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Módulo 3: Estruturas de Controle de Fluxo

Bem-vindo ao Módulo 3 do curso "Programação em Arduino: Conceitos Fundamentais sem Hardware". Neste módulo, você irá explorar as estruturas de controle de fluxo na linguagem de programação Arduino (C/C++). Estas estruturas são essenciais para criar programas que possam tomar decisões e executar tarefas repetitivas de forma eficiente.

Objetivos do Módulo

  • Compreender as estruturas de controle de fluxo: condicionais (if, else, switch-case) e loops (for, while, do-while).
  • Aplicar condicionais para tomar decisões baseadas em condições lógicas.
  • Utilizar loops para executar tarefas repetitivas.
  • Entender a diferença entre diferentes tipos de loops e quando utilizá-los.
  • Resolver exercícios práticos para consolidar o conhecimento sobre estruturas de controle de fluxo.

1. Introdução às Estruturas de Controle de Fluxo

As estruturas de controle de fluxo permitem que o programa desvie seu caminho de execução com base em condições ou repita certas partes do código várias vezes. Elas são fundamentais para criar programas dinâmicos e eficientes.

1.1 Por que Usar Estruturas de Controle de Fluxo?

Sem estruturas de controle de fluxo, os programas seriam lineares e incapazes de responder a diferentes situações ou de realizar tarefas repetitivas de forma eficiente. Elas permitem:

  • Tomada de Decisão: Executar diferentes blocos de código com base em condições.
  • Repetição: Executar blocos de código múltiplas vezes sem duplicação.
  • Organização: Melhorar a legibilidade e manutenção do código.

2. Condicionais: if, else e switch-case

2.1 Estrutura if e else

A estrutura if é usada para executar um bloco de código se uma condição específica for verdadeira. A estrutura else pode ser usada para executar um bloco de código alternativo se a condição for falsa.

Sintaxe do if:

if (condição) {
    // Código a ser executado se a condição for verdadeira
}

Sintaxe do if-else:

if (condição) {
    // Código a ser executado se a condição for verdadeira
} else {
    // Código a ser executado se a condição for falsa
}

Exemplo Prático:

int idade = 20;

void setup() {
  Serial.begin(9600);

  if (idade >= 18) {
    Serial.println("Você é maior de idade.");
  } else {
    Serial.println("Você é menor de idade.");
  }
}

void loop() {
  // Não há código no loop
}

Explicação:

  • Se a variável idade for maior ou igual a 18, o Monitor Serial exibirá "Você é maior de idade.".
  • Caso contrário, exibirá "Você é menor de idade.".

2.2 Estrutura switch-case

A estrutura switch-case é uma forma mais organizada de lidar com múltiplas condições baseadas no valor de uma única variável.

Sintaxe do switch-case:

switch (expressão) {
    case valor1:
        // Código a ser executado se expressão == valor1
        break;
    case valor2:
        // Código a ser executado se expressão == valor2
        break;
    ...
    default:
        // Código a ser executado se expressão não corresponder a nenhum caso
}

Exemplo Prático:

char opcao = 'B';

void setup() {
  Serial.begin(9600);

  switch (opcao) {
    case 'A':
      Serial.println("Opção A selecionada.");
      break;
    case 'B':
      Serial.println("Opção B selecionada.");
      break;
    case 'C':
      Serial.println("Opção C selecionada.");
      break;
    default:
      Serial.println("Opção inválida.");
  }
}

void loop() {
  // Não há código no loop
}

Explicação:

  • O programa verifica o valor da variável opcao.
  • Se opcao for 'A', 'B' ou 'C', imprime a mensagem correspondente.
  • Se não corresponder a nenhum dos casos, executa o bloco default.

2.3 Exemplos de Uso

Exemplo 1: Verificar Nota

int nota = 85;

void setup() {
  Serial.begin(9600);

  if (nota >= 90) {
    Serial.println("A");
  } else if (nota >= 80) {
    Serial.println("B");
  } else if (nota >= 70) {
    Serial.println("C");
  } else if (nota >= 60) {
    Serial.println("D");
  } else {
    Serial.println("F");
  }
}

void loop() {
  // Não há código no loop
}

Explicação:

  • Dependendo do valor da variável nota, uma letra correspondente à faixa de nota é exibida.

