Ciclos

• Um ciclo é uma instrução que executa várias vezes outras instruções (o corpo do ciclo)
• Os ciclos em C são controlados por uma expressão
• A expressão é avaliada a cada iteração
  • se o seu valor for zero o ciclo termina
  • se for diferente de zero, o ciclo continua

Instruções de ciclos

while

é usado para ciclos em que a expressão é testada antes de executar o corpo do ciclo

do...while

é usado para ciclos em que a expressão é testada depois de executar o corpo

for

é uma forma conveniente para ciclos com uma variável de controlo

Instrução while

while ( expressão ) instrução

• A expressão controla a terminação do ciclo
• A instrução é o corpo do ciclo

Execução:

1. Primeiro avalia a expressão:
2. Se for zero, o ciclo termina imediatamente;
   se for diferente de zero, executa instrução e repete 1.

i = 1;
while (i < 10)   /* expressão de controlo */
   i = i * 2;   /* corpo do ciclo */

Instrução while

O corpo pode ser um bloco de instruções em vez de uma só:

i = 1;
while (i < 10) {
   printf("%d\n", i);
   i = i * 2;
}

Podemos colocar chavetas mesmo com uma só instrução:

i = 1;
while (i < 10) {
  i = i * 2;
}

Terminação

• O ciclo while termina quando o valor da expressão for 0 (falso)
  • e.g., se a expressão for i < 10 então o ciclo termina quando \(i\geq 10\)
• O corpo pode não chegar a executar (porque a expressão de controlo é testada primeiro)
• Se a expressão de controlo for sempre diferente de zero o ciclo não termina (exceto se usarmos instruções especiais para sair do ciclo — mais tarde)

   while (1) {
      ...   /* ciclo infinito */
   }

Exemplo 1

• Um programa para imprimir uma tabela de quadrados
• O utilizador introduz o limite superior

Limite superior: 5
1        1
2        4
3        9
4       16
5       25

/*
  quadrados.c
  Imprimir uma tabela de quadrados
*/
#include <stdio.h>

int main(void) {
   int i, n;    

   printf("Limite superior: ");
   scanf("%d", &n);
   i = 1;
   while (i <= n) {
      printf("%d\t%d\n", i, i*i);
      i ++;
   }
   return 0;
}

Exemplo 2

• Um programa para somar uma sequência de números
• O tamanho da sequência não é conhecido antecipadamente
• Ideia:
  • ler cada valor dentro de um ciclo
  • acumular o total numa variável auxiliar
  • terminar quando lermos um valor especial (zero)

/*
  somar.c
  Somar uma sequência de números
*/
#include <stdio.h>

int main(void) {
   int n, soma = 0;
   printf("Introduza valores; 0 termina.\n");
   scanf("%d", &n);      // primeiro valor
   while (n != 0) {  // enquanto não terminou
        soma += n;       // acumular
        scanf("%d", &n); // ler próximo valor
   }
   printf("A soma é: %d\n", soma);
   return 0;
}

Instrução do...while

do instrução while ( expressão );

Execução:

1. Primeiro executa a instrução
2. Depois avalia a expressão
3. Se for zero, o ciclo termina;
   se for diferente de zero, repete o passo 1.

Exemplo

Vamos re-escrever o programa para somar números usando um ciclo do.

/*
  somar2.c
  Somar uma sequência de números (alternativa)
*/
#include <stdio.h>

int main(void) {
   int n, soma = 0;
   printf("Introduza valores; 0 termina.\n");
   do {
       scanf("%d", &n);  // próximo valor
       soma += n;        // acumular
   } while (n != 0);  // enquanto não terminou
   printf("A soma é: %d\n", soma);
   return 0;
}

Observações

• Como a condição é testada depois da execução não necessitamos de ler o primeiro valor fora do ciclo
• Somar zero não altera o resultado: podemos sempre acumular o valor lido

Exemplo 3

Calcular o número de algarismos de um inteiro positivo:

Introduza um inteiro positivo: 5633
4 algarismo(s)

• Vamos usar um ciclo para fazer divisões inteiras por 10
• Terminamos quando chegar a zero
• O número iterações efetuadas dá-nos a contagem de algarismos
• O ciclo do é mais conveniente do que while porque qualquer número positivo tem pelo menos um algarismo

/* algarismos.c
   Contar algarismos de um inteiro positivo
*/
#include <stdio.h>

int main(void) {
  int digits = 0, n;
  printf("Inteiro positivo: ");
  scanf("%d", &n);
  do {
     n /= 10;    // quociente divisão por 10
     digits ++;  // mais um algarismo
  } while (n > 0);
  printf("%d algarismo(s)\n", digits);
  return 0;
}

Instrução for

for ( expr1; expr2; expr3 ) instrução

• expr1 é a inicialização
• expr2 é a condição de repetição
• expr3 é a atualização após cada iteração
• instrução é o corpo do ciclo

Exemplo:

for (i = 0; i < 10; i++)
  printf("%d\n", i);

Instrução for

• O for é conveniente para ciclos que necessitam de contar de um valor inicial até um valor final
• Poderiamos usar o while em vez do for, mas o for é mais claro

Instrução for

Exemplo:

for (i = 0; i < 10; i++)
  printf("%d\n", i);

é equivalente a

i = 0;
while (i < 10) {
  printf("%d\n", i);
  i++;
}

Instrução for

A forma geral

for (expr1; expr2; expr3) instrução

é equivalente a:

expr1;
while ( expr2 ) {
   instrução
   expr3;
}

Esta tradução pode ajudar a compreender alguns detalhes.

