1.5.3.1. Objetos de Dados

Como j comentado, cada varivel possui uma rea de armazenamento amarrada a si durante a execuo doprograma, e o seu o tempo de vida o perodo de tempo no qual a amarrao existe. Esta rea de armazenamento usada para guardar o valor codificado da varivel. O termo objeto de dado usado para denotar a rea dearmazenamento em conjunto com o valor da varivel [GHE 97].

Sendo assim, um objeto de dado definido por (L, N, V, T), onde L a localizao, N o nome, V o valor e To tipo de objeto. Todos estes componentes devem ser amarrados. A figura 1.6 mostra a visualizao de um objetode dado e suas amarraes, que so representadas por linhas que vo do objeto de dado aos objetos correspondentesaos quais so amarrados.

Figura 1.6 Objeto de dado e suas amarraes [DER 90]

Neste caso, o espao de armazenamento, que invisvel para o programador, consiste no conjunto delocalizaes virtuais de armazenamento disponveis no computador. O espao de identificadores de uma linguagem a coleo de todos os nomes possveis que podem ser dados aos objetos de dados. E finalmente, o espao de tipos o conjunto de todos os tipos possveis que podem ser amarrados a um objeto de dado [DER 90]. Na prximaseo, os tipos mais comuns disponveis nas linguagens esto descritos.

1.5.3.2. Tipos de Dados

Programas de computador podem ser vistos como funes que devem ser aplicadas a certos dados deentrada com objetivo de produzir determinados resultados. Essas funes, por sua vez, possuem uma seqncia deinstrues que produzem dados intermedirios que so armazenados em variveis de programa. Existem diferenasbsicas de uma LP para outra quanto s espcies de dados que usam, s espcies de operaes disponveis sobre osdados e maneira como os dados podem ser estruturados e usados.

As LP geralmente fornecem um conjunto fixo de tipos de dados elementares (ou embutidos), e mecanismospara definio de tipos de dados mais complexos a partir dos elementares, tais como tipos de dados estruturados.Todas as LP possuem tipos elementares, cujos valores so atmicos, e tipos agregados, que consistem numacomposio dos tipos elementares. Algumas linguagens tambm possuem tipos recursivos, cujos valores podem sercompostos de outros valores do mesmo tipo. Assim, nesta seo os tipos de dados elementares, agregados erecursivos so detalhadamente descritos.

Os tipos de dados elementares so aqueles que contm somente um nico valor de dado e sobre o qualso definidas algumas operaes. Este tipo de dado sempre manipulado como uma unidade e no pode serdecomposto em valores mais simples. Assim, os inteiros podem ser encarados como o conjunto de valores ..., -2, -1, 0, 1, 2, ... que podem ser manipulados pelos operadores familiares +, -, * e /. Na verdade, inteiros e reais sosuportados por hardware na maioria dos computadores convencionais, que tambm fornecem aritmtica de pontofixo e ponto flutuante [GHE 97, SIL 88, WAT 90].

Existem tipos de dados elementares similares em diferentes LP com diferentes nomes. Por exemplo: Pascaltem os tipos Boolean, Integer e Real; ML tem os tipos bool, int e real; e C++ tem os tipos bool, int e float. Os

Espao de Tipos

Objeto deDado

Espao de IdentificadoresEspao de Armazenamento AmarraoValor

OperadoresValores

AmarraoTipo

AmarraoNome

AmarraoLocalizao

nomes no tm muito significado, o que importante notar que cada um dos tipos mais comuns, tais comoboolean, inteiro, real e caracter, so definidos na implementao; isto significa que eles possuem um conjunto devalores que podem ser definidos diferentemente por cada implementao da LP. Por exemplo, inteiros consistemnum intervalo de todos os nmeros possveis e reais so um subconjunto dos nmeros reais. Tambm existemlimitaes de hardware, uma vez que os computadores fornecem tamanhos diferentes para os tipos aritmticossuportados. Na linguagem C isto pode ser observado pelos prefixos long e short nas declaraes de int e float [SIL88, WAT 90, GHE 97].

