Gustavo Pinto

Gustavo Pinto

Software Engingeering Researcher

Controle de fluxo

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Programar é fazer com que os dados sigam um determinado caminho (podendo sofrer modificações ao longo desse caminho). O controle do fluxo se refere a ordem de como os dados irão ser executados ao longo deste caminho (que é a execução do programa).

Há diversas formas de controlar o fluxo dos dados em um programa, por exemplo:

  • Sequencial: Faça isso, depois isso, depois isso, etc. Esta é a forma mais básica de controle de fluxo de execução. Ela se refere a realizar avaliações de expressões em sequencia, uma após a outra.
  • Condicional: Se determinada condição for verdadeira, faça isso, do contrário, faça aquilo. Nessa forma de controle de fluxo, temos pelo menos duas alternativas de execução do nosso programa, uma das quais não deverá executada.
  • Iteração: Faça isso enquanto determinada condição for verdadeira. Iteração se refere a execução do mesmo trecho de código múltiplas vezes, enquanto uma determinada condição for verdadeira.
  • Recursão: Peça para você mesmo fazer isso. Recursão acontece quando uma rotinha invoca ela mesma.
  • Exceção: Caso algo dê errado, siga por esse outro caminho. Exceção são construções que alteram o fluxo de dados na presença de um comportamento excepcional.
  • Concorrente: Faça múltiplas coisas ao mesmo tempo. Embora as expressões não sejam exatamente avaliadas ao mesmo tempo, programação concorrente ajuda para deixar o computador menos ocioso.

Há ainda outras construções de linguagem como o goto (em C), que alteram o fluxo de dados. Mas esses são tópicos para outro guia 🙃.

Neste capítulo vamos aprender sobre condicionais e iterações. Recursão será abordado no capítulo sobre métodos. Mais pra frente no guia também teremos um capítulo sobre exceção.

Condicionais

Durante a execução do programa, diferentes caminhos (ou trechos de código) podem ser percorridos (ou executados).

Uma condicional é um desvio no caminho. Condicionais necessitam de duas construções de linguagem:

  • uma construção que nos ajude a implementar um desvio, e
  • um conjunto de operadores de comparação (como >, <, ou ==) ou operadores lógicos (como && ou ||).

A construção de condicionais é frequentemente implementada usando uma estrutura de um If–then(–else). O else está entre parenteses pois é parte opcional da estrutura. Essa estrutura pode ser melhor entendida quando organizada em blocos:

If (condição booleana) Then
    (consequência)
Else
    (alternativa)
End

A primeira linha verifica se uma determinada condição é verdadeira (por exemplo, se o usuário e senha estiverem corretos). Se o resultado dessa primeira linha for verdadeiro, a segunda linha, com a (consequência) é executada . Do contrário (Else), a quarta linha, com a (alternativa) é executada. Lembre-se que o Else não é obrigatório em um if. Ele existe para tratar casos excepcionais (que nem sempre precisam existir). Por fim, a quinta linha encerra o procedimento.

Diferentes linguagens de programação implementam condicionais de forma ligeiramente diferente. Em Ruby condicionais seguem a seguinte estrutura sintática:

idade = gets.to_i

if idade == 10 then
  puts "A idade é igual 10"
end

Antes de tudo: em vez de executar esse código direto no irb, dessa vez vamos criar um arquivo chamado ifs.rb e colar e salvar esse conteúdo dentro dele. Pra rodar esse arquivo, basta navegar pela linha de comando até onde o arquivo foi salvo e rodar o comando ruby ifs.rb.

O motivo para usar um arquivo de texto no lugar de colocar o código direto no interpretador é que, nesse momento, vamos começar a fazer várias modificações no nosso programa. A medida que o código for mudando e crescendo, facilitará a nossa vida se nós tivermos o código salvo em algum arquivo; do contrário, a cada mudança teríamos que escrever todo o código novamente no interpretador (chato, heim?).

Voltando ao nosso exemplo. Perceba que a estrutura em Ruby é muito semelhante a estrutura de blocos apresentada anteriormente. No entanto, em Ruby, a instrução then após o if é opcional e pode ser omitida. Parece também ser uma prática comum em programadores Ruby, logo, ao longo do guia, vamos evitar utilizar o then.