Instrução for

Exemplo: qual o efeito de usar ++i em vez de i++ no ciclo seguinte?

for(i = 0; i < 10; ++i)
   printf("%d\n", i);

Traduzindo para while:

i = 0;
while (i < 10) {
   printf("%d\n", i);
   ++i;  // alternativa: i++;
}

Usar ++i ou i++ é equivalente — contamos de 0 a 9.

Formas comuns de for

Repetir n vezes:

// contagem ascendente de 0 até n-1 
for(i = 0; i < n; i++) ...

// contagem ascendente de 1 até n
for(i = 1; i <= n; i++) ...

// contagem descendente de n-1 até 0
for(i = n-1; i >= 0; i--) ...

// contagem descendente de n até 1
for(i = n; i > 0; i--) ...

Erros comuns no for

• Trocar a ordem das comparações
  • contagens ascendentes devem usar < ou <=
  • contagens descendentes devem usar > ou >=
• Usar == em vez <, <=, >, >=
  • podemos "saltar" a terminação
• "Errar por um" a condição de terminação
  • e.g. usar i<n em vez de i<=n

Omitir expressões no for

Podemos omitir uma ou mais expressões no ciclo for.

Omitir a inicialização:

int i = 10;
for (; i > 0; i--)
   printf("%d\n", i)

Omitir a atualização:

int i;
for (i = 10; i > 0;)
   printf("%d\n", i--)

Omitir expressões no for

Omitir ambas inicialização e atualização:

int i = 10;
for (; i > 0;)
   printf("%d\n", i--)

Isto é equivalente a um ciclo while:

int i = 10;
while (i > 0)
   printf("%d\n", i--)

Omitir condição do for

• Se omitirmos a condição, o ciclo for só termina se usarmos instruções de saida no corpo (mais à frente)
• Alguns programadores preferem usar um for sem condição em vez de while para esses ciclos

// usando ciclo while
while (1) {
   ...
}

// usando ciclo for
for (;;) {
   ... 
}

Ciclos for em C99

• Em C99, a expressão de inicialização do for pode ser substituida por uma declaração
• Isto permite declarar uma varíavel para usar dentro do ciclo:
  
  for(int i = 0; i < n; i++) ...
  
  
• A variável não tem de ser declarada antes e tem âmbito limitado ao ciclo

Ciclos for em C99

• Declarar a variável de controlo dentro do ciclo é conveniente e pode ajudar a tornar o programa mais simples
• Contudo, se quiseremos de usar o valor final da variável após o fim do ciclo, é necessária a forma anterior

for(int i = 0; i < n; i++) {
   printf("%d\n", i); // OK: i é válido
}
printf("%d\n", i); // ERRO: i fora de âmbito
printf("%d\n", n); // OK: n é válido

Instrução break

• Usualmente um ciclo termina apenas quando a condição é testada
  • antes de uma iteração de while ou for
  • depois de uma iteração de do...while
• Também podemos usar a instrução break para terminar um ciclo em qualquer momento

Instrução break

Exemplo: procurar o primeiro divisor próprio de um número \(n\) (isto é, um divisor entre 2 e \(n-1\)):

int i, n;
... /* obter valor de `n' */
for (i = 2; i < n; i++) {
   if (n%i == 0) break;
}

Este ciclo pode terminar de duas formas:

• se esgotou os possíveis divisores (i >= n)
• se encontrou um divisor (i < n)

Instrução break

No final do ciclo podemos determinar a causa de terminação com um teste simples:

int i, n;
... /* obter valor de `n' */
for (i = 2; i < n; i++) {
   if (n%i == 0) break;
}
if (i < n)
   printf("Encontrou divisor: %d\n", i);
else
   printf("Não tem divisores próprios\n");

Instrução break

• A instrução break é útil para escrever um ciclo com um teste de terminação a meio
• Exemplo: ler uma sequência de valores e terminar com um valor especial

for(;;) {
  scanf("%d", &n);
  if (n == 0)   // se for zero
     break;     // terminar o ciclo
  ... // se não: processar o valor 
}

Instrução continue

• A instrução continue transfere a execução para o ponto imediatamente antes do fim do corpo
• Enquanto que break termina o ciclo, continue continua no ciclo

Exemplo

Ler e acumular 10 inteiros não-negativos.

int i = 0, n, soma = 0;
while (i < 10) {
  scanf("%d", &n);
  if (n < 0)
    continue;
  soma += n;
  i ++;
  /* continue salta para aqui */
}

Exemplo

• Por vezes é mais simples evitar o continue colocando instruções dentro de um if
• A condição é invertida: n >= 0 em vez de n < 0

int i = 0, n, soma = 0;
while (i < 10) {
  scanf("%d", &n);
  if (n >= 0) {
     soma += n;
     i ++;
  }
}

Instrução vazia

Uma instrução pode ser vazia, isto é, apenas um ponto-e-vírgula sem mais símbolos:

i = 0; ; j = 1;  // segunda instrução vazia

Uma instrução vazia não faz nada; é útil apenas para escrever um ciclo cujo corpo é vazio.

Instrução vazia

Considere o ciclo para procurar divisores:

for (i = 2; i < n; i++) {
   if (n%i == 0) break;
}

Podemos juntar as duas condições e retirar o break; o corpo fica vazio:

for (i = 2; i < n && n%i != 0; i++)
   ; /* instrução vazia */ 

Para evitar confusão, devemos escrever a instrução vazia numa linha separada.