Em Pascal, Ada e C, possvel um novo tipo elementar atravs da enumerao dos seus valores, maisprecisamente, atravs da enumerao de identificadores que iro denotar seus valores. Tal tipo chamado deenumerao. Considere a definio do seguinte tipo em C e Pascal, respectivamente:

enum Month {jan, feb, mar, apr, may, jun, jul, aug, sep, oct, nov, dec};

type Month = (jan, feb, mar, apr, may, jun, jul, aug, sep, oct, nov, dec)

Os valores para este novo tipo so doze enumerandos, que so distintos dos valores de qualquer outro tipo. possvel notar que deve haver uma distino entre os enumerandos, que por convenincia foram escritos comojan, fev, etc. O que realmente ocorre que valores deste tipo podem ser mapeados, um a um, para valoresinteiros, no intervalo de 0 a n-1, sendo n a cardinalidade do enumerador. Em Pascal tambm possvel definir umsubconjunto de um tipo existente, atravs do tipo subrange. Por exemplo, o tipo subrange 28..31 tem o conjuntode valores {28, 29, 30, 31}, um subconjunto de Integer [WAT 90].

Os tipos de dados agregados so aqueles cujos valores so compostos ou estruturados a partir dos tiposelementares. Os objetos de dados que fazem parte de um tipo agregado so chamados de componentes. Cadacomponente pode ser um tipo de dado elementar ou agregado. Os tipos de dados agregados possuem um niconome, mas a manipulao pode ser feita no objeto como um todo ou em um componente de cada vez atravs deuma operao adequada de seleo.

LP suportam uma grande variedade de tipos de dados agregados: registros, unies, vetores, strings, listas,rvores, etc. Esta variedade pode parecer confusa, mas na verdade estes tipos podem ser entendidos atravs dealguns conceitos estruturais que so descritos a seguir: a) Produto Cartesiano; b) Mapeamento Finito; c)Seqncias; d) Unio Discriminada; e) Conjunto Potncia [GHE 87, SIL 88, WAT 90].

a) Produto Cartesiano

O produto cartesiano de n conjuntos A1, A2, ..., An, denotado por A1 X A2 X ... X An, um conjunto cujoselementos so n-tuplas ordenadas (a1, a2, ..., an), onde ai pertence ao conjunto Ai. Por exemplo, os polgonosregulares podem ser caracterizados por um inteiro (o nmero de lados) e um real (o comprimento dos lado). Umpolgono regular ento um elemento do produto cartesiano inteiro x real.

O produto cartesiano implementado nas linguagens atravs de agregados do tipo registro, denominado derecord em Pascal, Cobol, Modula-2 e Ada, e struct em C, Algol e PL/I. Esses agregados so declarados de formaque cada componente seja especificado pelo seu nome e seu tipo de dado. No exemplo anterior, variveis do tipopolgono podem ser declaradas como compostas de um campo inteiro contendo o nmero de lados, e um camporeal guardando o tamanho de cada lado. Os campos do produto cartesiano so selecionados especificando-se osseletores, ou nomes de campo. A seguinte declarao caracteriza um record em C++ e Pascal, respectivamente:

struct POLIGONO { int num_lados; float comprimento_lado;}

var POLIGONO: record num_lados: integer; comprimento_lado: real; end;

A seleo de um campo feita segundo a seguinte sintaxe: .. Ento,considerando-se o exemplo ficaria POLIGONO.num_lados, e POLIGONO.comprimento_lado.

b) Mapeamento Finito

Uma representao convencional de mapeamento finito consiste em alocar um certo nmero de unidades dearmazenamento (por exemplo, palavras) para cada componente. As linguagens de programao implementam omapeamento finito atravs do construtor array (ou vetor). As declaraes em C e Pascal

float a[10]; var a: array [1 .. 10] of real

podem ser vistas como um mapeamento do intervalo de inteiros entre 0 e 9, e 1 e 10, respectivamente em C ePascal, no conjunto dos reais.

