I file. Record logici e record fisici

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1 I file La struttura dati per memorizzare e organizzare i dati in memoria di massa è il FILE. Esso consiste in una sequenza di elementi il cui numero cresce indefinitamente in base alle esigenze. Tra i vari tipi di file implementabili da programma risulta particolarmente interessante per i nostri scopi il file di testo e il file di record Il file di testo contiene elementi elementari come char, int, float ecc. Il file di record può essere pensato come un vettore di record residente su disco, di cui non è necessario definire a priori la dimensione. Infatti anche il file è una struttura lineare composta di record tutti fra loro omogenei, individuabili tramite un puntatore di lettura/ scrittura (indice posizionale) che parte convenzionalmente dalla posizione O (se un file è composto da 15 record, questi ultimi sono numerati da O a 14). Inoltre, poiché la dimensione non viene definita a priori, il sistema pone, dopo l'ultimo record un segnalatore di fine file (end of file EOF), che segnala il raggiungimento della fine della struttura registrata. Record logici e record fisici Fino a questo momento abbiamo visto il record come un insieme di informazioni relative a un'entità logica. Tale insieme viene definito tenendo conto delle esigenze dell applicazione. La definizione che abbiamo dato coincide con quella di record logico, ossia con la descrizione di come il programmatore vorrà suddividere il gruppo di informazioni che caratterizzano l'oggetto osservato. Il record logico ha una lunghezza in byte pari alla somma della dimensione dei campi che costituiscono il record stesso. Sulla memoria di massa dove risiede il file, invece, i record logici sono raggruppati in blocchi o record fisici (di lunghezza prefissata), che costituiscono l'unità di trattamento fisico. In altri termini: il record fisico rappresenta l'insieme dei caratteri che possono essere letti o scritti in memoria di massa con una singola operazione di lettura o scrittura. Supponiamo di avere un record col seguente tracciato: Persona = RECORD Nome: Stringa[10] Classe: Stringa[2] FINERECORD Record fisico Il numero di record logici presenti in un unico blocco fisico prende il nome di fattore di bloccaggio o fattore di blocco. Tale numero può essere maggiore, minore o uguale a l. In particolare: - se è maggiore di l, ossia se ogni record fisico contiene più record logici, i record si dicono bloccati; - se è uguale a l, i record si dicono sbloccati; - se è minore di l, ossia se sono necessari più record fisici per memorizzare un record logico, si parla di multiblocco. Il tempo di accesso alla memoria di massa è notevolmente superiore a quello relativo alla memoria centrale. Per questa ragione, nei vari sistemi i record fisici hanno una capienza sufficiente a garantire un minor numero di accessi alla memoria secondaria. La memoria di massa, infatti, ha il compito principale di conservare permanentemente dati e programmi. Inoltre, supporta una parte dell'elaborazione. Per elaborare dei dati è quindi necessario un loro trasferimento in memoria centrale, poiché, come sappiamo, la CPU è in grado di operare solo su questa memoria. Quando la CPU, eseguendo un programma, incontra un'operazione di lettura/scrittura di un record, non preleva dalla memoria di massa il record logico interessato, bensì l'intero record fisico che contiene il record logico in questione. Per poter essere elaborato, il record fisico viene posto in un'area della RAM chiamata buffer, adibita dal sistema proprio a questo scopo.

