Roteiro. Introdução a Arquivos. Streams Serialização Arquivos de Acesso Randômico Exercícios. Armazenamento. Dados em vetores, listas e variáveis

Transcrição

1 Arquivos e Porto Alegre, novembro de 2006 Adaptado das aulas dos Profs: Isabel Manssour, Luciana Nedel, Bernardo Copstein e Júlio Machado Roteiro Serialização Arquivos de Acesso Randômico Exercícios Armazenamento Dados em vetores, listas e variáveis Perdidos quando acaba a execução do programa Arquivos Armazenamento permanente de dados Dados persistentes Dispositivos de armazenamento secundários Armazenam arquivos Discos magnéticos, discos ópticos, fitas magnéticas

2 Hierarquia de dados Campo (Field) Conjunto de caracteres com o mesmo significado Exemplo: nome Registro (Record) Conjunto de campos relacionados Exemplo: nome, endereço, idade, telefone de uma pessoa Representado por uma instância de uma classe Hierarquia de dados Arquivo (File) Conjunto de registros relacionados Exemplo: informações sobre um grupo de pessoas Base de dados (Database) Conjunto de arquivos relacionados Exemplo: folha de pagamento, controle de estoque, controle de contas Ficha Nome: Endereço: Telefone: CIC: RG: Registro Campos Campo Registro Nome Endereço Telefone CIC RG Ana Silva Andradas / João Neto Siqueira / Maria Santos Ipiranga / : : : : : Arquivo

3 Chave primária Apresenta um valor diferente para cada registro do arquivo A partir de uma chave primária identifica-se um único registro no arquivo Chave de acesso Facilita a recuperação de registros Usada para identificar o registro desejado em uma operação de acesso a um arquivo Um campo é escolhido como chave de acesso Identifica um registro (entidade única dentre todos os outros registros) Exemplo: número do CPF Chave de ordenação É a chave primária usada para estabelecer a seqüência na qual devem ser dispostos os registros de um arquivo Chave secundária Difere de uma chave primária pela possibilidade de ter valores iguais para as chaves

4 Arquivo seqüencial Todos os registros estão organizados na forma de uma lista, um depois do outro Os registros podem estar dispostos ordenadamente, obedecendo a seqüência determinada pela chave primária É possível incluir, excluir, alterar e consultar os registros Arquivo seqüencial Exemplo: Nome: João Nome: Maria Nome: José Nome: Ana Nome: Paulo E O F Todos os registros possuem o mesmo tamanho e são armazenados seqüencialmente na memória Arquivo seqüencial Inclusão no final Nome: João Nome: Maria Nome: José Nome: Ana Nome: Paulo Nome: Rita E O F

5 Arquivo seqüencial Nome: João Exclusão lógica: Maria Nome: Maria Válido: F Nome: José Nome: Ana Nome: Paulo Nome: Rita E O F Exclusão física Nome: João Nome: Maria Nome: José Nome: Ana Nome: Paulo Nome: Rita E O F Duplica os registros Nome: João Nome: José Nome: Ana Nome: Paulo Nome: Rita E O F Arquivo seqüencial Nome: João Pesquisa seqüencial Nome: Maria Nome: José Nome: Ana Nome: Paulo Nome: Rita E O F Acesso direto Contar os bytes... Arquivo de índice Nome: João Consiste em um arquivo que guarda o campo chave e a posição do registro no disco Exemplo: E100 E101 E102 E103 E104 E105 Nome: Maria Válido: F Nome: José Nome: Ana Arquivo de Dados Nome: Paulo Nome: Rita E Chave: Ana Chave: João Chave: José Chave: Maria Chave: Paulo Chave: Rita O Posição: E103 Posição: E100 Posição: E102 Posição: E101 Posição: E104 Posição: E105 F Arquivo de Índice E O F

