Arquivos

Arquivos
Estruturas de Dados II – Vanessa Braganholo
Entidades
} 
Aplicações precisam armazenar dados sobre as mais
diversas entidades, que podem ser concretas ou
abstratas
} 
} 
} 
} 
Funcionário de uma empresa (concreto)
Carros de uma locadora de veículos (concreto)
Contas-corrente dos clientes de um banco (abstrato)
Ligações telefônicas dos clientes de uma empresa de telefonia
(abstrato)
Atributos
} 
Cada uma dessas entidades pode ser descrita por um
conjunto de atributos
} 
} 
} 
} 
} 
Funcionário: nome, CPF, data-nascimento, salário
Carro: marca, modelo, ano-fabricação, placa
Conta-Corrente: agência, conta, saldo
Ligações Telefônicas: data, origem, destino, duração
Os atributos também podem ser chamados de campos
Registros
Indivíduos dessas entidades possuem um valor para cada
um desses atributos (chamados de pares atributovalor)
}  Um conjunto de pares atributo-valor que identifica um
indivíduo de uma entidade é chamado de registro
} 
Exemplos de Registros
Funcionário:
<nome, João>, <CPF, 012345678-90>, <data-nascimento,
10/04/1980>, <salário, 3000>
}  Carro
<marca, Honda>, <modelo, Fit>, <ano-fabricação, 2010>,
<placa, XYZ0123>
}  Conta-Corrente
<agencia, 0123>, <conta, 123456>, <saldo, 2000>
}  Ligação Telefônica
<data, 01/07/2010>, <origem, 21-2598-3311>, <destino,
21-2589-3322>, <duração, 10’36”>
} 
Tabela
Uma tabela é um conjunto ordenado de registros. Uma
tabela pode ser armazenada em memória principal ou em
memória secundária (disco)
}  Nesse segundo caso, também costuma ser chamada de
arquivo
} 
Exemplo: Arquivo de Funcionários
Nome CPF Data-­‐Nascimento Salário João 012345678-­‐90 10/04/1980 3000 Maria 234567890-­‐12 25/07/1978 5000 Lúcia 345678901-­‐23 27/04/1981 1500 IMPORTANTE: Todos os registros de uma mesma tabela possuem a
mesma estrutura (mesmo conjunto de atributos/campos)
Problema: encontrar registros
} 
Problema comum de diversas aplicações: encontrar um ou
mais registros em uma tabela
} 
} 
} 
Encontrar o empregado Maria
Encontrar todos os empregados que ganham 3000
Encontrar todos os empregados que nasceram em 27/04/1981
Conceito de Chave
Dados usados para encontrar um registro: chave
}  Chave: subconjunto de atributos que identifica um
determinado registro
} 
Chave Primária e Secundária
} 
Chave primária: subconjunto de atributos que identifica
unicamente um determinado registro Exemplo: CPF do
funcionário ou RG do funcionário
} 
} 
} 
Na hipótese de uma chave primária ser formada por uma
combinação de campos, essa combinação deve ser mínima (não
deve conter campos supérfulos)
Eventualmente, podemos encontrar mais de uma combinação
mínima de campos que forma uma chave primária
Chave secundária: subconjunto de atributos que
identificam um conjunto de registros de uma tabela
Exemplo: Nome do funcionário
Tabelas
} 
Aplicações reais lidam com várias tabelas, cada uma delas
representando uma entidade
} 
Uma aplicação de controle bancário precisaria de
quais tabelas?
Aplicação Bancária
} 
Uma aplicação de controle bancário precisaria de
quais tabelas?
} 
} 
} 
Cliente
Agência
Conta-Corrente
Certa redundância é necessária
Neste caso, é necessário correlacionar os dados, para que
seja possível saber que conta pertence a que agência, e
que conta pertence a que cliente
}  Para isso, é usual repetir algum dado (um código,por
exemplo) no outro arquivo
} 
} 
} 
} 
Cliente: CodCliente, Nome, CPF, Endereço
Agência: CodAgencia, NumeroAgencia, Endereco
Conta-Corrente: CodAgencia, CodCliente, CodConta,
NumeroConta, Saldo
Certa redundância é necessária
Neste caso, é necessário correlacionar os dados, para que
seja possível saber que conta pertence a que agência, e
que conta pertence a que cliente
}  Para isso, é usual repetir algum dado (um código,por
exemplo) no outro arquivo
} 
} 
} 
} 
Cliente: CodCliente, Nome, CPF, Endereço
Agência: CodAgencia, NumeroAgencia, Endereco
Conta-Corrente: CodAgencia, CodCliente, CodConta, Numero
Conta, Saldo
Quais são as chaves primárias e secundárias deste
exemplo?
