Trasformare array paralleli in array di record

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1 Trasformare array paralleli in array di record Un array è una struttura di dati omogenea: gli elementi dell array sono tutti dello stesso tipo (che è il tipo dell array). A volte è necessario gestire informazioni di tipo diverso ma riferite allo stesso concetto. Supponiamo di voler memorizzare delle informazioni riguardanti gli impiegati di una ditta: nome, stipendio, età. Possiamo pensare di costruire tre array distinti, uno per ogni tipo di informazione. char nome[1000][31]; double stipendio[1000]; int eta[1000]; Per avere informazioni nome stipendio eta sull impiegato i-esimo accediamo alla componente i-esima di ciascuno dei tre array. I tre array sono strettamente correlati tra loro: devono avere la stessa lunghezza, un algoritmo che elabora le informazioni su un impiegato deve avere i tre array tra i suoi parametri, se si volesse aggiungere un ulteriore informazione, si dovrebbe tenere presente l organizzazione comune ai tre array (l i-esimo impiegato sta all i-esimo posto). 1

2 Linguaggi come C++ mettono a disposizione la possibilità di considerare l impiegato come un concetto e di considerarlo un unica informazione suddivisa in tre campi. Questo tipo di informazione nei linguaggi di programmazione si chiama record e rappresenta una collezione di elementi di tipo diverso. La parola record (registrazione) è una parola antica dei linguaggi di programmazione, così come la parola file (archivio). Sono parole nate in riferimento alla registrazione di dati su supporti fisici come i nastri magnetici (o i dischi); l archivio che contiene l insieme delle informazioni registrate prendeva il nome di file di dati (par. 10.1). Noi possiamo realizzare un concetto impiegato ed utilizzare una classe, che è un concetto del C++, oppure una struttura, che è un concetto del C; i campi nome, stipendio, eta saranno le informazioni che caratterizzano l impiegato: struct impiegato{ char nome[31]; double stipendio; int eta; }; //fine della struct La struttura impiegato è perciò un unica informazione suddivisa in tre campi: nome stipendio eta char[31] double int I valori che rappresentano le informazioni degli impiegati potranno essere memorizzati in un array. 2

3 Costruiamo un array ditta le cui componenti sono di tipo impiegato: impiegato ditta[100]; In tale modo invece di avere tre array paralleli abbiamo un, detto anche tabella, e per accedere all i-esimo impiegato utilizzeremo la componente i-esima dell array: ditta[i] Il record rappresenta quindi una collezione di elementi (campi) di tipo diverso. Per accedere ai singoli campi dell i-esimo impiegato si scrive il nome della i-esima componente (record), seguito da un punto e dal nome del campo: ditta[i].nome ditta[i].stipendio ditta[i].eta Sintassi. nomerecord.nomecampo I valori del record saranno memorizzati in un file fisico e memorizzati secondo l ordine di lettura: nome, stipendio, età: Gestione dei file N S E N S E N S E 1 impiegato 2 impiegato ultimo impiegato 3

4 Gestione dei file Finora abbiamo visto programmi che utilizzano solo i flussi di ingresso standard e questi flussi erano collegati attraverso la ridirezione ai corrispondenti file fisici. Vogliamo definire nel programma un file di lettura o di scrittura, per poter leggere più di un file e poter gestire file diversi da cin e cout. Il file definito nel programma prende il nome di file formale; ad esso sarà associato un file fisico contenente i valori da acquisire. Gestione dei file I file formali diversi dai file standard devono essere definiti tramite un tipo: si deve dichiarare se il file è in lettura o in scrittura. Per poter accedere ad un file questo deve essere esplicitamente aperto e collegato al file fisico. Quando il file non è più in uso, esso deve essere esplicitamente chiuso. Il nome del file formale è noto a livello di programma, il nome del file fisico è noto al file system (par. 13.7). Gestione dei file #include <fstream.h> int main(){ ifstream dati; //lettura ofstream risultati; //scrittura dati.open("nomefiledat"); risultati.open("nomefileris"); dati>>... ; risultati<<...; dati.close(); risultati.close(); return 0;} Gestione dei file Il file (fisico) per la lettura deve essere costruito (come i file fisici collegati a cin). La fine di un file viene individuata da un funzione booleana di nome eof (end-of-file): la testina di lettura individua la fine del file e la funzione eof restituisce true se il file è finito e restituisce false altrimenti. eof: false eof: true 4