2 Organizzazione degli archivi Per organizzazione o implementazione di un archivio si intende sia il modo in cui l'archivio è rappresentato sul supporto fisico di memoria, sia l'insieme di operazioni consentite per la sua elaborazione. L'organizzazione, pertanto, si distingue in: - fisica (relativa al supporto); - logica (relativa alla modalità di gestione). L'aspetto fisico dell'organizzazione riguarda la macchina, mentre l'aspetto logico :!guarda il lavoro del programmatore e la fruizione successiva da parte dell'utente. L organizzazione fisica I supporti fisici per la memorizzazione dei file sono stati già trattati nel primo volume, parlando dell'architettura dei computer. Ricordiamo che i supporti fisici si classificano in: - supporti ad accesso sequenziale, come i nastri, nei quali, per accedere a un particolare record, è necessario scorrere tutto il file, record per record. La registrazione e il reperimento di un record, quindi, possono avvenire solo in modo consecutivo al record precedentemente registrato o esaminato. In tal caso organizzazione fisica e organizzazione logica coincidono; - supporti ad accesso diretto, come i dischi, nei quali è possibile accedere al record sia sequenzialmente, sia in modo diretto. In tali tipi di supporto, quindi, si può reperire l'informazione anche in modo diverso rispetto alla loro organizzazione fisica. Pertanto, la dipendenza tra organizzazione fisica e organizzazione logica diviene meno rilevante. Nel corso di questa e della successiva unità vedremo come questi supporti influenzano notevolmente il trattamento degli archivi. Un problema da risolvere, infatti, è proprio quello di adattare in modo soddisfacente la struttura logica degli archivi alla struttura fisica dei supporti di memorizzazione. L'organizzazione logica L'organizzazione logica fa riferimento alla gestione dell'archivio, ossia fissa il modo in cui i record sono disposti all'interno dell'archivio e, quindi, il modo in cui possono essere reperiti. L'organizzazione logica può essere: - sequenziale, quando per ogni record ne esiste uno precedente e uno successivo, a eccezione del primo e dell'ultimo. In tale tipo di organizzazione, quindi, i record sono memorizzati uno di seguito all'altro; - non sequenziale, se la sequenza non esiste, ossia se i record sono memorizzati in maniera sparsa all'interno dello spazio a disposizione. Su uno stesso supporto fisico è possibile implementare un archivio utilizzando diverse organizzazioni logiche. Si pensi, ad esempio, a un archivio a organizzazione sequenziale che debba contenere i dati relativi a un gruppo di studenti, con il campo Nome che funge da chiave per la ricerca. Con tale tipo di organizzazione logica è semplice manipolare i dati di uno studente: è sufficiente digitarne il nominativo per poter accedere al suo record. Nel caso in cui l'utilizzo del campo Nome non riesca a identificare univocamente uno studente o le prestazioni non vengano ritenute soddisfacenti, si procederà a organizzare l'archivio in qualche altro modo. Al concetto di organizzazione logica è quindi legato quello di metodo di accesso ai record. Parlando dell'organizzazione fisica abbiamo già introdotto il termine accesso e lo abbiamo utilizzato per caratterizzare la struttura fisica dei supporti di memorizzazione. Con metodo di accesso, invece, intendiamo quanto segue: il metodo di accesso è la particolare operazione per mezzo della quale è

