Hack ‘n’ Cast v0.4 - Introdução à Programação

E no episódio deste mês do Hack ‘n’ Cast abordamos o assunto de introdução à programação. O quê? Você não programa? Mas até o Schwarzenegger programa! E mais, em sua língua nativa? Não acredita? Quem afirma é o Davi Sanches (nosso convidado de hoje) e também o nosso especialista, pois ele acompanhou de perto a criação da La pascaline e deu seu pitaco na Máquina Diferencial de Babbage. Sim, temos conosco hoje um herói, saído da sessão da tarde e diretamente das Highlands, o nosso Guerreiro Imortal: Ricardo Medeiros! Ou seria ele o Rei de Vida Eterna?

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Lembrando que neste episódio temos o resultado do sorteio dos dois livros da Novatec:

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Introdução

Os computadores são mais antigos do que imaginamos, eles sempre nos ajudaram a calcular, contar, acompanhar a mudança do tempo e das estações. Por boa parte do tempo foram usados para executar automaticamente tarefas que nos entediavam ou consumiam tempo. Entretanto, em um certo ponto da história, eles passaram a realizar tarefas que não somos capazes de executar, como quebra de criptografias, cálculos instantâneos de balística, previsões estocásticas e diversas outras. Entretanto, todo esse poder computacional seria desperdiçado se não fosse por um componente fundamental: Sua Programação.

Mas antes de falarmos de programação precisamos entender o que é um computador!

O que é um computador

Atualmente um compputador é um dispositivo eletrônico composto basicamente por:

Sistemas de Entrada e Saída: Dispositivos como monitor, impressoras, teclado, mouse e etc.
CPU (Central Processing Unit): Podemos dizer que é o "cérebro" do computador, é aqui que todo processamento ocorre.
Memória: A memória é uma método de armazenamento transiente (não persistente) de rápido acesso.
Sistema de armazenamento: Qualquer tipo de armazenamento (discos, hard drives, disquetes, fitas magnéticas, pen drives e etc) persistente.

Todos os elementos acima compõem a parte físcia do computador (hardware) e o programa (objetivo deste episódio) é a parte lógica (software). É esta parte lógica (o programa) que diferencia-o de uma calculadora, pois um computador tem a capacidade de carregar e executar instruções sem auxílio humano, enquanto uma calculadora (comum) precisa que nós (humanos) "operemos" seu programa.

Um programa é basicamente uma coleção de instruções (um passo-a-passo) que descrevem para o computador uma tarefa a ser realizada/executada. Sem esse programa o computador é um amontoado de ferro e silício, pois eles dão toda a inteligência ao computador.

História

Tecnicamente podemos dizer que os primeiros "computadores" foram as primeiras calculadoras entretanto toda a "programação" desses computadores era responsabilidade de seu "operador". A forma mais antiga de caulcular que temos notícia é o ábaco, que provavelmente teve origem na china há mais de 5.500 anos.

Em seguida tivemos várias "calculadores" automatizadas:

O Relógio Calculador (Wilhel Schickard): Era operado através de manivelas, somava e subtraía números de até 6 dígitos e quando o valor extrapolava 6 dígitos ele tocava uma sineta;
La Pascaline (Blaise Pascal): Uma máquina que somava números e era inferior ao "relógio calculador", entretanto este se tornou mais popular devido ao prestígio de Blaise Pascal;
Aprimoramento da Le Pascaline (Gottfried Wilhelm Von Leibnitz): Sua máquina podia realizar as quatro operações básicas e realizar cálculos de raiz quadradas;

Em seguida tivemos a primeira aplicação prática de um computador rudimentar, a "Máquinas de Tear Automatizado" criado pelo mecânico francês Joseph Marie Jacquard. Esta máquina computava, com base em cartões perfurados, a posição dos fios na hora de tear e, consequentemente, controlava os padrões produzidos no tecido.

A ideia do primeiro "computador programável" foi criado por Charles Babbage, uma matemático nascido em Londres em 26 de Dezembro de 1791 (considerado o pai da computação). A "organização computacional" criada por Babbage ainda pode ser vista nos computadores atuais, como:

Dados e memória de um programa;
Instruções;
Controle de fluxo;
Dispositivos de Entrada/Saída.

Babbage construiu duas máquinas, a máquina diferencial e a máquina analítica.

Máquina diferencial

A máquina diferencial seria capaz de calcular e imprimir valores de funções polinomiais, ela utilizava um método chamado "diferenças finitas", daí o nome da máquina. Esta já era capaz de receber dados, processá-los e exibir os resultados.

Apesar de extremamente bem planejada, o projeto nunca foi concluído por dificuldades de produção e custeio (por parte do governo). Posteriormente, em 1991, foi construído uma versão da máquina seguindo as especificações de Babbage, a quela funcionou perfeitamente e com precisão. Outro motivo para o fim do projeto da máquina diferencial era o interesse de Babbage pelo seu novo projeto, a máquina analítica.