Dependendo da linguagem em questo, um vetor multidimensional pode ser interpretado de duas maneiras:como um mapeamento finito em que o domnio um produto cartesiano dos ndices do vetor ou como umacomposio de mapeamentos finitos, ou seja, um vetor de duas dimenses seria um vetor de vetores. O Fortranutiliza a primeira alternativa, enquanto muitas outras linguagens (C, Pascal e Ada) generalizam o conceito doconstrutor vetor utilizando a segunda interpretao. Apesar de utilizarem a composio de vetores, a maioria daslinguagens (C uma exceo) permite que a declarao de um vetor multidimensional seja feita de uma formacondensada equivalente ao mapeamento finito onde o domnio um produto cartesiano. Por exemplo:var a array [1..5] of array [1..10] of real;pode ser declarada comovar a array[1..5,1..10] of real;

A seleo de um componente do vetor feita atravs de indexao, isto , fornecendo como ndice umvalor apropriado no domnio. Assim, por exemplo, o elemento do vetor a, mapeado pelo valor i no domnio,seria denotado por a[i]. Linguagens que interpretam um vetor multidimensional como uma composio demapeamentos, mas permitem uma definio condensada, obrigam que a seleo de um elemento seja feita demaneira compatvel com a forma de sua definio. Por exemplo, o elemento mapeado pelo primeiro ndice com umvalor i e o segundo com um valor j seria a[i][j] ou a[i,j], dependendo de como foi declarado. Deve-se termuito cuidado ao fazer a indexao, pois, indexar com um valor fora do domnio resulta em um erro queusualmente s pode ser detectado em tempo de execuo.

c) Seqncias

Uma seqncia consiste em um nmero qualquer de ocorrncias ordenadas de dados de um certo tipo. Estemecanismo de estruturao tem a propriedade importante de deixar em aberto o nmero de ocorrncias docomponente e, portanto, requer que a implementao subjacente seja capaz de armazenar objetos de tamanhoarbitrrio. Em outras palavras, objetos criados por seqncia devem possuir um tamanho varivel, ou seja, sodinmicos.

Arquivos seqenciais so um exemplo deste mecanismo. Outra implementao usual corresponde aosstrings, no qual o tipo do componente o caracter. Em outras palavras, strings so apenas vetores de caracteres.Entretanto, os strings implementados nas linguagens nem sempre so dinmicos ou possuem tamanho arbitrrio.Muitas linguagens exigem que em sua definio seja especificado um tamanho, podendo esse tamanho serinterpretado como o nmero mximo ou o nmero constante de caracteres que o string pode ter. Operaesconvencionais sobre strings incluem concatenao, seleo de um componente ou extrao de um substringespecificando-se as posies do primeiro e do ltimo caracter desejado.

difcil abstrair um comportamento comum aos exemplos de seqncias fornecidos pelas LP. Porexemplo, Pascal e C tratam strings como vetores de caracteres, sem operaes primitivas especiais para suamanipulao. J PL/I e Ada fornecem operaes primitivas para manipulao de strings, mas, para reduzir oproblema de alocao dinmica de memria, exigem que o tamanho mximo de um string seja especificado na suadeclarao.

d) Unio Discriminada

A unio discriminada, que consiste numa extenso do produto cartesiano, um mecanismo de estruturaoque especifica que deve-se fazer uma escolha entre diferentes estruturas alternativas. Cada estrutura alternativa chamada de variante. Exemplos de implementaes desse mecanismo so a union em C e o variant record emPascal, que so apresentados a seguir.