3 possibile reperire i record memorizzati nell'archivio. Il metodo di accesso sequenziale consente di accedere a un record solo dopo aver fatto accesso a tutti i record che lo precedono. In questo caso, il tempo di accesso al record è in funzione della posizione del record, ossia varia in base al numero di record che devono essere esaminati prima di accedere al record che si vuole trovare. È l'accesso tipico per i file memorizzati su supporti sequenziali come i nastri magnetici. Ciò significa che un archivio implementato su nastro potrà essere trattato solo nello stesso modo in cui è stato realizzato: i dati potranno essere consultati nello stesso ordine con cui sono stati inseriti. È in questo caso evidente la coincidenza tra organizzazione logica e organizzazione fisica. Il metodo di accesso diretto o casuale consente di posizionarsi direttamente sul record interessato in un tempo che non dipende dalla posizione che esso occupa nell archivio. Operazioni sui file Sui file possono essere eseguite le seguenti operazioni fondamentali: l'apertura di un archivio stabilisce un collegamento tra la memoria centrale e il file registrato sulla memoria di massa, riservando in memoria centrale una zona (buffer) per le operazioni di I/O e individuando nella tabella dei descrittori di file le informazioni necessarie per accedere ai blocchi fisici del file. Il comando di apertura deve essere eseguito prima di iniziare qualsiasi operazione di lettura o scrittura. l'operazione di lettura copia in memoria centrale dalla memoria di massa i dati registrati nei blocchi fisici del file; l'operazione di scrittura trasferisce sulla memoria di massa i dati composti in memoria centrale; l'operazione di riscrittura aggiorna nel file su memoria di massa i dati modificati durante l'elaborazione; la consultazione o interrogazione consente il reperimento all'interno dell'archivio delle informazioni necessarie per l'elaborazione desiderata. Il risultato dell'interrogazione può essere rappresentato mediante una visualizzazione sul monitor del computer oppure con una stampa su carta. Gli output su stampante vengono correntemente indicati con il termine report. la chiusura del file interrompe il collegamento tra memoria centrale e file, liberando la memoria riservata per le operazioni di I/O e aggiornando le informazioni sul file nella tabella dei descrittori. Perciò è opportuno chiudere un archivio quando non sono previste ulteriori operazioni di lettura e scrittura. Un programma in linguaggio C++, che deve utilizzare i dati contenuti in un file, contiene le seguenti fasi di lavoro: 1) definizione di una variabile di tipo fstream, ifstream, ofstream da associare al file 2) apertura del file specificandone il nome e il tipo di accesso 3) operazioni di manipolazione o di interrogazioni sul file 4) chiusura del file. Lettura e scrittura di un file sequenziale Un file sequenziale può essere utilizzato per scrivere nuove registrazioni, per leggere dati o per aggiungere dati in coda a quelli già registrati. La scrittura a partire dall'inizio, eseguita su un file già esistente, provoca la cancellazione di eventuali dati presenti nell'archivio. Nei programmi di lettura in un archivio sequenziale, occorre introdurre un opportuno. controllo per segnalare il raggiungimento della fine del file. Un file sequenziale può essere aperto per le seguenti operazioni: scrivere caratteri in un file (Output) leggere caratteri da un file (Input) aggiungere caratteri in un file in coda a quelli già esistenti (Append). Facciamo un esempio

4 Creare un archivio con i nomi dei nostri amici. Il creazione archivio ofstream fout("amici.dat"); Il apre il file in scrittura cout cc "inserisci un nome (^Z per terminare)\n"; while (cin >> nome) fout << nome << endl; I I scrive sul file All'inizio del programma viene definito un oggetto fout della classe ofstream, associato al nome fisico del file, amjci.dat, cioè al nome con cui il file è registrato su disco. La lettera iniziale della classe (lettera 'o') indica che fout è un oggetto di output. Il costruttore contiene l'apertura implicita del file: vedremo in seguito gli esempi con l'apertura esplicita, tramite il metodo open(). La scrittura sul file viene eseguita con l'operatore < < applicato all'oggetto fout. Al termine del programma il file viene chiuso con il metodo close(). Si noti l'inclusione del file di header fstream.h per consentire al programma di utilizzare le classi di I/O. Per controllare il contenuto di un file sequenziale si può utilizzare un programma di lettura. Poiché nell'accesso sequenziale i dati registrati vengono letti dal file uno di seguito all'altro, a partire dall'inizio, nello stesso ordine con il quale erano stati scritti, occorre inserire all'interno del programma di lettura un controllo sul raggiungimento della fine del file. TESTO DEL PROBLEMA Visualizzare il contenuto dell archivio Amici.dat precedentemente creato Il lettura archivio ifstream fin("amici.dat"); Il apre il file in lettura while (fin >> nome) Il legge dal file cout << nome << endl; All'inizio del programma viene definito un oggetto fin della classe ifstream, associato a: nome fisico del file, amici.dat.. La lettera iniziale della classe (lettera 'i') indica che fin; è un oggetto di input. La lettura sul file viene eseguita con l'operatore > > applicato all'oggetto fin. Si noti l'inclusione del file di header fstream.h per consentire al programma di utilizzare le classi di I/O. Si possono aggiungere altri dati ad un archivio creato in precedenza specificando la modalità append nell'apertura del file. Per esempio, se si vogliono aggiungere altri nomi di amici all'archivio, si può usare un programma del tutto simile