Outro ponto importante é que sempre abrimos um if (ou um bloco, de maneira mais geral, como veremos mais para frente neste guia), nós também precisamos fecha-lo. Se fecha um if (ou um bloco) usando a instrução end. E se não fecharmos um bloco com um end? Algo como o exemplo abaixo. O que aconteceria?

idade = gets.to_i

if idade == 10
  puts "A idade é igual 10"

Neste caso, o interpretador de Ruby não entende que o programa como válido e lança o seguinte erro: ifs.rb:3: syntax error, unexpected end-of-input, expecting `end'. Esta mensagem é a forma que o interpretador tem de nos ajudar a encontrar o erro. No caso, ele está nos dizendo é que o fim da entrada foi terminada de forma inesperada, e que se esperava uma instrução end.

Poderíamos melhorar um pouco o nosso programa, fazendo com que ele nos avise quando o valor da variável seja diferente de 10. A instrução else é excelente para tratar casos assim. Por exemplo:

idade = gets.to_i

if idade == 10
  puts "A idade é igual 10"
else
  puts "A idade não é igual 10"
end

Note também que embora tenhamos agora duas condicionais (um if e um else) temos somente um único end. Isso acontece pois o end está associado ao bloco if, e não ao bloco else.

Vamos continuar evoluindo o nosso programa. Em vez de apensar saber somente se um valor é igual a 10, queremos saber se ele é maior, menor, ou igual. Como poderíamos fazer isso? Uma possível solução seria utilizar os operadores que vimos no último capítulo, e adicionarmos um novo if para fazer as comparações necessárias. Algo como o exemplo abaixo:

idade = gets.to_i

if idade == 10
  puts "A idade é igual 10"
if idade > 10
  puts "A idade é maior que 10"
else
  puts "A idade é menor que 10"
end

Agora é só salvar e rodar novamente o comando ruby ifs.rb.

Mas, calma. Não funcionou. Ao executar, apareceu novamente a mensagem de erro: syntax error, unexpected end-of-input, expecting `end'.

Isso acontece pois temos dois ifs no código. Como o segundo if foi declarado logo após o primeiro if, o interpretador de Ruby entende que o segundo if está dentro do primeiro if; ou seja, o segundo if só será executado caso a instrução a == 10 seja avaliada para true (assim como acontece com o puts dentro do primeiro if).

No entanto, o que queremos é que o segundo if seja executado caso a expressão dentro do primeiro if seja avaliada para false; ou seja, queremos que o segundo if seja o caso contrário do primeiro if.

Em Ruby, podemos usar a instrução elsif para indicar o caso contrário. Para isso, o elsif nunca deve existir sozinho; deve-se sempre primeiro ter um if para que exista algum caso contrário (elsif).

Mas, o else não seria também o caso contrário do if? Qual seria a diferença de um elsif para um else? A diferença de um elsif para um else é que o elsif trata de casos intermediários enquanto que o else trata de todos os demais casos.

Voltando ao nosso exemplo anterior, podemos agora corrigi-lo para usar um elsif.

idade = gets.to_i

if idade == 10
  puts "A idade é igual 10"
elsif idade > 10
  puts "A idade é maior que 10"
else
  puts "A idade é menor que 10"
end

Se quisessemos ser mais específicos, poderíamos ter vários encadeamentos de elsif dentro uma instrução if. Por exemplo:

idade = gets.to_i

if idade == 10
  puts "A idade é igual 10"
elsif idade > 10
  puts "A idade é maior que 10"
elsif idade > 30
  puts "A idade é maior que 20"
else
  puts "A idade é menor que 10"
end

A estrutra dos ifs está certa, mas parece que tem algo de estranho nesse código. Vamos testar com alguns valores. rode o seu programa quatro vezes, cada uma com uma entrada diferente, por exemplo: 1, 10, 15 e 35. Testando com 1, 10, 15, o código imprime o que era de fato esperado. Mas quando testamos como 35, o código executado é aquele que está dentro da expressão idade > 10. Isso faz sentido, uma vez que 35 é maior do que 10. No entanto, gostaríamos que o código dentro da expressão idade > 30 fosse executado. Como poderíamos ter essa garantia?

