CS50-MCZ

Caesar

Para este problema, você implementará um programa que criptografa mensagens usando a cifra de César, conforme abaixo.

$ ./caesar 13
plaintext:  HELLO
ciphertext: URYYB
      

Problema a Resolver

Em um arquivo chamado caesar.c em uma pasta chamada caesar, escreva um programa que permite criptografar mensagens usando a cifra de César. No momento em que o usuário executa o programa, ele deve decidir, fornecendo um argumento de linha de comando, qual deve ser a chave na mensagem secreta que fornecerá em tempo de execução. Não devemos necessariamente presumir que a chave do usuário será um número; embora você possa assumir que, se for um número, será um número inteiro positivo.

Começando

Passo a Passo

Eis aqui um passo a passo para a resolução do problema.

Contexto

Supostamente, César (sim, o próprio) costumava "criptografar" (ou seja, ocultar de forma reversível) mensagens confidenciais, deslocando cada letra nelas por um certo número de lugares. Por exemplo, ele poderia escrever A como B, B como C, C como D, ..., e, envolvendo alfabeticamente, Z como A. E assim, para dizer HELLO a alguém, César poderia escrever IFMMP em seu lugar. Ao receber tais mensagens de César, os destinatários teriam que "descriptografá-las" deslocando as letras na direção oposta pelo mesmo número de lugares.

A segurança desse "criptossistema" dependia apenas de César e dos destinatários saberem um segredo, o número de lugares pelos quais César havia deslocado suas letras (por exemplo, 1). Não é particularmente seguro pelos padrões modernos, mas, ei, se você talvez seja o primeiro do mundo a fazer isso, é bastante seguro!

O texto não criptografado é geralmente chamado de texto simples. O texto criptografado é geralmente chamado de texto cifrado. E o segredo usado é chamado de chave.

Para ser claro, aqui está como criptografar HELLO com uma chave de 1 produz IFMMP:

Mais formalmente, o algoritmo de Cifra de César cifra mensagens "rotacionando" cada letra por k posições. Mais precisamente, se p é algum texto simples (ou seja, uma mensagem não criptografada), p_i é o i^th caractere em p, e k é uma chave secreta (ou seja, um número inteiro não negativo), então cada letra, c_i, no texto cifrado, c, é calculado como:

onde % 26 aqui significa "resto da divisão por 26". Esta fórmula talvez faça a cifra parecer mais complicada do que realmente é, mas na verdade é apenas uma forma concisa de expressar o algoritmo com precisão. De fato, para fins de discussão, pense em A (ou a) como 0, B (ou b) como 1, ..., H (ou h) como 7, I (ou i) como 8, ..., e Z (ou z) como 25. Suponha que César queira dizer confidencialmente "Hi" para alguém usando, desta vez, uma chave k de 3. E então seu texto simples, p, é Hi, caso em que o primeiro caractere do seu texto simples, p₀, é H (também conhecido como 7), e o segundo caractere do seu texto simples, p₁, é i (também conhecido como 8). O primeiro caractere do seu texto cifrado, c₀, é assim K, e o segundo caractere do seu texto cifrado, c₁, é assim L. Faz sentido?

Vamos escrever um programa chamado caesar que permite cifrar mensagens usando a cifra de César. No momento em que o usuário executa o programa, eles devem decidir, fornecendo um argumento de linha de comando, qual será a chave na mensagem secreta que eles fornecerão em tempo de execução. Não devemos necessariamente assumir que a chave do usuário será um número; embora possamos assumir que, se for um número, será um inteiro positivo.

Aqui estão alguns exemplos de como o programa pode funcionar. Por exemplo, se o usuário inserir uma chave de 1 e um texto simples de HELLO:

$ ./caesar 1
plaintext:  HELLO
ciphertext: IFMMP  

Aqui está como o programa poderia funcionar se o usuário fornecer uma chave de 13 e um texto simples de hello, world:

$ ./caesar 13
plaintext:  hello, world
ciphertext: uryyb, jbeyq    

Observe que nem a vírgula nem o espaço foram "deslocados" pela cifra. Apenas os caracteres alfabéticos são rotacionados!

E que tal mais um exemplo? Aqui está como o programa poderia funcionar se o usuário fornecer uma chave de 13 novamente, com um texto simples mais complexo:

$ ./caesar 13
plaintext:  be sure to drink your Ovaltine
ciphertext: or fher gb qevax lbhe Binygvar  

Observe que o caso da mensagem original foi preservado. As letras minúsculas permanecem minúsculas e as letras maiúsculas permanecem maiúsculas.

E o que acontece se o usuário não cooperar, fornecendo um argumento de linha de comando que não é um número? O programa deve lembrar o usuário de como usar o programa:

$ ./caesar HELLO
Usage: ./caesar key  

Ou se o usuário não fornecer nenhum argumento de linha de comando? O programa deve lembrar o usuário como usar o programa:

$ ./caesar
Usage: ./caesar key  

Ou se o usuário realmente, realmente não coopera, fornecendo mais de um argumento de linha de comando? O programa deve lembrar o usuário de como usar o programa:

$ ./caesar 1 2 3
Usage: ./caesar key  

Especificação

Projete e implemente um programa, caesar, que criptografa mensagens usando a cifra de César.

