monte e liberadas para o 
monte, podem apenas ser referenciadas por ponteiros ou 
variáveis de referência.
– O monte (heap) é uma coleção de células de armazenamento, 
cuja organização é altamente desorganizada, por causa da 
imprevisibilidade de seu uso.
Vinculação
• Variáveis dinâmicas do monte explícitas
– Uma variável dinâmica do monte explícita é criada ou por meio 
de um operador (exemplo: C++) ou de uma chamada a um 
subprograma de sistema fornecido para esse propósito 
(exemplo: C).
– Em C++, o operador de alocação (new) usa um nome de tipo 
como seu operando e retorna um ponteiro para uma variável 
dinâmica do monte explícita do tipo de dado de seu operado.
Vinculação
• Variáveis dinâmicas do monte explícitas
– Algumas linguagens incluem um subprograma ou operador para 
explicitamente destruir variáveis dinâmicas do monte explícitas.
– Exemplo:
int *intNode; //Cria um ponteiro
intNode = new int; //Cria a variável dinâmica do monte
...
delete intNode; //Libera a variável dinâmica do monte
Vinculação
• Variáveis dinâmicas do monte explícitas
– Aplicações: construir estruturas dinâmicas, como listas ligadas e 
árvores, que precisam crescer e/ou diminuir de tamanho 
durante a execução.
– Desvantagens: 
• Dificuldade de usar ponteiros e variáveis de referência 
corretamente.
• Complexidade da implementação do gerenciamento de 
armazenamento.
Vinculação
• Variáveis dinâmicas do monte implícitas
– São vinculadas ao armazenamento no monte apenas quando 
são atribuídos valores a elas.
– São apenas nomes que se adaptam a qualquer uso para o qual 
são solicitadas a atender. Exemplo em JavaScript:
alturas = [74, 84, 86, 90, 71]
Vinculação
• Variáveis dinâmicas do monte implícitas
– Independentemente se a variável alturas foi previamente usada 
no programa ou para que foi usada, ela agora é um vetor de 
cinco valores numéricos.
– Vantagem: flexibilidade. Permite códigosaltamente genéricos.
– Desvantagens:
• Sobrecarga em tempo de execução para manter todos os 
atributos dinâmicos;
• Perda de alguma detecção de erros pelo compilador.