Uma possível solução seria determinar uma faixa de valores para cada condição elsif? Algo como se idade entre x e y, faça alguam coisa. Perceba que fizemos uso de um conector e na nossa expressão em Português acima. Como podemos traduzir essa expressão em Português para Ruby? Podemos usar os operadores lógicos que vimos no há algunas capítulos! A mesma expressão em Ruby seria algo como: idade < 20 or idade > 30. A versão com operadores lógicos do nosso programa seria algo como:

idade = gets.to_i

if idade == 10
  puts "A idade é igual 10"
elsif idade > 10 && idade <= 20
  puts "A idade é maior que 10"
elsif idade > 20
  puts "A idade é maior que 20"
else
  puts "A idade é menor que 10"
end

Agora, sim, conseguimos resolver o problema anterior!

IMPORTANTE

Perceba que a medida que o programa cresce, a complexidade de entender o que acontece com o programa também cresce. Em poucas linhas de código, estamos usando cinco operadores e quatro caminhos diferentes. Raciocinar qual caminho uma determinada entrada vai percorrer necessita de um esforço cognitivo maior, mesmo embora o nosso programa tenha somente 11 linhas de código. Condicionais (e iterações como veremos mais pra frente) rapidamente adicionam complexidade no código. No entanto, é muito díficil programar sem utilizar essas construções. Toda vez que você for adicionar um if no código, tenha em mente que não é somente um if, e sim um novo degrau de complexidade no código. Programa é tomar decisões.

Unless

Ruby conta ainda com alguns particularidades para trabalhar com condicionais. Por exemplo, toda vez que temos uma instrução como if a > b, o if avalia se o resultado da expressão é true. No entanto, há casos em que gostaríamos de saber se o resultado da expressão é false. Por exemplo:

if not idade > 18
  puts "Você não pode ter acesso a esse conteúdo"
end

Usamos o operador lógico not para representar a negação de uma expressão. Como vimos no capítulo anterior, not true # => false. Porém, em Ruby, existe ainda a instrução unless. A instrução unless é apenas um atalho para o if not. Alguns consideram quem ela facilita o entendimento de uma expressão. Logo, o mesmo código escrito acima poderia ser re-escrito usando unless:

unless idade > 18
  puts "Você não pode ter acesso a esse conteúdo"
end

If em uma linha

Por fim, caso você queira fazer somente uma única condição, Ruby ainda fornece outros atalhos. Por exemplo, o mesmo código acima poderia ser escrito usando um if de uma única linha:

puts "Você não pode ter acesso a esse conteúdo" if not idade > 18
puts "Você não pode ter acesso a esse conteúdo" unless idade > 18

Por fim, caso você precise de um if/else de uma linha, você pode se apoiar no operador ternário.

idade > 18 ? "Bem vindo!" : "Você não pode ter acesso a esse conteúdo!"

Iterações

Iteração é a forma em que um program tem de repetir uma determina operação, até que uma determinada condição seja atendida. Há diversas estruturas de repetição em Ruby, como o for e owhile. No entanto, talvez a forma mais simples de se fazer uma repetição em Ruby é o método loop.

Antes de continuarmos, vamos criar um arquivo chamado its.rb no mesmo diretório do arquivo ifs.rb. Vamos seguir editando diretamente no arquivo its.rb e executando-o através do comando ruby its.rb.

do/while

O método loop é uma estrutura de repetição no formato de um do/while, ou seja, ele primeiro executa uma ação para depois verificar se é necessário executar novamente. Ou seja, o loop é executado ao menos uma vez. Na sua forma mais simples, o loop executa um trecho de código dentro do bloco até que haja uma intevenção manual (como um control+c). Como vimos anteriormente, um bloco que pode ser executado em uma única linha pode ser delimitado por chaves {}. Um loop de uma única linha tem o seguinte formato:

  loop { puts "Minha primeira repetição usando 'loop'." }

No entanto, o caso um bloco tenha mais de uma linha, podemos escreve-lo usando a estrutura do ... end. Poderíamos então escrever o mesmo procedimento acima usando a estrutura de múltiplas linhas:

loop do
  puts "Minha primeira repetição usando 'loop'."
end

No entanto, faz pouco sentido o nosso programa ficar imprimindo essa string indefinidamente. Pedir para um usuário do nosso programa encerra-lo manualmente também não parece uma boa opção. Outra forma mais interessante de encerrar a execução de um loop é através da instrução break. O break força que a repetição se encerre.

