Introdução à Programação Orientada a Objetos com C++ Antonio Mendes da Silva Filho

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4 2010, Elsevier Editora Ltda. Todos os direitos reservados e protegidos pela Lei n o 9.610, de 19/02/1998. Nenhuma parte deste livro, sem autorização prévia por escrito da editora, poderá ser reproduzida ou transmitida sejam quais forem os meios empregados: eletrônicos, mecânicos, fotográficos, gravação ou quaisquer outros. Copidesque: Ivone Teixeira Revisão: Marco Antônio Corrêa Editoração Eletrônica: SBNigri Artes e Textos Ltda. Elsevier Editora Ltda. Conhecimento sem Fronteiras Rua Sete de Setembro, o andar Centro Rio de Janeiro RJ Brasil Rua Quintana, o andar Brooklin São Paulo SP Brasil Serviço de Atendimento ao Cliente sac@elsevier.com.br ISBN Nota: Muito zelo e técnica foram empregados na edição desta obra. No entanto, podem ocorrer erros de digitação, impressão ou dúvida conceitual. Em qualquer das hipóteses, solicitamos a comunicação ao nosso Serviço de Atendimento ao Cliente, para que possamos esclarecer ou encaminhar a questão. Nem a editora nem o autor assumem qualquer responsabilidade por eventuais danos ou perdas a pessoas ou bens, originados do uso desta publicação. CIP-Brasil. Catalogação-na-fonte. Sindicato Nacional dos Editores de Livros, RJ S58i Silva Filho, Antonio Mendes da Introdução à programação orientada a objetos com C++ / Antonio Mendes da Silva Filho. Rio de Janeiro: Elsevier, ISBN Programação orientada a objetos (Computação). 2. C++ (Linguagem de programação de computador) I. Título. CDD: CDU: introd_00.indd 4 12/4/ :30:06

5 Dedicatória À minha esposa Viviane e aos filhos Vivian e Anthony, em reconhecimento aos muitos momentos de convívio cedidos e constante apoio dado durante a realização deste livro. Ao meu pai Antonio e à minha mãe Eunide (in memoriam) pelo ininterrupto afeto e simplicidade dos ensinamentos. introd_00.indd 5 12/4/ :30:06

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7 Sobre o Autor Professor e consultor em área de Tecnologia da Informação e Comunicação, com mais de 20 anos de experiência profissional, é autor do livro Arquitetura de Software, pela Editora Campus/Elsevier, possui diversos artigos publicados em eventos nacionais e internacionais, é colunista de Ciência e Tecnologia na revista Espaço Acadêmico, com mais de cem artigos publicados, tendo feito palestras em eventos nacionais e no exterior. Foi professor visitante da University of Texas, em Dallas, e da University of Ottawa. Formado em Engenharia Elétrica pela Universidade de Pernambuco, com mestrado em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal da Paraíba (Campina Grande), mestrado em Engenharia da Computação pela University of Waterloo e doutorado em Ciência da Computação pela Univesidade Federal de Pernambuco. introd_00.indd 7 12/4/ :30:06

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9 Agradecimentos Este livro é um relato de recente trabalho na área de introdução à programação em cursos de computação e engenharias. Ao longo de minha jornada como docente, tive a oportunidade de trocar ideias e interagir com alunos e outros interessados e pude perceber que o aprendizado é um processo que se constrói passo a passo. Nesse processo, utilizar exemplos e levantar questionamentos sobre possíveis soluções ajuda o aluno (aprendiz) a assimilar de maneira mais efetiva o conteúdo. Agradeço a cada um dos alunos que ao longo de anos de ensino contribuíram com perguntas e curiosidades para a formação desse conteúdo. Também gostaria de agradecer aos colegas por serem pacientes com minha falta de atenção e afastamento enquanto escrevia este livro. Por fim, gostaria também de agradecer à Editora Campus/Elsevier e a toda equipe pelo empenho e dedicação na realização deste livro. Antonio Mendes da Silva Filho introd_00.indd 9 12/4/ :30:06

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11 A quem se destina o livro Quem deve ler e beneficiar-se deste livro? Ele é recomendado a estudantes dos cursos de computação, engenharias e correlatos de universidades e outras instituições de ensino superior, uma vez que contempla o conteúdo exigido nesses cursos. introd_00.indd 11 12/4/ :30:06