Struct { int a; union { int c; struct { int d; float e; } f; } g; } x;

var x: record a: integer; case b: boolean of true: (c: integer); false: (d: integer; e: real)end;

Neste exemplo, a seleo de uma alternativa na union feita qualificando-se o objeto com o nome daalternativa selecionada, por exemplo: x.g.c; e no variant record feita atribuindo-se um dos valores possveis aocampo de seleo b.

e) Conjunto Potncia

Em muitas aplicaes til definir-se variveis cujos valores representam um subconjunto de um conjuntode valores de um certo tipo T. O tipo dessas variveis denominado conjunto potncia - o conjunto de todos ossubconjuntos de elementos do tipo T, o qual chamado de tipo base. Por exemplo, considerando o conjunto decores existentes em um terminal grfico como sendo: verde, vermelho, azul, branco, amarelo e magenta, osconjuntos {verde, vermelho} e {vermelho, azul, magenta} so cores possveis de desenho apresentados nesseterminal. Uma varivel que representasse cores de desenhos nesse terminal poderia ser declarada em Pascal daseguinte maneira:var Cores_Desenho: set of (verde, vermelho, azul, branco, amarelo, magenta);As operaes permitidas sobre tais valores so operaes de conjuntos, tais como unio, interseo e teste depertinncia de um elemento [GHE 87, SIL 88].

Apesar de conjuntos (e conjuntos potncia) fazerem parte do conceitos matemticos bsicos, somentealgumas linguagens, principalmente Pascal e Modula-2, fornecem este tipo. Na maioria das outras linguagens elesso fornecidos atravs de bibliotecas. Por exemplo, a biblioteca padro do C++ fornece muitas estruturas de dados,incluindo conjuntos [GHE 97].

J um tipo de dado recursivo T contm em sua definio componentes do mesmo tipo T. Para se definirum tipo recursivo pode-se usar o nome do prprio tipo na sua definio. Por exemplo, o tipo rvore_binria podeser definido ou como sendo vazio ou como uma tripla composta de um elemento atmico (raiz), umarvore_binria esquerda e uma rvore_binria direita.

A recurso um forte mecanismo de estruturao implementado nas LP. LP convencionais suportam aimplementao de tipos de dados recursivos atravs de ponteiros. Assim, atravs da recurso pode-se representarestruturas dinmicas complexas, tais como rvores e listas encadeadas, de uma forma mais elegante. No caso delistas o nmero de componentes indeterminado, podendo inclusive ser nulo, isto , a lista pode estar vazias. Umalista considerada homognea, se todos os seus componentes so do mesmo tipo. Assim, agregados cujo tamanhopode crescer arbitrariamente e cuja estrutura pode ter complexidade arbitrria, tambm podem ser definidos. Emcontraste com o mecanismo de seqncias, a recurso permite ao programador criar caminhos de acesso arbitrriospara a seleo de componentes [GHE 87, SIL 88, WAT 90, GHE 97]:

Os pedaos de cdigo em C/C++ e Ada a seguir, definem um tipo de uma lista de inteiros e uma varivelque pode apontar para o cabealho da lista. Implementaes similares de tipos recursivos podem ser fornecidas emPascal e Modula-2 [GHE 97].

typedef struct { int val; int_list* next;} int_list;

int_list* head;

type INT_LIST_NODE;type INT_LIST_REF is access INT_LIST_NODE;type INT_LIST_NODE is record VAL: INTEGER; NEXT: INT_LIST_REF; end;HEAD: INT_LIST_REF;

Para finalizar, deve-se salientar que existe um conjunto de regras usado por algumas linguagens paraestruturar e organizar os seus tipos de dados, cujo entendimento um grande passo no entendimento da semnticada linguagem. Antes da apresentao destas regras, importante saber que os erros podem ser classificados emduas categorias: erros de linguagem e erros de aplicao. O primeiro corresponde a erros sintticos e semnticos nouso da LP. O segundo correspondem a desvios do comportamento do programa em relao s especificaes doprograma. A deteco de erros pode ser acompanhada de diferentes maneiras, que tambm podem serclassificadas em duas categorias: esttica e dinmica. A verificao dinmica requer que o programa sejaexecutado com entrada de dados, e a esttica no. Em geral, prefervel que uma verificao seja executadaestaticamente (ou em tempo de compilao), ao invs de esperar para ser feita em tempo de execuo [GHE 97].