loop do
  puts "Minha primeira repetição usando 'loop'."
  break
end

Nesse exemplo conseguimos perceber que a instrução dentro do loop é executada somente uma única vez, até alcançar o break e então encerrar a execução do loop. Parece que os dois exemplos usando loop são extremos. No primeiro caso, nós iteramos indefinidamente, até que o usuário manualmente encerre a operação. Já no segundo exemplo, não conseguimos iterar nem uma segunda vez. Como poderíamos fazer para ter um pouco mais de controle no nosso código, e decidir quantas vezes nós queremos iterar um trecho de código? Poderíamos usar um if pra decidir quando devemos encerrar a execução do loop? Vejamos o próximo exemplo.

i = 0
loop do
  i = i.succ
  puts "Repetição de número #{i} usando 'loop'."

  if i == 5
    puts "Vou encerrar essa repetição agora."
    break
  end
end

Nesse exemplo, usamos uma variável chamada i para controlar a quantidade de vezes que nosso loop deve iterar. A cada nova iteração do loop, a variável i é incrementada (através do método succ). A quantidade de vezes que o loop é executado é controlado pela condição if i == 5.

while

Diferente do loop, em que a verificação do laço acontece no final, no while a verificação acontece no começo. De fato, a primeira instrução de um while é na realidade uma condição que verifica se o while deve ainda ser executado. Enquanto o resultado da condição seja true, o bloco é executado; caso o resultado da condição seja false, o while não é mais executado. O mesmo programa do exemplo anterior poderia ser escrito usando um while:

i = 0
while i < 5
  i = i.succ
  puts "Repetição de número #{i} usando 'loop'."
end

O exemplo com while é mais conciso do que o exemplo usando loop, pois no while não foi preciso utilizar um if que testa a quantidade de vezes o laço foi executado; esse teste é feito na primeira chamada do while. Como não precisamos do if, também não precisamos do break, pois o while não será mais executado quando o resultado da expressão i < 5 for false.

Além de ser mais conciso, o while também é muito utilizado quando queremos que nosso programa rode indefinidamente. Vamos voltar ao nosso exemplo do cálculo de imposto do capítulo sobre variáveis. No exemplo daquele capítulo, nós calculávamos o imposto de somente um produto. Poderíamos agora avançar nesse exemplo, fazendo o cálculo para mais de um produto. Como a princípio não sabemos quantos produtos devemos calcular o imposto, usamos um while true, que vai repetir o procedimento de calculo indefinidamente, até o usuário nos avisar que não precisa mais calcular o imposto.

icms = 0.18
ipi = 0.07

while true
  puts "Digite o valor do produto: "

  produto = gets.to_i

  produto_com_imposto = produto + (produto * icms) + (produto * ipi)

  puts "O valor do produto com imposto é: #{produto_com_imposto}"

  puts "Digite 'S' se você gostaria de calcular outro produto? "

  continua = gets.chomp

  if continua.upcase != 'S'
    break
  end
end

Nesse exemplo, nós começamos pedindo para o usuário nos informar o valor do produto. Fazemos o cálculo do imposto e imprimimos o resultado na tela. Em seguida, perguntamos ao usuário se ele gostaria de calcular o imposto de outro produto. Caso a resposta seja 'S', o laço itera novamente. Como vimos mais a cima, é possível compor condicionais em uma única linha. Podemos tirar vantagem desse recurso e tornar o trecho que encerra a execução do programa mais conciso. Algo como:

icms = 0.18
ipi = 0.07

while true
  puts "Digite o valor do produto: "

  produto = gets.to_i

  produto_com_imposto = produto + (produto * icms) + (produto * ipi)

  puts "O valor do produto com imposto é: #{produto_com_imposto}"

  puts "Digite 'S' se você gostaria de calcular outro produto? "

  continua = gets.chomp
  break if continua.upcase != 'S'
end

Por fim, como estamos testando uma negação ao fim do programa, poderíamos trocar o if por um unless, a alterando a instrução para: break unless continua.upcase == 'S'. Assim o nosso código fica mais legível (quase que escrito em Inglês).