Exemplo 2: Seleção de Dia da Semana

int dia = 3;

void setup() {
  Serial.begin(9600);

  switch (dia) {
    case 1:
      Serial.println("Domingo");
      break;
    case 2:
      Serial.println("Segunda-feira");
      break;
    case 3:
      Serial.println("Terça-feira");
      break;
    case 4:
      Serial.println("Quarta-feira");
      break;
    case 5:
      Serial.println("Quinta-feira");
      break;
    case 6:
      Serial.println("Sexta-feira");
      break;
    case 7:
      Serial.println("Sábado");
      break;
    default:
      Serial.println("Dia inválido");
  }
}

void loop() {
  // Não há código no loop
}

Explicação:

  • O programa imprime o nome do dia da semana com base no valor da variável dia.

3. Laços de Repetição: for, while e do-while

3.1 Estrutura for

O laço for é usado quando o número de iterações é conhecido previamente. Ele consiste em três partes: inicialização, condição e incremento/decremento.

Sintaxe do for:

for (inicialização; condição; incremento) {
    // Código a ser repetido
}

Exemplo Prático:

void setup() {
  Serial.begin(9600);

  for (int i = 1; i <= 5; i++) {
    Serial.print("Contagem: ");
    Serial.println(i);
  }
}

void loop() {
  // Não há código no loop
}

Explicação:

  • O laço inicia com i = 1.
  • Enquanto i <= 5, executa o bloco de código.
  • Após cada iteração, incrementa i em 1.

3.2 Estrutura while

O laço while é usado quando o número de iterações não é conhecido e depende de uma condição ser verdadeira.

Sintaxe do while:

while (condição) {
    // Código a ser repetido
}

Exemplo Prático:

int contador = 1;

void setup() {
  Serial.begin(9600);

  while (contador <= 5) {
    Serial.print("Contagem: ");
    Serial.println(contador);
    contador++;
  }
}

void loop() {
  // Não há código no loop
}

Explicação:

  • Enquanto contador <= 5, o bloco de código é executado.
  • Incrementa contador em cada iteração para evitar um loop infinito.

3.3 Estrutura do-while

O laço do-while é similar ao while, mas garante que o bloco de código seja executado pelo menos uma vez antes de verificar a condição.

Sintaxe do do-while:

do {
    // Código a ser repetido
} while (condição);

Exemplo Prático:

int contador = 1;

void setup() {
  Serial.begin(9600);

  do {
    Serial.print("Contagem: ");
    Serial.println(contador);
    contador++;
  } while (contador <= 5);
}

void loop() {
  // Não há código no loop
}

Explicação:

  • O bloco de código dentro do do é executado primeiro.
  • Depois, a condição é verificada para determinar se o laço deve continuar.

3.4 Comparação entre for, while e do-while

  • for: Ideal quando o número de iterações é conhecido.
  • while: Útil quando o número de iterações depende de uma condição que pode mudar dinamicamente.
  • do-while: Garante que o bloco de código seja executado pelo menos uma vez.

3.5 Exemplos de Uso

Exemplo 1: Sequência de Fibonacci com for

int n = 10;

void setup() {
  Serial.begin(9600);

  int a = 0, b = 1, c;
  Serial.println("Sequência de Fibonacci:");

  for (int i = 0; i < n; i++) {
    Serial.println(a);
    c = a + b;
    a = b;
    b = c;
  }
}

void loop() {
  // Não há código no loop
}

Explicação:

  • Imprime os primeiros n números da sequência de Fibonacci usando um laço for.

Exemplo 2: Verificar se um Número é Primo com while

int numero = 29;
bool isPrimo = true;
int i = 2;

void setup() {
  Serial.begin(9600);

  if (numero <= 1) {
    isPrimo = false;
  }

  while (i <= numero / 2) {
    if (numero % i == 0) {
      isPrimo = false;
      break;
    }
    i++;
  }

  if (isPrimo) {
    Serial.println(numero);
    Serial.println(" é um número primo.");
  } else {
    Serial.println(numero);
    Serial.println(" não é um número primo.");
  }
}

void loop() {
  // Não há código no loop
}

Explicação:

  • Verifica se numero é primo utilizando um laço while.
  • Se encontrar um divisor, define isPrimo como false e sai do laço.

Exemplo 3: Solicitar Entradas do Usuário com do-while

int numero;

void setup() {
  Serial.begin(9600);

  do {
    Serial.println("Digite um número positivo:");
    while (Serial.available() == 0) {
      // Aguarda a entrada do usuário
    }
    numero = Serial.parseInt();
  } while (numero <= 0);

  Serial.print("Você digitou: ");
  Serial.println(numero);
}

void loop() {
  // Não há código no loop
}

Explicação:

  • Solicita ao usuário que digite um número positivo.
  • Repete a solicitação até que o usuário insira um número maior que 0.