Aplicação Financeira
} 
Chaves primárias:
} 
} 
} 
} 
Chaves primárias alternativas:
} 
} 
} 
} 
Cliente: CodCliente
Agência: CodAgencia
Conta-Corrente: CodAgencia E CodConta
Cliente: CPF
Agência: NumeroAgencia
Conta-Corrente: NumeroConta
Chaves secundárias:
} 
} 
} 
Cliente: Nome
Agência: Endereço
Conta-Corrente: CodAgencia OU CodCliente OU Saldo
Discussão sobre chaves
} 
Por quê não usar CPF como chave primária de cliente?
Por quê os atributos artificiais (código)?
Exercício
Deseja-se automatizar uma locadora de automóveis. A locadora
possui filiais espalhadas por todo país. Cada filial possui um código
que a identifica, um telefone e um endereço. Cada filial da
locadora sedia um conjunto de veículos que ela aluga. O veículo é
identificado por um número sequencial que o distingue dos
demais veículos da filial. Para o veículo é importante saber a placa,
data de vencimento do seguro, nome do modelo, número de
portas e se possui ar-condicionado ou não. Quando um veículo é
alugado é fechado um contrato de aluguel. Cada contrato possui
um número identificador, uma data de saída do veículo, uma data
de retorno provável, para veículos ainda não retornados, e uma
data de retorno efetivo, para veículos já retornados. O contrato é
feito para um veículo e um cliente. Para os clientes é preciso
armazenar seu nome, CPF, endereço, o telefone, bem como o
número e data de expiração de seu cartão de crédito.
Exercício
} 
Para o cenário das locadoras, identificar:
} 
} 
} 
Entidades
Atributos
Chaves primárias
Discussão
} 
Por que não usar uma única tabela?
Banco de Dados
} 
Esse conjunto de arquivos pode ser considerado um
banco de Dados?
Características de um Sistema de Gerência
de Banco de Dados
} 
} 
} 
} 
Natureza auto-descritiva do sistema de banco de dados:
banco de dados possui um catálogo onde estão descritas as
estruturas e tipos de dados de cada tabela e suas restrições –
ex. quais são as chaves primárias de cada tabela
Isolamento entre os programas e os dados, e a
abstração dos dados: em programação com arquivos a
estrutura dos arquivos é embutida dentro das aplicações. Isso
não acontece quando se usa banco de dados.
Suporte para as múltiplas visões dos dados: usuários
diferentes podem ver porções diferentes dos dados
Compartilhamento de dados e processamento de
transações multi-usuários
Características de um Sistema de Gerência
de Banco de Dados
} 
} 
} 
} 
Natureza auto-descritiva do sistema de banco de dados:
banco de dados possui um catálogo onde estão descritas as
estruturas e tipos de dados de cada tabela e suas restrições –
ex. quais são as chaves primárias de cada tabela
Isolamento entre os programas e os dados, e a
abstração dos dados: em programação com arquivos a
estrutura dos arquivos é embutida dentro das aplicações. Isso
não acontece quando se usa banco de dados.
Suporte para as múltiplas visões dos dados: usuários
diferentes podem ver porções diferentes dos dados
Compartilhamento de dados e processamento de
transações multi-usuários
NÃO É O NOSSO FOCO
NESSA DISCIPLINA!
Níveis de Organização das tabelas/arquivos
Organização Lógica dos dados: é a visão que o usuário
tem dos dados, com base em entidades, seus atributos e
seus relacionamentos
}  Organização Física dos dados: é a maneira pela qual as
informações ficam armazenadas nos dispositivos
periféricos (disco, pen-drive, etc.)
} 
Dependência entre programas e dados
Os programas de computador são mais ou menos
dependentes da organização física dos dados
}  Eles podem ser classificados em quatro categorias
} 
Categoria 1:
Programas Dependentes dos Dados
Programas têm acesso aos dados especificando endereços
absolutos de células de armazenamento
}  Se os dados mudarem de lugar, os programas que os
acessam precisam ser modificados
}  Ocorre nas chamadas de baixo nível dos sistemas
operacionais
}  Exemplo: informação sobre espaço livre em um arquivo
em um sistema operacional pode ser guardada em um
bloco particular do disco
} 
Categoria 2:
Independência Física dos Dados
Programas acessam a memória pelo nome e não por
endereço (memória primária), ou pela posição relativa ao
início do arquivo (memória secundária)
}  O mapeamento (nome → endereço) é feito pelo sistema
operacional
}  Exemplo: programas escritos em linguagens de Terceira
Geração que só precisam conhecer a organização lógica
dos dados (C, Java, Pascal...)
}  Programas dependem da estrutura lógica dos arquivos
} 
Categoria 3:
Independência Lógica Parcial dos Dados
Programas desta categoria podem operar sobre diversos
arquivos (com estruturas diferentes) sem serem
modificados.