Curiosidade

Como em Ruby existe sempre mais de uma forma pra fazer a mesma coisa, existe também a estrutura de repetição until. O until se assemelha a um while, exceto pelo fato de que o until é executado enquanto a condição for false.

for loop

Diferente dos mecanismos de iteração que vimos até o momento neste capítulo, o laço for itera sobre um conjunto de elementos. Outra diferença com relação ao do/while e o while é que no for nós temos menos preocupação em cair em um loop infinito, uma vez que vamos estrar trabalhando com conjuntos finitos. Algo como:

for i in 5 do
  puts "Iterando meu primeiro laço com 'for' #{i} vezes"
end

Esse laço pode ser lido da seguinte forma: a instrução 1..5 cria um objeto do tipo Enumerator com a representação dos elementos de 1 até 5. O for irá percorrer cada um desses elementos. Para cada iteração, o valor do elemento será armazenado na variável i. Após a atribuição da variável i, o bloco é executado.

Mas como poderíamos fazer o mesmo exemplo anterior usando um for? Teríamos que mudar um pouco o nosso algoritmo, uma vez que precisamos saber exatamente quantos produtos vamos calcular o imposto. Por exemplo:

icms = 0.18
ipi = 0.07

puts "Quantos produtos você deseja calular o imposto?"
produtos_para_calcular = gets.to_i

for i in 1..produtos_para_calcular do
  puts "Digite o valor do produto #{i}: "

  produto = gets.to_i

  produto_com_imposto = produto + (produto * icms) + (produto * ipi)

  puts "O valor do produto com imposto é: #{produto_com_imposto}"
end

O for pode ser utilizado com um array no lugar de um range. Por exemplo, se e o usuário fornecesse os produtos antecipadamente (em vez de um por um), poderíamos fazer o cálculo dos produtos da seguinte forma:

icms = 0.18
ipi = 0.07

produtos = [10, 20, 40, 35, 70]

for produto in produtos do
  produto_com_imposto = produto + (produto * icms) + (produto * ipi)

  puts "O valor do produto #{produto} com imposto é: #{produto_com_imposto}"
end

Perceba que nesse exemplo, não foi mais necessário pedir informações para o usuário ao longo da execução do programa, pois nosso array de produtos já estava preenchido desde o começo. Perceba também que mudamos o nome da variável i para produtos. Poderíamos deixar i como estava nos exemplos anteriores, no entanto, alterar o nome para produto torna a variável mais inteligível (ou seja, basta olhar pra saber do que se trata).

Vamos encerrar o nosso exemplo de cálculo de imposto fazendo uma última modificação no algoritmo. Nosso novo requisito pede que não calculemos o imposto caso o valor do produto seja menor do que R$ 15. Como poderíamos fazer para evitar o cálculo de um único produto? Se usarmos o break, todo o nosso laço será interrompido. Para casos como esse, podemos usar a instrução next que pula para a próxima iteração do laço. O novo requisito poderia ser implementado da seguinte forma:

icms = 0.18
ipi = 0.07

produtos = [10, 20, 40, 35, 70]

for produto in produtos do
  if produto < 15
    next
  end

  produto_com_imposto = produto + (produto * icms) + (produto * ipi)

  puts "O valor do produto #{produto} com imposto é: #{produto_com_imposto}"
end

Iterators

Como vimos no capítulo sobre tipos de dados, os tipos numéricos implementam o método times, que repete um bloco n vezes. Chamamos métodos com comportamento de repetição de iterators.

