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Lab 4 - Arrays, Strings e Matrizes

Na última aula trabalhamos com conceitos básicos de C e com tipos de dados simples (inteiros e números fracionários). Hoje veremos as primeiras estruturas complexas em C: arrays (também chamados de vetores), matrizes e strings.

Arrays em C

Criamos arrays de tamanho fixo em C usando a seguinte sintaxe:

long A[100];

Basta adicionar [] após o tipo e teremos um array de tamanho constante (i.e. não dependente da entrada do usuário). Não é possível redimensionar o array. Depois de declarado ele terá para sempre o mesmo tamanho.

Representação de array de long na memória

O acesso a elementos também é bastante simples:

printf("%ld\n", A[3]);

A linha acima imprime o quarto elemento do vetor. O uso com scanf segue a mesma lógica dos tipos simples:

scanf("%ld", &vetor[0]);

Exercise 1

Simule o código abaixo manualmente e escreva qual você acha que será a saída dele. Não compile e execute ainda! No momento, estamos interessados no que você acha.

#include <stdio.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    long vetor[5];
    int i;

    for(i = 0; i <= 5; i++) {
        if (vetor[i] % 2 == 0) {
            printf("Par! ");
        }
        printf("i: %d, vetor[i]: %ld\n", i, vetor[i]);
    }

    return 0;
}

Exercise 2

O código acima está no arquivo tarefa1.c. Agora sim, compile e execute. Os resultados foram os esperados? Se não, você consegue explicar por que eles foram diferentes?

Answer

Como podemos ver, o código compila, mas seu comportamento é indefinido por duas razões:

  1. O vetor não é inicializado com 0 quando é criado, embora seja em outras linguagens como Java.
  2. A posição vetor[5] não é válida e pode resultar na leitura de dados inválidos da memória.

Tip 1

Diferentemente de outras linguagens, C não verifica os índices automaticamente nem inicializa o elementos do vetor com algum valor padrão. Além disto, nem sempre é possível obter o tamanho de um vetor a partir de seu nome.

Exercise 3

Conserte o código acima. Você deverá ler as posições do vetor usando scanf em um for e depois consertar o for do exemplo acima para não acessar as posições indevidas.

Sim, seu programa deverá ter dois for, um para leitura usando scanf que você deverá criar e o outro é o do exemplo acima, que deverá ser consertado.

Conserte o código acima no arquivo tarefa1.c. Compile e teste sua solução usando make tarefa1.

Um ponto importante é que o sistema de tipos não permite a conversão/passagem de vetores do mesmo tipo, mas com tamanhos diferentes. Assim, a função abaixo não aceitaria como argumento a variável double arr[4], pois só aceita vetores de tamanho 3.

double soma_3doubles(double arr[3]) {
    double s = 0;
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        s += arr[i];
    }
    return s;
}

Para fazê-la aceitar vetores de tamanho qualquer poderíamos mudar sua assinatura para não checar o tamanho do vetor e passá-lo como argumento da função.

double soma(double arr[], int n);

Exercise 4

Trabalharemos com o arquivo tarefa2.c. Abra-o e implemente, no local indicado, a função soma com a assinatura acima. Lembre-se que em C arrays não conhecem seu tamanho, então é de sua responsabilidade acessar somente elementos válidos e checar se o vetor não está vazio (ou seja, n < 1)

Exercise 5

O arquivo usado acima contém vários testes na função main. Leia a função main e escreva abaixo a notação usada para inicializar um array com valores constantes. Como você inicializaria um vetor de int com os valores $0, 2, 3, 2, 5$?

Answer

int vec[] = {0, 2, 3, 2, 5};

Strings

Como visto na expositiva, strings são arrays de caracteres sendo que o último elemento da string contém um caractere '\0'. Logo, uma string declarada como char str[100] pode guardar strings de até 99 caracteres (mais 1 para o '\0'). Se a string tiver comprimento menor o restante das posições simplesmente não é utilizado.

String é um vetor de char terminado em '\0'.

Note

Em C podemos usar: \0, NULL, e 0 para representar a mesma coisa!

Tip 2

Uma string em C nada mais é do que um array do tipo char cujo último elemento é um \0. As duas linhas abaixo tem o mesmo efeito. 

char arr[] = "insper";
char arr2[] = {'i', 'n', 's', 'p', 'e', 'r', '\0'};
Claramente a primeira é muito mais conveniente ;)

Exercise 6

Em C, qual a diferença entre "a" e 'a'?