5 Gestione dei file Il file fisico in scrittura, se non esiste viene creato: viene costruito un file fisico con il nome indicato nella stringa ed in maniera sequenziale vengono inseriti i dati corrispondenti alle istruzioni di scrittura. Se il file esiste già, esso viene cancellato e poi costruito nuovamente, vale a dire sovrascritto: la testina di scrittura si riposiziona all inizio del file per inserire i nuovi dati. Gestione dei file È necessario chiudere il file: out.close(); non viene segnalato alcun errore ma può succedere che il programma termini prima che i dati siano stati inseriti e pertanto il contenuto del file rimane incompleto. Se è presente l istruzione close, il file viene chiuso e solo dopo il programma termina; pertanto il file viene chiuso solo se tutti i dati sono stati scritti nel file. Un archivio è un contenitore di informazioni sui cui elementi si vogliono eseguire le seguenti operazioni: ricerca modifica inserimento e cancellazione L informazione può essere individuata da una chiave di accesso (codice). Se la chiave è unica e confrontabile, l archivio prende il nome di Dizionario (TDA). 5

6 Un Dizionario può essere implementato su array o su lista concatenata. Noi vedremo la gestione di un archivio utilizzando direttamente il supporto fisico: il file fisico collegato al file formale (senza utilizzare la struttura di dati). Utilizzeremo quasi sempre archivi ordinati rispetto al campo codice e, a partire da due o più archivi (file), effettueremo al costruzione di un nuovo archivio (o più di uno) contenente le informazioni modificate (par. 10.3). In riferimento all insieme dei codici che individuano le informazioni le operazioni sugli archivi saranno: intersezione unione (insiemistica o no) differenza differenza simmetrica I file saranno ordinati in ordine crescente di codice (< oppure ) e rappresentano la più semplice realizzazione di una base di dati. Tutte le operazioni che eseguiamo su tali file ordinati richiederanno la scansione lineare di uno o più file ed avranno complessità O(n), dove con n si rappresenta la dimensione dei dati contenuti negli archivi. Nel caso generale l informazione sarà un record con almeno due campi: il codice e il dato. Il codice sarà o una stringa o un numero intero. Il dato potrà essere: un record, un array, un, un record di record, Esempio. Consideriamo due archivi contenenti le informazioni sui voti presi da dei candidati che si sono presentati alle elezioni. Il record sarà composto dal nome e dal numero dei voti; ciascuno dei due file rappresenta i candidati presenti in una regione. Alcuni candidati si sono presentati in entrambe le regioni. Possiamo voler ricavare informazioni sull insieme complessivo dei candidati (unione) oppure solo su quelli comuni (intersezione). 6

7 Unione. Vogliamo conoscere il nome e il voto di tutti i candidati; se qualcuno si è presentato da due parti, il numero dei voti sarà dato dalla somma dei voti ottenuti. Intersezione. Vogliamo sapere solo i nomi (e non i voti) di quei candidati che si sono presentati in entrambe le regioni. Dovendo analizzare entrambi gli archivi si pone il problema: quando si deve terminare la scansione dei due file? Analisi. Rappresentiamo l informazione con il seguente record: nome stringa_30 struct candidato{ char nome[31]; int voto; }; voto intero Consideriamo i due archivi rappresentati dei due file formali di nome F1 ed F2 a cui saranno associati rispettivamente i due record rec1 e rec2 di tipo candidato. I due file dovranno essere aperti e letti a partire dalla prima componente. Per individuare la fine del file utilizzeremo la tecnica del codice speciale : invece di considerare end-of-file, utilizzeremo un valore del codice con il significato di ultimo valore. Tale valore di codice sarà scelto in relazione all informazione che esso rappresenta: nome, numero di matricola, numero patente, codice fiscale, Dopo aver acquisito il record con tale valore di codice, la lettura del file verrà interrotta (se tale codice non è il codice dell ultimo record, le informazioni successive non verranno acquisite). Si tratta ora di vedere come collegare i due predicati che gestiscono la lettura dai due file. 7