Um linguagem que permite que todos os testes de tipo sejam efetuados estaticamente, dita fortementetipada. Neste caso, o compilador pode garantir a ausncia de erros de tipo nos programas. Algol 68 um exemplode uma linguagem fortemente tipada, j o Pascal no uma linguagem fortemente tipada, pois, por exemplo, emPascal intervalos e o emprego correto dos registros com variantes no podem ser testados estaticamente.

As regras de compatibilidade de tipos, por sua vez, devem dar uma especificao exata de como omecanismo de testes de tipos deve ser aplicado. possvel definir duas noes de compatibilidade de tipos:

Equivalncia nominal: duas variveis possuem tipos compatveis se possuem o mesmo nome de tipo, definidopelo usurio ou primitivo, ou se aparecem na mesma declarao.

Equivalncia estrutural: duas variveis possuem tipos compatveis se possuem a mesma estrutura. Para severificar a equivalncia estrutural, os nomes dos tipos definidos pelo usurio so substitudos pelas suasdefinies. Este processo repetido at no sobrarem mais nomes de tipos definidos pelo usurio. Os tipos soento considerados estruturalmente equivalentes se possuem exatamente a mesma descrio.

Para ilustrar as regras de compatibilidade de tipos considere o segmento de cdigo a seguir escrito numaLP hipottica:

type s1 is struct { int y; int w;};type s2 is struct { int y; int w;};type s3 is struct { int y;};s3 func(s1 z) { ... };...s1 a, x;s2 b;s3 c;int d;...a = b; --(1)x = a; --(2)c = func(b); --(3)d = func(a); --(4)

De acordo com a equivalncia nominal a instruo (2) est correta, desde que a e x possuem o mesmonome de tipo. A instruo (1) contm um erro porque a e b possuem tipos diferentes. Similarmente, asinstrues (3) e (4) contm erros de tipo. Considerando a equivalncia estrutural, as instrues (1), (2) e (3) estocorretas, e a instruo (4) contm um erro, pois o tipo s3 no compatvel com int.

Freqentemente tambm necessrio converter um valor de um tipo em um valor de outro, como, porexemplo, quando se quer somar uma varivel inteira uma constante real. Na maior parte das linguagens essaconverso implcita. A converso implcita tornada explcita pelo tradutor, que gera cdigo para conversobaseado no tipo dos operadores e na hierarquia de tipos da linguagem. Esta converses automticas, seguindo aterminologia do Algol 68, so chamadas de coero. Entretanto, algumas linguagens permitem apenas a conversoexplcita, isto , o programador deve usar operadores de converso.

Em geral, o tipo de coero que pode ocorrer em um determinado ponto depende do contexto. Por exemplo,na seguinte instruo em C:

x = x + z;onde z um float e x um int, h uma coero de x para float para avaliar a aritmtica do operador de soma,e h uma coero do resultado para int para fazer a atribuio. Pode-se observar, ento, que o C fornece um sistemasimples de coero. Alm disso, converses explcitas podem ser aplicadas em C usando o construtor cast. Porexemplo, um cast pode ser usado para sobrescrever a coero no desejada que seria aplicada. Assim, o comandoacima ficaria:x = x + (int) z;

Ada no fornece coero. Sempre que uma converso permitida atravs da linguagem, ela deve serinvocada explicitamente. Por exemplo, se X declarado como uma varivel FLOAT e I como um INTEGER, aatribuio de X para I pode ser realizada pela seguinte instruo:

I := INTEGER(X);A funo de converso INTEGER fornecida por Ada processa um inteiro a partir de um valor de ponto flutuantearredondando para o inteiro mais prximo [GHE 87, GHE 97].