5 a quello usato per l'inserimento dei nomi. La variazione riguarda solo l'aggiunta della costante ios::app nella dichiarazione del file. per specificare la modalità di apertura in appendo La costante appartiene all'insieme delle costanti enumerative per l'apertura del file: esse sono definite nella classe ios, contenuta nel file di header iostream.h. Le altre costanti, presentate in seguito, sono ios::in, per la modalità di lettura, e ios::out, per la modalità di scrittura. Il aggiunta dei nomi all archivio ofstream fout("amici.dat", ios::app); Il apre il file in scrittura cout << "inserisci un nome (^Z per terminare)\n"; while (cin >> nome) fout << nome << endl; I I scrive sul file Di seguito viene presentata un'ulteriore versione del programma di lettura sequenziale del file, che utilizza la funzione eof() per il controllo di fine file, nonché il controllo della corretta apertura del file. Il lettura archivio #include <iostream. h> ifstream fin("amici.dat"); Il apre il file in lettura if (!fin) cout «"Errore nell'apertura del file" «endl; exit (l) ; fin >> nome; while (!fin.eof()) cout << nome <<endl; fin >> nome; // legge dal file fin.close(); Di seguito vengono riproposti gli algoritmi di lettura e scrittura usando il metodo OPEN() //creazione archivio ofstream fout; I I dichiara stream fout.open("amici.dat"); Il connette stream all'archivio if (! fout) cout << "Errore nell'apertura del file"<< endl; exit (1) ; cout << "inserisci un nome (^Z per terminare)\n";

6 while (cin >> nome) fout << nome << endl; Il scrive sul file // lettura archivio ifstream fin; // dichiara stream fin.open("amici.dat"); // apre il file in lettura if (!fin) cout << "Errore nell'apertura del file"<< endl; exit (1) ; while (fin >> nome) cout << nome << endl; fin.close() ; // aggiunta nomi nel archivio ofstream fout; // legge dal file // chiude il file I I dichiara stream fout.open("amici.dat", ios::app); // connette stream all'archivio if (! fout) cout << "Errore nell'apertura del file"<< endl; exit (1) ; cout << "inserisci un nome (^Z per terminare)\n"; while (cin >> nome) fout << nome << endl; // scrive sul file Finora abbiamo utilizzato come struttura dati da memorizzare nel file una stringa allo stesso modo si possono memorizzare dati strutture con le stesse funzioni o metodi. Un po diversa è la gestione del file di testo puro dove la variabile da leggere è il carattere, ma logicamente è identico. Riportiamo di seguito un programma che tratta questo tipo di problema. #include <cstdlib> #include <iostream> #include <fstream> #include <string> using namespace std; int crea(); int leggi(); int appendi(); int main(int argc, char *argv[]) int risp; cout<< "devi creare o aggiornare?"<<endl<<"1 per creare 2 per aggiungere in coda"; cin>>risp; if (risp==1) crea(); leggi(); else appendi(); leggi(); system("pause"); return EXIT_SUCCESS;

7 int crea() char ch; ofstream fout("prova.dat"); if (!fout) cout<<"errore nell'apertura del file"<<endl; return 1; cout<<"inserire il testo while(cin.get(ch)) fout<<ch; return 0; ^Z per terminare "<<endl; int leggi() char ch; int l=0; ifstream fin("prova.dat"); if (!fin) cout<<"errore nell'apertura del file"<<endl; return 1; cout<<"ecco l'elenco dei dati "<< endl; while (!fin.eof()) fin.get(ch); cout<<ch; if (ch==10) l++; fin.close(); cout<<" vi sono "<<l-1<<" righe"<<endl; return 0; int appendi() char ch; ofstream fout("prova.dat",ios::app); if (!fout) cout<<"errore nell'apertura del file"<<endl; return 1; while(cin.get(ch)) fout<<ch; return 0;