4. Exemplos Práticos

4.1 Sequência de Fibonacci

Vamos criar um programa que imprime a sequência de Fibonacci até o N-ésimo termo.

int n = 10;

void setup() {
  Serial.begin(9600);

  int a = 0, b = 1, c;
  Serial.println("Sequência de Fibonacci:");

  for (int i = 0; i < n; i++) {
    Serial.println(a);
    c = a + b;
    a = b;
    b = c;
  }
}

void loop() {
  // Não há código no loop
}

4.2 Verificar Número Primo

Crie um programa que verifica se um número fornecido pelo usuário é primo.

int numero = 29;
bool isPrimo = true;
int i = 2;

void setup() {
  Serial.begin(9600);

  if (numero <= 1) {
    isPrimo = false;
  }

  while (i <= numero / 2) {
    if (numero % i == 0) {
      isPrimo = false;
      break;
    }
    i++;
  }

  if (isPrimo) {
    Serial.println(numero);
    Serial.println(" é um número primo.");
  } else {
    Serial.println(numero);
    Serial.println(" não é um número primo.");
  }
}

void loop() {
  // Não há código no loop
}

4.3 Calculadora de Números Positivos

Escreva um programa que solicita ao usuário que digite números positivos até que um número negativo seja inserido.

int numero;

void setup() {
  Serial.begin(9600);

  do {
    Serial.println("Digite um número positivo:");
    while (Serial.available() == 0) {
      // Aguarda a entrada do usuário
    }
    numero = Serial.parseInt();
    if (numero > 0) {
      Serial.print("Você digitou: ");
      Serial.println(numero);
    }
  } while (numero >= 0);

  Serial.println("Número negativo detectado. Programa encerrado.");
}

void loop() {
  // Não há código no loop
}

5. Exercícios Práticos

Exercício 1: Sequência de Fatorial

  • Tarefa: Crie um programa que imprime o fatorial de um número fornecido pelo usuário.

  • Dicas:

  • Utilize um laço for para calcular o fatorial.

long fatorial = 1;
int numero = 5;

for (int i = 1; i <= numero; i++) {
  fatorial *= i;
}

Serial.print("Fatorial de ");
Serial.print(numero);
Serial.print(" é ");
Serial.println(fatorial);

Exercício 2: Contagem Regressiva

  • Tarefa: Escreva um programa que realiza uma contagem regressiva de 10 até 0 utilizando um laço while.

  • Exemplo de Código:

int contador = 10;

void setup() {
  Serial.begin(9600);

  while (contador >= 0) {
    Serial.println(contador);
    contador--;
    delay(1000); // Aguarda 1 segundo
  }

  Serial.println("Contagem finalizada!");
}

void loop() {
  // Não há código no loop
}

Exercício 3: Verificação de Paridade

  • Tarefa: Desenvolva um programa que solicita ao usuário um número e verifica se ele é par ou ímpar usando uma estrutura if-else.

  • Exemplo de Código:

int numero;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Digite um número:");
}

void loop() {
  if (Serial.available() > 0) {
    numero = Serial.parseInt();

    if (numero % 2 == 0) {
      Serial.print(numero);
      Serial.println(" é um número par.");
    } else {
      Serial.print(numero);
      Serial.println(" é um número ímpar.");
    }

    Serial.println("Digite outro número:");
  }
}

6. Conceitos Importantes

6.1 Controle de Fluxo

Controlar o fluxo de execução do programa é essencial para criar programas que respondem a diferentes condições e realizam tarefas de forma eficiente.

6.2 Evitar Loops Infinitos

Certifique-se de que os loops (for, while, do-while) tenham condições que eventualmente se tornarão falsas, evitando que o programa fique travado em um loop infinito.

Exemplo de Loop Infinito:

while (true) {
    // Código que nunca termina
}

6.3 Uso Adequado de break e continue

  • break: Sai imediatamente do loop ou da estrutura switch-case.
  • continue: Pula para a próxima iteração do loop, ignorando o restante do código no bloco atual.

Exemplo de Uso de break:

for (int i = 0; i < 10; i++) {
    if (i == 5) {
        break; // Sai do loop quando i é 5
    }
    Serial.println(i);
}

Exemplo de Uso de continue:

for (int i = 0; i < 10; i++) {
    if (i % 2 == 0) {
        continue; // Pula os números pares
    }
    Serial.println(i); // Imprime apenas os números ímpares
}

6.4 Melhores Práticas

  • Nomeação de Variáveis: Use nomes significativos que reflitam o propósito da variável.
int contador; // Melhor que 'c' ou 'x'
  • Indentação Consistente: Ajuda a manter o código legível e organizado.
if (condicao) {
      // Código
} else {
      // Outro código
}
  • Evitar Repetição de Código: Utilize funções para reutilizar blocos de código que se repetem