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13 Apresentação A programação orientada a objetos (POO) é uma abordagem de programação que serve de elo entre os problemas existentes e as soluções computacionais apresentadas no campo da programação. Antes da POO havia um obstáculo conceitual para os programadores quando eles tentavam adaptar as entidades reais às restrições impostas pelas linguagens e técnicas de programação tradicionais. Em uma situação real, o ser humano tende a raciocinar em termos dos objetos ou entidades reais. Todavia, vale lembrar que, antes da POO, os programadores eram ensinados a raciocinar sobre os problemas em termos de blocos de código ou procedimentos e forma como eles atuavam sobre os dados. Observe que essas duas abordagens são distintas e constituem um problema quando existe necessidade de desenvolver um sistema complexo. A POO apresenta-se como um paradigma de programação que permite aos programadores raciocinar e solucionar problemas em termos de objetos, os quais estão diretamente associados às entidades ou coisas reais. Como resultado desse mapeamento natural, utilizando a POO um programador pode concentrar-se nos objetos que compõem o sistema, em vez de tentar vislumbrar o sistema como um conjunto de procedimentos e dados. Vale salientar que a POO é uma forma natural e lógica pela qual os seres humanos, especificamente os programadores, raciocinam. Os benefícios resultantes de empregar a POO como abordagem de programação não se restringem a raciocinar e resolver problemas em termos de objetos ou entidades reais, mas implicam a reutilização de código. Além da identificação de uma técnica de programação adequada para implementação de sistemas, há a necessidade de selecionar uma linguagem de programação. Neste texto, é empregada a linguagem C++ desenvolvida nos laboratórios da Bell por Bjarne Stroustrup. Embora a C++ mantenha algumas semelhanças com a linguagem C, oferece menor possibilidade de erros. Além disso, a C++ suporta características como, por exemplo, polimorfismo, herança e ocultação de dados, entre outras. Na introd_00.indd 13 12/4/ :30:06

14 prática, as diferenças entre C e C++ são maiores do que se possa imaginar. Programadores de C++ não apenas fazem uso dos aspectos da POO de C++ como também incrementam e aperfeiçoam os recursos oferecidos pela linguagem C. Nesse sentido, o objetivo deste livro é ajudar o leitor a solucionar problemas escrevendo programas em C++ e explorando recursos da orientação a objetos no menor tempo possível. Devido ao exposto e à grande importância que a POO tem no contexto atual entre os paradigmas de programação, um texto didático que faça a introdução de programação orientada a objetos usando a linguagem C++ tem como objetivo fornecer os conceitos necessários aos estudantes de computação, engenharias e áreas afins. introd_00.indd 14 12/4/ :30:06

15 Sumário Capítulo 1 Panorâmica da Programação Orientada a Objetos...1 Objetivos Introdução Origem da Programação Orientada a Objetos Limitações das Linguagens Procedimentais Linguagens Procedimentais Divisão do Programa em Funções Programação Estruturada Dados Componente Essencial na Modelagem de um Sistema Uso de Variáveis em Linguagens de Programação Estruturada Problemas de Programas Procedimentais Características das Linguagens Orientadas a Objetos A Abordagem de Orientação a Objetos Encapsulamento de Dados Raciocínio em Termos de Objetos Classe Herança Reusabilidade Criação de Novos Tipos de Dados Polimorfismo e Overloading (Sobrecarga) Diferenças entre C e C Resumo...13 Questões...13 Exercícios...13 Capítulo 2 Componentes da Linguagem C Objetivos...15 introd_00.indd 15 12/4/ :30:06

16 2.1. Introdução Construção de um Programa Criando um Projeto no Ambiente Dev-C Criando um Arquivo no Dev-C Removendo ou Renomeando um Arquivo Compilando e Executando um Programa no Dev-C Entendendo o Programa em C A Função main() Comentários Uso de Cout Entendendo o uso do Objeto cout Operador << Diretivas do Pré-processador Diretivas do Pré-processador Diretiva #define Uso de Variáveis Variáveis do Tipo Inteiro Nomes de Variáveis Entrada Usando CIN Entendendo o Uso do Objeto cin Operador >> Manipuladores Entendendo Manipuladores Operador endl Operador setw Tipos de Variáveis (Dados) Constantes do Tipo Inteiro Variáveis do Tipo char Constante do Tipo char Variáveis do Tipo Ponto Flutuante ou Real Qualificador const Tipo de Dados long Definições Múltiplas Sumário de Tipos de Variáveis Tipos de Dados unsigned Conversão de Tipos Conversões Automáticas Casts Operadores Aritméticos...45 introd_00.indd 16 12/4/ :30:06

17 Operadores de Atribuição Aritmética Operadores de Incremento Funções de Biblioteca...48 Resumo...50 Questões...50 Exercícios...50 Capítulo 3 Laços e Decisões...53 Objetivos Introdução Operadores Relacionais Operadores Relacionais Laços Laço for Instrução for Loop while Loop do Decisões if... else Aninhamento (Nesting) de ifs (dentro de laços) if... else Função getche() if... else aninhados else... if Switch Operador Condicional Operadores Lógicos Operador Lógico E (AND) Operador Lógico OU (OR) Operador Lógico NÃO (NOT) Expressões Lógicas Precedência de Operadores Mais Mecanismos de Controle Break Continue...87 Resumo...89 Questões...89 Exercícios...90 introd_00.indd 17 12/4/ :30:06