6 Arquivos de índice Permitem o acesso rápido às dados Vários podem ser criados Índice por nome Índice por idade Índice por telefone... Arquivo binário Os dados são armazenados em disco utilizando o mesmo formato binário de armazenamento em memória Arquivo texto Os dados são armazenados em disco em registros de um único byte (um caractere ASCII) Programas que trabalham com arquivos devem permitir Incluir, excluir, consultar e alterar registros Incluir novos campos nos registros Excluir campos dos registros Todas estas tarefas exigem muita programação

7 Portanto, para facilitar este gerenciamento foi criado o SGBD - Sistema Gerenciador de Banco de Dados Ferramenta cujo objetivo principal é gerenciar o acesso e a correta manutenção dos dados armazenados no banco de dados Exemplos: Oracle, Access, Sybase, etc. Roteiro Serialização Arquivos de Acesso Randômico Exercícios Criar um bom sistema de E/S é uma das tarefas mais delicadas na programação Existem diversas abordagens diferentes Deve-se tratar várias origens e destinos para os dados (console, disco, impressora, conexão de rede,...). Existem vários modos de acesso (seqüencial, randômico, com ou sem buffer, por linhas, por palavras, binário ou caractere,...)

8 Java provê uma biblioteca com muitas classes, cada uma com um propósito diferente Pacote java.io.* Stream (fluxo) de E/S Gera o caminho por meio do qual os programas podem enviar uma seqüência de bytes de uma fonte até um destino Programa escreve i n f o r m a ç ã o Destino um stream Fonte i n f o r m a ç ã o um stream Normalmente associados a arquivos Programa Teclado, mouse, memória, vídeo ou impressora também podem ser uma fonte ou destino lê Impressora (fluxo de bytes) Teclado Aplicação Java Monitor HD Mouse

9 Java Cada arquivo é um fluxo seqüencial de bytes A caba com um m arcador de fim do arquivo (endof-file), ou Acaba em um número específico de bytes (registrado em uma estrutura de dados mantida pelo sistema) Programa que processa fluxo de bytes recebe uma indicação quando alcança o final do fluxo Abertura de um arquivo em Java Cria um objeto e associa um fluxo de bytes a este objeto Objetos stream automaticamente criados quando um programa java é executado: System.in - standard input (inserção de bytes via teclado) System.out - standard output (saída de dados na tela) System.err - standard error (saída a mensagens de erro na tela) Podem ser redirecionados para disco, por exemplo Fornecem canais de comunicação Permite a comunicação de programas Java com o meio externo (além da console e dos componentes para interfaces gráficas) Lidam apenas com entrada ou saída de bytes Fluxos de byte: tratam entrada ou saída de 8 bits Classes InputStream, OutputStream Fluxos de caractere: tratam entrada ou saída de 16 bits Classes Reader, Writer

10 Fluxos de byte Fluxos de bytes: São subclasses de InputStream e OutputStream Classes abstratas Definem métodos para entrada e saída Estas classes, bem como as várias classes para trabalhar com arquivos, estão no pacote java.io Arquivos são abertos criando-se objetos das classes FileInputStream (para leitura) e FileOutputStream (para escrita) Exemplo: FileInputStream a = new FileInputStream ("arq.dat"); FileOutputStream b = new FileOutputStream("c:/java/arq.dat"); Ao criar o arquivo, um stream é associado ao objeto Estas classes possuem apenas os métodos read/write para ler e gravar bytes de arquivos de entrada/saída (arquivos binários)

11 Leitura de dados diretamente como bytes Rápido mas complicado Usualmente lê-se dados como agregados de bytes que formam um int, um double, etc. Para ler/gravar tipos de dados mais elaborados é necessário associar filtros aos Java oferece diversas classes filtro para serem conectadas no stream básico Classes filtro para realizar E/S de tipos de dados primitivos DataInputStream e DataOutputStream Usados junto com as classes de fluxo de arquivo Arquivo Apenas métodos read/write para ler e gravar bytes FileInputStream FileOutputStream DataInputStream Memória DataOutputStream Permitem ler/gravar tipos de dados mais elaborados, pois possuem métodos para E/S de inteiros, reais etc. Aplicação Java (int, float,...) (fluxo de bytes) HD (arquivo) Aplicação Java (int, float,...) (fluxo de bytes) HD (arquivo)