• Implemente seu programa em um arquivo chamado caesar.c em um diretório chamado caesar.
• Seu programa deve aceitar um único argumento de linha de comando, um número inteiro não negativo. Vamos chamá-lo de k para fins de discussão.
• Se o seu programa for executado sem nenhum argumento de linha de comando ou com mais de um argumento de linha de comando, o programa deve imprimir uma mensagem de erro de sua escolha (com printf) e retornar de main um valor de 1 (que geralmente significa um erro) imediatamente.
• Se qualquer um dos caracteres do argumento de linha de comando não for um dígito decimal, seu programa deve imprimir a mensagem Usage: ./caesar key e retornar de main um valor de 1.
• Não assuma que k será menor ou igual a 26. Seu programa deve funcionar para todos os valores integrais não negativos de k menores que 2³¹ - 26. Em outras palavras, você não precisa se preocupar se seu programa eventualmente quebrar se o usuário escolher um valor para k que seja muito grande ou quase grande demais para caber em um int. (Lembre-se de que um int pode transbordar.) Mas, mesmo que k seja maior que 26, os caracteres alfabéticos na entrada do seu programa devem permanecer caracteres alfabéticos na saída do seu programa. Por exemplo, se k for 27, A não deve se tornar \ mesmo que \ esteja a 27 posições de A em ASCII, conforme asciitable.com; A deve se tornar B, já que B está a 27 posições de A, desde que você volte de Z para A.
• Seu programa deve exibir plaintext: (com dois espaços, mas sem uma nova linha) e, em seguida, solicitar ao usuário uma string de texto simples (usando get_string).
• Seu programa deve exibir ciphertext: (com um espaço, mas sem uma nova linha), seguido do texto simples correspondente cifrado, com cada caractere alfabético no texto simples "rotacionado" por k posições; caracteres não alfabéticos devem ser exibidos inalterados.
• Seu programa deve preservar a caixa das letras: letras maiúsculas, embora rotacionadas, devem permanecer como letras maiúsculas; letras minúsculas, embora rotacionadas, devem permanecer como letras minúsculas.
• Após a saída do texto cifrado, você deve imprimir uma nova linha. Seu programa deve então sair retornando 0 da função main.

Aconselhamento

Como começar? Vamos abordar este problema passo a passo.

Pseudocódigo

Primeiro, tente escrever uma função main em caesar.c que implemente o programa usando apenas pseudocódigo, mesmo que ainda não saiba como escrevê-lo em código real.

int main(void)
{
    // Make sure program was run with just one command-line argument

    // Make sure every character in argv[1] is a digit

    // Convert argv[1] from a `string` to an `int`

    // Prompt user for plaintext

    // For each character in the plaintext:

        // Rotate the character if it's a letter
}    

Contando argumentos da linha de comando

Independentemente do pseudocódigo, vamos primeiro escrever apenas o código C que verifica se o programa foi executado com um único argumento da linha de comando antes de adicionar funcionalidades adicionais.

Especificamente, modifique a função main em caesar.c de tal forma que, se o usuário não fornecer nenhum argumento da linha de comando, ou dois ou mais, a função imprime "Usage: ./caesar key\n" e, em seguida, retorna 1, efetivamente encerrando o programa. Se o usuário fornecer exatamente um argumento da linha de comando, o programa não deve imprimir nada e simplesmente retornar 0. O programa deve, portanto, comportar-se conforme abaixo.

$ ./caesar
Usage: ./caesar key  

$ ./caesar 1 2 3
Usage: ./caesar key  

$ ./caesar 1  

Verificando a Chave

Agora que seu programa está (esperamos!) aceitando a entrada conforme prescrito, é hora de mais um passo.

Adicione ao arquivo caesar.c, abaixo do main, uma função chamada, por exemplo, only_digits, que recebe uma string como argumento e retorna true se essa string contiver apenas dígitos, de 0 a 9, caso contrário, retorna false. Certifique-se de adicionar o protótipo da função acima do main também.

Então modifique main de forma que ele chame only_digits em argv[1]. Se essa função retornar false, então main deve imprimir "Usage: ./caesar key\n" e retornar 1. Caso contrário, main deve simplesmente retornar 0. O programa deve, portanto, se comportar conforme abaixo:

$ ./caesar 42

$ ./caesar banana
Usage: ./caesar key

Usando a Chave

Agora modifique a função main de tal forma que ela converta argv[1] para um int. Você pode achar útil a função atoi, declarada em stdlib.h, conforme o manual.cs50.io. E então use get_string para solicitar ao usuário algum texto simples com "plaintext: ".

Em seguida, implemente uma função chamada, por exemplo, rotate, que recebe um char como entrada e também um int, e rotaciona aquele char por tantas posições quanto o número de vezes especificado, caso seja uma letra (ou seja, alfabética), enrolando de Z para A (e de z para a) conforme necessário. Se o char não for uma letra, a função deve retornar o mesmo char inalterado.

Em seguida, modifique a função main de forma que ela imprima "ciphertext: " e, em seguida, percorra cada char do texto simples do usuário, chamando a função rotate em cada caractere e imprimindo o valor de retorno.

Como Testar o Seu Código

Execute o seguinte para avaliar a correção do seu código usando check50. Mas certifique-se de compilar e testar também por conta própria!

check50 cs50/problems/2024/x/caesar

Execute o código abaixo para avaliar o estilo do seu código usando style50.

style50 caesar.c

Como Enviar

No seu terminal, execute abaixo para enviar seu trabalho.

submit50 cs50/problems/2024/x/caesar