18 Capítulo 4 Estruturas...91 Objetivos Introdução Estrutura Estruturas Simples Estrutura Especificação de Estrutura Definição de Estrutura Definição de uma Variável do Tipo Estrutura Acesso a Membros de Estrutura Acesso a Membros de Estrutura Definição de Estruturas sem Rótulo (tag) Inicialização de Membros da Estrutura Estruturas Dentro de Estruturas Tipos de Dados Enumerados (Enumerated Data Types) Especificador enum Estruturas e Classes Estruturas Classes Diferenças entre Estruturas e Classes Resumo Questões Exercícios Capítulo 5 Funções Objetivos Introdução Função Sintaxe de Função Passagem de Argumentos em Funções Passagem de Argumentos Retorno de Valores de Funções Definição de Tipo de Retorno Argumentos de Referência Variável de Referência Passagem de Argumento por Referência Usando Referência para Retornar Valores Funções Sobrecarregadas Funções Inline Problema com Inserção Repetida de Função Função inline introd_00.indd 18 12/4/ :30:07

19 5.7. Retorno por Referência Referência Função Retornando Referência Tópicos Complementares Argumentos Default Categorias de Variáveis e Armazenamento (ou Memória) Variável automatic Tempo de Vida de Variável Visibilidade de Variável Variáveis Locais Variável External Variáveis Globais Resumo Questões Exercícios Capítulo 6 Objetos e Classes Objetivos Introdução Objetos e Classes Atributos e Operações em Classes Mensagens (Funções-membros) Herança Polimorfismo Encapsulamento Abstração (de Dados) Exemplificando uma Classe Ocultação de Dados Dado private Função public Função-membro Objetos C Classes e Objetos Classes, Objetos e Memória Objetos C++ como Tipos de Dados Construtores e Destrutores Construtor Inicialização com Construtor Destrutor introd_00.indd 19 12/4/ :30:07

20 6.5. Objetos como Argumentos e Retorno de Função Objetos como Argumentos de Função Retorno de Objetos de Funções Abstração e Encapsulamento Abstração Encapsulamento Dados de Classe static Dado-membro static Resumo Questões Exercícios Capítulo 7 Arrays Objetivos Introdução Arrays Definição de Arrays Diferença entre Arrays e Estruturas Princípios de Uso de Arrays Regras para Declaração de Array Declaração, Inicialização e Acesso De Arrays Declaração de Array Inicialização de Array Arrays de Múltiplas Dimensões Formatação de Números Decimais Arrays como Dado de Classe Pilha Estrutura de Dado Operação da Pilha Arrays de Objetos Strings e Arrays Função cin::get() Usando get() para Ler Múltiplas Linhas Função strcpy Função strlen() Array de strings Strings como Membros de Classes Resumo Questões Exercícios introd_00.indd 20 12/4/ :30:07

21 Capítulo 8 Sobrecarga de Operadores Objetivos Introdução Sobrecarga de Operadores Sobrecarga de Operadores Unários Sobrecarga de Operadores Binários Sobrecarga de Operadores Associados a Funções Sobrecarga do Operador [ ] Conversão de Dados Funções Friend Aplicações e Restrições de Uso Conversão entre Objetos de Classes Diferentes Resumo Questões Exercícios Capítulo 9 Herança Objetivos Introdução Herança Classe Derivada Importância da Herança Reusabilidade Classes Base e Derivada Construtores de Classe Construtores de Classes Derivadas Herança em Classe Ignorando Funções-membros Hierarquia e Níveis de Classe Classe Abstrata Herança com public e private Herança usando public e private Níveis de Herança Herança Múltipla Ambiguidade em Herança Múltipla Resumo Questões Exercícios introd_00.indd 21 12/4/ :30:07

22 Capítulo 10 Ponteiros e Aplicações Objetivos Introdução a Ponteiros Ponteiros Entendendo Ponteiros Operadores Endereço e Ponteiro Operador de Endereço Operações com Ponteiros Objetos Dinâmicos com Ponteiros Alocação Dinâmica de Memória Ponteiros como Argumentos Classes Lista, Pilha e Fila Lista Pilha Fila Resumo Questões Exercícios Capítulo 11 Educação Continuada Objetivos Retrospecto Prospecto Aplicações na Engenharia Sugestões de Leitura introd_00.indd 22 12/4/ :30:07