Answer

Em C, aspas duplas "a" indicam um vetor composto por: [a, \0] e a aspas simples indicam apenas um char.

Para imprimir uma string no terminal basta usar o código %s na string de formatação do printf:

char str[10] = "world!";
printf("hello %s\n", str);

Já a leitura de strings é feita usando a função fgets, que recebe um array de char com tamanho n e lê até n-1 caracteres de um arquivo ou do terminal. fgets para quando encher o vetor ou quando encontrar uma quebra de linha \n. No exemplo abaixo, stdin (Standard Input) representa o terminal.

#define STRING_LEN 10          // Tamanho da string 0..9

char str[STRING_LEN];
fgets(str, STRING_LEN, stdin); // precisamos passar o tamanho máximo
                               // + 1 da nossa string.

Exercise 7

Para iterar sobre todos os caracteres de uma string precisamos saber seu tamanho? Como podemos fazer isto? Dica: reveja a imagem e o exemplo de código do começo da seção.

Answer

O último caractere de uma string é sempre '\0'! Logo, podemos percorrer os caracteres até que um '\0' seja encontrado.

Exercise 8

Crie uma função que:

  1. recebe uma string de tamanho máximo 100
  2. conte o número de vezes que a letra "a" aparece
  3. retorne este valor.

Implemente no arquivo tarefa3.c e teste com make tarefa3

Exercise 9

E se fosse necessário contar o número de caracteres "1"? Implemente no arquivo tarefa4.c e teste com make tarefa4

Matrizes

Como visto na expositiva, matrizes em C nada mais são que "vetores de vetores", ou seja, vetores colocados um após o outro.

long mat[10][3];

printf("%d", mat[0][2]); /* acessa linha 0, coluna 3 */

scanf("%d", &mat[1][1]); // armazena inteiro digitado na posição 1,5

Representação de matriz de inteiros na memória

Perceba que toda a primeira linha é armazenada (contendo 3 longs) antes do início da segunda linha. Ou seja, a matriz é armazenada "deitada" na memória, uma linha após a outra.

Exercise 10

Levando em conta que a matriz é guardada como na figura acima, em qual posição da memória estão armazenados os seguintes elementos? Você deve contar a partir do primeiro elemento (mat[0][0]).

  • mat[0][2]
  • mat[1][2]
  • mat[2][0]

Answer

Respectivamente: 2, 5 e 6.

| offset
v

0: [0][0]
1: [0][1]
2: [0][2]  <---
3: [1][0]
4: [1][1]
5: [1][2]  <---
6: [2][0]  <---
7: [2][1]
8: [2][2]

Warning

As próximas tarefas devem ser feitas a partir de um arquivo vazio e compiladas usando os conhecimentos que vocês obtiveram no Lab 3.

Exercise 11

Faça, do zero, um programa que lê uma matriz 5x4 e imprime no terminal a soma de cada uma de suas colunas.

Exercise 12

Modifique seu programa acima para, além das somas de cada coluna, imprimir também o índice da coluna de maior valor.

Exercícios

Agora que já trabalhamos um pouco com arrays, strings e matrizes está na hora de praticar com exercícios mais complexos. Estes exercícios não são opcionais: sua realização é essencial para cumprir os objetivos do Mutirão.

Exercise 13

Escreva, do zero, um programa que

  1. Leia um inteiro n do terminal (número de elementos do vetor)
  2. Leia n números reais e guarde esses números em um array.
  3. Chame uma função para calcular a média do vetor.
  4. Imprima a média calculada.

Seu programa deverá calcular a média usando uma função avg escrita por você mesmo e pode supor que n < 100. Para facilitar seus testes, escreva dois arquivos de entrada e use < para rodar o programa.

Atenção: como vimos anteriormente, precisamos especificar o tamanho de um vetor na declaração. No entanto, nesse caso não sabemos o tamanho até o usuário digitá-lo. Sugerimos vocês criarem um vetor de um tamanho maior que o usuário possa querer usar. É bem comum saber esse limite em aplicações reais.

Exercise 14

Modifique seu programa acima para que ele imprima também a variância do vetor.