Máquina Analítica

Esta máquina marcou a transição de mecanismos aritméticos para computação de propósitos genéricos, e sua grande "inovação" era a capacidade de ser programada usando cartões perfurados e de utilizar em seu calculo o resultado do calculo anterior. Em teoria esta máquina seria a primeira a atingir o status de "Turing Complete". Como saída a máquina teria uma impressora, um plotador de curva e uma sineta.

Ada Lovelace (Ada Byron)

Foi a primeira programadora (e a primeira a escrever um algoritmo) da história, ela influenciou muito os trabalhos de Babbage durante suas trocas de cartas. É a ela que atribuímos a criação de conceitos importantes como if-eles, loops, goto, funções, variáveis e etc.

Linguagens

É um procedimento para escrever instruções para um computador, usando regras para a construção de um programa. O computador é burro e não sabe o que fazer, com isso as linguagens são uma forma de expressar o que ele precisa fazer para solucionar o seu problema.

Características consideradas importantes em uma linguagem:

Função ou objetivo;
Abstração;
Expressividade;

Sintaxe & Semântica

Sintaxe é a linguagem com todos os seus verbos, substantivos e adjetivos, ela define a combinação destes "objetos" com o objetivo de formar uma estrutura concisas. Já a semântica diz se um texto sintaticamente correto possui um significado lógico e correto. Um código pode estar sintaticamente correto mas semanticamente errado.

Tipos de linguagens

As linguagens geralmente são classificadas também com base no seu tipo de compilação e comunicação com o sistema operacional. Existem basicamente dois grupos, as linguagens compiladas e as linguagens interpretadas:

Compilada: Gera um código binário voltado para uma arquitetura. Este tipo é extremamente atrelado ao processador e seus binários não são portáveis, pois incorre em compatibilidades de arquitetura como notação numérica (littleendian ou bigendian) e o tamanho de seus tipos. Muitas pessoas incorrem no erro de dizer que um nem mesmo códigos da uma linguagem compilada é portável, mas tomados os devidos cuidados e utilizando os padrões corretos, um código de uma linguagem compilada pode ser facilmente portado.
Interpretada: Gera um código (bytecode) para um máquina virtual, e esta máquina é responsável por interpretar e executar o código compilado para Bytecode. Essa máquina virutal é reescrita para várias arquiteturas, tornando assim o compilado portável.

As linguagens também pode ser divididas com base na sua abstração:

Baixo nível ou linguagem de máquina (Assembly ou Binário);
Médio nível (C, Fortran, BASIC e etc);
Alto nível (Java);
Altíssimo Nível (Python, Ruby, Lua e etc);

Entretanto as classificações de médio e altíssimo nível são pouco aceitas no meio acadêmico.

As linguagens também são agrupadas com base no seu paradigma suportado. Um paradigma dita como você pode ou deve estruturar seu código e a forma como seu programa será processado, interpretado ou compilado:

Procedural ou Imperativa: Recebeu esse nome por ser construída ao redor de procedimentos (procedures), ou funções. Simplesmente executa uma série de instruções sequencialmente.
Funcional: Tem como base o cálculo de lambdas. Trata a computação como uma série de funções matemáticas. Uma f(x) sempre retornará um mesmo valor se x sempre possuir o mesmo valor.
Orientado a Objetos: Tudo é estruturado sob o conceito de classes, objetos, atributos, métodos e trocas de mensagens;
Modular:: Separa os programas em partes modulares Onde cara modulo executa bem apenas uma tarefa. Tem como foco a separação de responsabilidades e apresenta uma melhora a manutenabilidade.

Por último temos as linguagens exotéricas que falam por si só:

Whitespace;
Brainfuck;
ArnoldC;
LOLCODE.

Saiba Mais

Code.org: Organização sem fins lucrativos dedicada à crescente educação de ciência da computação. Tem a visão de que todos podem aprender programação.
Codecademy: Aprender sozinho ou em grupo é uma possibilidade na Code Academy, onde os cursos são gratuitos. A plataforma conta com versão em português, mas apenas nas páginas iniciais.
Try Ruby: Menos popular entre os iniciantes e com menos espaço no mercado, a linguagem de programação Ruby tem espaços divertidos para os dispostos a explorá-la. A home do Try Ruby é quase um afago ao usuário, com os seus desenhos delicados e indicações de "como fazer" que quase conduzem o aprendiz pela mão.
Code School: Apoiada pela IBM e também desenvolvida para oferecer uma experiência semelhante a de um game. O lema por lá é "Aprenda Fazendo". Tutoriais estão presentes, mas exercícios e recompensas etapa a etapa são o forte da proposta.