Mais pragmaticamente, a expressão 5.times chama o método times do objeto 5 da classe Integer. Apenas executar a instrução 5.times não retorna nada interessante – um estranho #<Enumerator: 5:times>, que nada mais é do que a instância de outro tipo de dado, chamado Enumerator; Enumerator é a implementação em Ruby de um iterator. Precisamos passar um bloco para o método executar. Um exemplo simples de bloco seria uma instrução delimitada por chaves {}, algo como: 5.times {|i| puts "Eu sei iterar até #{i}"}. Mesmo para aqueles que já estudaram uma linguagem de programação, esse trecho de código pode parecer confuso. Vamos então olhar o passo a passo dessa instrução no microscópio:

  • Nós criamos um objeto inteiro de valor 5.
  • Nós chamamos o método times que existe dentro da classe Integer.
  • Nós passamos as instruções dentro do bloco {} como parêmetro para o método times.
  • Agora o método times chama o bloco que passamos por parâmetro.
  • Na primeira chamada ao bloco, é passado o valor 0 para a variável i que foi definida localmente, dentro do bloco (representado por |i|).
  • Dentro do bloco, o comando puts é executado e usa o valor da variável i. Como essa é a única instrução dentro do nosso bloco, após a execução o bloco retorna com o valor 0 de volta para o método times.
  • O método times chama novamente o bloco, agora passando o valor 1 para a variável i dentro do bloco.
  • O passos se repetem até que seja passado o último valor para o bloco.
  • Por fim, o método times retorna o inteiro inicialmente fornecido.

O método times não é o único método que fornece a implementação de um iterator, pelo contrário. Outros tipos básicos da linguagem como Range e Arrays contam, dentre vários métodos, com o método map. O método map executa uma instrução em um bloco para cada objeto enumerável. Por exemplo, poderíamos converter um array de inteiros para sua representação binária usando o código a seguir: [8, 6, 7, 10, 4].map {|i| i.to_s(2)}. Nesse exemplo, chamamos o método to_s(2) para cada elemento do array. O retorno desse método é então armazenado em um novo array.

No entanto, métodos como o times e o map tem várias limitações, pois estes recem como entrada um determinado tipo de dado (por exemplo, o times recebe o inteiro 5 como entrada enquanto que o map recebe o array [8, 6, 7, 10, 4] como entrada).

Exercícios de fixação

  • Escreva um programa que receba um ano e calcule se ele é bissexto ou não.
  • Escreva um convertor de moeadas que funcione para Real, Dolar e Euro. O usuário deve fornecer o valor a ser convertido, a moeda origem e a moeda destino. O programa deve retornar o valor convertido na moeda escolhida.
  • Faça um programa que calcule o conceito de um aluno da UFPA. O programa deve receber quatro números de entrada (entre 0 e 10), tirar uma média desses números, e retornar apenas o conceito. Lembrando que:
    • 9–10 -> Excelente;
    • 7–8,9 -> Bom;
    • 5–6,9 -> Regular;
    • Menor que 5 -> Insuficiente.
  • Faça um programa para determinar se um número é divisível por 3 ou por 5, mas não simultaneamente divisível pelos dois.
  • Faça um programa que leia a data de nascimento de uma pessoa no formato DD-MMM-AAAA. Verifique se cada parte da data informada é válida (por ex, o dia 33 não é válido, assim como o dia 30 não é válido em fevereiro, bem como o mês zero não é válido, etc.). Ao final das verificações, imprima se a data é válida ou inválida.
  • Faça um programa que converta um array de inteiros para um outro array em que cada elemento está representado como binário.
  • Faça um programa que converta um número inteiro para sua forma reversa. Por exemplo, se o número 12345 for informado, retorne o número 54321.
  • Jogo do chute: faça um programa que receba entradas de usuário que tentam acertar o número secreto que o computador está guardando. Deixe o número secreto em uma variável fixa no código. Guarde o número de tentativas do usuário. O usuário começa com zero pontos. A cada tentativa errada, o usuário perde 10 pontos. Caso acerte, o usuário recebe 50 pontos. Caso acerte, avise “Você acertou! Seu total de pontos é #{pontos}.”; Caso erre por menos, avise “Você chutou mais baixo! Seu total de pontos até agora é #{pontos}”; Caso erre por mais, avise: “Você chutou mais baixo! Seu total de pontos até agora é #{pontos}”. O programa encerra quando o usuário acertar o chute, ou quando ele desejar sair.
  • Avance o exercício do jogo do chute usando a função rand para escolha do número secreto.
  • Avance o exercício do jogo do chute limitando para cinco chutes.