8 Unione. La struttura iterativa termina quando entrambi i file sono stati letti completamente; pertanto è del tipo: finchè F1 non è finito oppure F2 non è finito Intersezione. La struttura iterativa termina quando uno dei due file è stato letto completamente; pertanto è del tipo: finchè F1 non è finito e F2 non è finito Vediamo ora quali operazioni compiere sui due record. Supponiamo che i codici presenti in ciascuno dei due file siano diversi, vale a dire l ordine è < (minore in senso stretto). Indichiamo con rec1.nome e rec2.nome i due codici dei due record; possiamo avere le seguenti possibilità: rec1.nome <rec2.nome rec1.nome >rec2.nome rec1.nome = rec2.nome L esito del confronto stabilirà, a seconda del problema da risolvere, se utilizzare il record di uno solo o di entrambi i file per costruire quello nuovo: nel caso dell unione si utilizzeranno tutti i valori (tutti e tre i casi: < > =), nel caso dell intersezione solo quelli comuni (solo il caso =). Poiché l ordine dei codici è <, dopo aver utilizzato un valore di record, si passa al valore successivo con una operazione di lettura. Esempio: unione (nomi e voti). aaa 20 aab 25 bbb 30 ccc 35 cdd 40 ddd 50 0 F1 aab 3 abb 20 bbb 5 fff 27 0 F2 aaa 20 aab 28 abb 20 bbb 35 ccc 35 cdd 40 ddd 50 fff 27 0 F3 8

9 Esempio: intersezione (solo i nomi). aaa 20 aab 25 bbb 30 ccc 35 cdd 40 ddd 50 0 F1 aab 3 abb 20 bbb 5 fff 27 0 F2 aab bbb F3 Progetto. Algoritmo unione definire rec1, rec2, rec3 di tipo candidato definire il valore del codice speciale ultimo definire e aprire i file F1, F2, F3 leggere rec1 da F1 leggere rec2 da F2 mentre rec1.nome ultimo o rec2.nome ultimo eseguire se rec1.nome < rec2.nome allora rec3 rec1 leggere rec1 da F1 altrimenti se rec1.nome > rec2.nome allora rec3 rec2 leggere rec2 da F2 altrimenti //caso = rec3.nome rec1.nome rec3.voto rec1.voto + rec2.voto leggere rec1 da F1 leggere rec2 da F2 finese finese scrivere rec3 in F3 finementre chiudere i tre file fine algoritmo 9

10 Progetto. Algoritmo intersezione definire rec1, rec2 di tipo candidato, rec3 stringa definire il valore del codice speciale ultimo definire e aprire i file F1, F2, F3 leggere rec1 da F1 leggere rec2 da F2 mentre rec1.nome ultimo e rec2.nome ultimo eseguire se rec1.nome < rec2.nome allora leggere rec1 da F1 altrimenti se rec1.nome > rec2.nome allora leggere rec2 da F2 altrimenti //caso = rec3.nome rec1.nome leggere rec1 da F1 leggere rec2 da F2 finese finese scrivere rec3 in F3 finementre chiudere i tre file fine algoritmo Per costruire un file che rappresenti la differenza oppure la differenza simmetrica si devono utilizzare le informazioni presenti in uno dei due e non nell altro file. Nel caso della differenza, si deve supporre che i dati siano esatti: il file che rappresenta le informazioni da togliere rappresenta un sottoinsieme dell insieme dei codici. 10

11 Esempio: differenza (nomi). Esempio: differenza simmetrica (nomi). aaa aab bbb ccc cdd ddd aab bbb ddd F2 aaa ccc cdd F3 aaa aab bbb ccc cdd ddd aab abb bbb fff F2 aaa abb ccc cdd ddd fff F1 F1 F3 La strategia consiste nel: individuare il più piccolo dei codici utilizzare oppure no l informazione (unione, intersezione, differenza, ) passare al successivo nel file che contiene il codice più piccolo (se sono uguali si passa al successivo in entrambi) Nel caso di due file si effettua un confronto tra i codici, nel caso di tre o più file si dovrà individuare il valore minimo dei codici considerati (due o più confronti). 11