12 As classes DataInputStream/DataOutputStream possuem métodos para E/S de tipos de dados primitivos, tais como inteiros e reais E/S de dados binários DataInputStream Lê bytes de InputStream Métodos read, readbyte, readchar, readdouble, readunsignedshort... DataOutputStream Escreve bytes em OutputStream Métodos write, writechar, writechars, writeboolean, writeint... Exemplo: import java.io.*; class StreamTest{ public void gravadados( ){ try{ FileOutputStream fos=new FileOutputStream("dados.dat"); DataOutputStream dos = new DataOutputStream(fos); dos.writeint(10); dos.writeint(20); dos.writedouble(3.14); dos.writelong( ); dos.close(); catch(ioexception e){ System.out.println("File error: "+e.getmessage()); (continua...) (...continua) public void ledados(){ try{ FileInputStream fis = new FileInputStream("dados.dat"); DataInputStream dis = new DataInputStream(fis); System.out.println("Dados: " +dis.readint()+":"+dis.readint()+":" +dis.readdouble()+":" +dis.readlong()); dis.close(); catch(ioexception e){ System.out.println("File error: "+e.getmessage()); (continua...)

13 (...continua) public static void main(string args[]){ StreamTest st = new StreamTest(); st.gravadados(); st.ledados(); Roteiro Serialização Arquivos de Acesso Randômico Exercícios Serialização Podemos armazenar os dados em arquivos ou em bancos de dados Esse tipo de procedimento não apresenta problemas quando os dados a serem gravados são tipos primitivos, mas os problemas começam quando se tenta armazenar referências para objetos

14 Serialização Normalmente, para armazenar uma estrutura de memória que se utilize de referências (como por exemplo, estruturas encadeadas) é preciso armazenar todos os tipos de dados primitivos isoladam ente juntam ente com algum tipo de chave de acesso. Não é possível armazenar diretamente referências porque as mesmas são baseadas em endereços de memória e a própria ordem em que se carrega os objetos pode implicar em que eles sejam alocados em posições de memória diferentes daquelas que ocupavam quando foram gravados. Serialização Pior, os objetos podem ser gravados por um programa e lidos por outro. Neste caso certamente os endereços de memória serão diferentes. A solução é serializar os objetos, ou seja, gravá-los de maneira que na hora de restaurá-los seja possível recriar as instâncias e reconectá-las da maneira correta. Serialização A maneira de fazer isso é implementar a interface Serializable Esta interface não tem métodos Serve apenas para indicar que os atributos deste objeto podem ser serializados e deserializados A leitura/gravação de objetos serializáveis é feita através das classes ObjectInputStream e ObjectOutputStream.

15 Serialização Passo 1: declarar o objeto como serializável: import java.io.serializable; class Dados implements Serializable{ private int dado; public Dados(int n){ dado = n; public void imp(){ System.out.println("Dado = "+dado); Serialização Passo 2: gravar o objeto usando ObjectOutputStream: Dados dado = new Dado(20); try{ FileOutputStream os = new FileOutputStream( teste"); ObjectOutputStream oarq = new ObjectOutputStream(os); oarq.writeobject(dado); oarq.close(); catch(ioexception e){ System.out.println(e.getMessage()); e.printstacktrace(); Serialização Passo 3: carregar o objeto usando ObjectInputStream: Dados dadol; try{ FileInputStream is = new FileInputStream( teste"); ObjectInputStream iarq = new ObjectInputStream(is); dadol = (Dados) iarq.readobject(); iarq.close(); catch(ioexception e){ System.out.println(e.getMessage()); e.printstacktrace(); dadol.imp();

16 Roteiro Serialização Arquivos de Acesso Randômico Exercícios Arquivos de Acesso Randômico Arquivos de acesso randômico (ou aleatório) podem ser criados com auxílio da classe RandomAccessFile Arquivo de acesso randômico Permite ler a partir de qualquer posição no arquivo Acesso rápido Arquivos de Acesso Randômico A classe RandomAccessFile permite não apenas acesso direto a posições específicas do arquivo (em bytes), como também permite que se trabalhe nos m odos leitura (r), gravação (w ) ou leitura e gravação (rw ) A classe RandomAccessFile possui métodos semelhantes a DataInputStream e DataOutputStream Podem ser inseridos novos dados sem destruir os dados previamente gravados

17 Implementados usando registros de tamanho fixo Como um trem com vários vagões Alguns cheios e outros vazios Facilita o cálculo da localização exata de qualquer registro em relação ao início do arquivo bytes Arquivos de Acesso Randômico 100 bytes 100 bytes 100 bytes 100 bytes byte offsets 100 bytes Aqui,os registros possuem 100 bytes cada (um não irá jamais sobrescrever o outro). Arquivos de Acesso Randômico Classe RandomAccessFile Faz o mesmo que DataInputStream e DataOutputStream Pode ler/escrever dados binários Ao associar RandomAccessFile a um arquivo Dados são lidos/escritos na localização do arquivo especificada pelo ponteiro de posição no arquivo (ou file pointer) Todos os dados são tratados como tipos primitivos Tem tamanho fixo (double é 8 bytes, int é 4, etc.) Arquivos de Acesso Randômico Para posicionar o ponteiro de posição sobre um ponto específico do arquivo utilize o método seek. Exemplo: Método que lê diretamente um double armazenado após 2 int.

18 Arquivos de Acesso Randômico public void ledoubleapos2ints(){ try{ RandomAccessFile rf = new RandomAccessFile("dados.dat","r"); rf.seek(4*2); System.out.println("Valor do Double: "+rf.readdouble()); rf.close(); catch(ioexception e){ System.out.println(e.getMessage()); Arquivos de Acesso Randômico Para acrescentar dados em um arquivo basta abri-lo para leitura e gravação e posicionar o ponteiro de posição no fim do arquivo. Exemplo: Arquivos de Acesso Randômico public void acrescentaint(int i){ try{ RandomAccessFile rf = new RandomAccessFile("dados.dat","rw"); rf.seek(rf.length()); rf.writeint(i); rf.close(); catch(ioexception e){ System.out.println(e.getMessage());

19 Arquivos de Acesso Randômico Para ler dados de um arquivo de tamanho desconhecido, trate EOFException. Exemplo: public void learq(){ FileInputStream is = null; DataInputStream dis = null; int aux; ledados(); (continua...) Arquivos de Acesso Randômico try{ is = new FileInputStream("dados.dat"); dis = new DataInputStream(is); while(true){ aux = dis.readint(); System.out.println(aux); catch (EOFException e){ catch (IOException e){ System.out.println(e.getMessage()); try {dis.close(); catch (IOException e){ System.out.println(e.getMessage()); Roteiro Serialização Arquivos de Acesso Randômico Exercícios

20 Exercícios 1) Implemente um método em JAVA que recebe um ArrayList do tipo Ponto como parâmetro e armazena os pontos em um arquivo chamado pontos.dat. Em primeiro lugar deve ser armazenada a quantidade de pontos e, na seqüência, a lista de pontos (primeiro todas as ordenadas, depois todas as abscissas). 2) Implemente um método em JAVA que seja capaz de ler um arquivo criado pelo método do exercício 2. O método deve devolver um ArrayList do tipo Ponto com os pontos lidos. Exercícios 3) Faça um método JAVA que recebe uma string com o nome de um arquivo e uma lista encadeada por parâmetro. Este método deverá gravar a lista em um arquivo binário. 4) Faça um método JAVA que recebe uma string com o nome de um arquivo e uma lista encadeada por parâmetro. Este método deverá ler a lista do arquivo cujo nome é passado por parâmetro.