}  Estes programas buscam a estrutura dos dados nas
informações disponíveis no meio do armazenamento e
fazem uma adaptação em tempo de execução do
programa.
}  Caso a adaptação ocorresse em tempo de compilação,
seria o caso de programas de categoria 2
}  Exemplo de operação: ler o próximo registro de um
arquivo qualquer
} 
Categoria 4:
Independência Lógica dos Dados
Programas dessa categoria armazenam a descrição dos
dados junto com eles
}  Por isso, os programas não necessitam definir a estrutura
dos dados
}  Exemplo: programas que utilizam SGBDs
} 
Operações sobre arquivos
} 
Programas que lidam com arquivos realizam os seguintes
tipos de operações sobre eles:
} 
} 
} 
} 
} 
} 
Criação: alocação e inicialização da área de dados, assim como
de seus descritores
Destruição: liberação da área de dados e descritores usados na
representação da tabela
Inserção: inclusão de novo registro na tabela
Exclusão: remoção de um registro da tabela
Alteração: modificação dos valores de um ou mais atributos/
campos da tabela
Consulta: obtenção dos valores de todos os campos de um
registro, dada uma chave de entrada
Refrescando a memória…
Tutorial sobre Manipulação de
Arquivos em Java
Fonte:
http://download.oracle.com/javase/tutorial/essential/io
IDE Java: NetBeans
I/O Stream
} 
} 
Um I/O Stream em Java representa uma fonte de entrada ou
saída destino
Um stream pode representar diferentes tipos de fonte ou
destino:
} 
} 
} 
} 
} 
} 
Arquivos em disco
Dispositivos
Outros programas
Estruturas em memória
…
Suportam diferentes tipos de dados:
} 
} 
} 
} 
Bytes
Tipos primitivos de dados (inteiros, strings, …)
Caracteres
Objetos
I/O Stream
Independente de como funcionam internamente, todos os
streams seguem um modelo simples de interação com
programas
}  Um stream é uma sequencia de dados
} 
} 
} 
Para leitura: input stream
Para gravação: output stream
I/O Input Stream
} 
Um programa utiliza um Input Stream para ler dados
de uma fonte, um item de cada vez
I/O Output Stream
} 
Um programa utiliza um Output Stream para gravar
dados em um destino, um item de cada vez
Na nossa disciplina
} 
} 
Fonte e destino são arquivos
Exemplo de arquivo a ser manipulado
xanadu.txt
In Xanadu did Kubla Khan
A stately pleasure-dome decree:
Where Alph, the sacred river, ran
Through caverns measureless to man
Down to a sunless sea.
Byte Streams
} 
Permitem realizar entrada e saída de bytes de 8bits
ByteStream: Como funciona…
Exemplo
} 
Ver arquivo CopyBytes.java
} 
NOTA: Método read() retorna um int ao invés de um
byte
Isso acontece para que seja possível o método retornar
-1 quando o stream terminar
} 
Considerações sobre o exemplo
} 
Sempre feche os streams utilizados
} 
} 
Ao fechá-los, vc libera a memória consumida por eles
Pode ocorrer erro ao abrir o InputStream ou o
OutputStream (ou ambos)
} 
Por isso é importante testar se são diferentes de null antes de
fechá-los
ByteStream
Muito baixo nível
}  Existem outros tipos de stream para tratar outros tipos
de dados
} 
} 
Mas são importantes porque todos os outros são
construídos sobre ele
} 
Nosso arquivo exemplo é um arquivo de texto, então
vamos modificar o programa um pouco para tratar isso
Character Stream
Mesmo princípio de funcionamento do ByteStream
}  Faz conversão automática da representação dos
caracteres em Java (que usa Unicode) para o enconding
de caracteres local
} 
} 
Ver aquivo CopyCharacter.java
} 
Principais diferenças entre este exemplo e o anterior:
} 
} 
Uso de FileReader ao invés de FileInputStream
Uso de FileWriter ao invés de FileOutputStream
Entrada e Saída
} 
Neste exemplo, o disco é acessado para ler cada
caractere do arquivo, e depois novamente para gravar
cada caractere
} 
} 
MUITO LENTO!!
Solução: utilizar BufferedStreams
} 
O sistema operacional faz I/O apenas quando o Buffer está
vazio
I/O Orientada a linhas
Para arquivos texto, é possível ler linhas inteiras de uma
só vez, usando um buffer: BufferedReader (para leitura) e
PrintWriter (para gravação)
}  Linha:
} 
} 
} 
} 
} 
delimitada por um CR ou LF ("\r\n")
delimitada por CR ("\r")
delimitada por LF ("\n")
Ver arquivo CopyLines.java
Foco da disciplina
} 
Arquivos binários ao invés de arquivos texto
} 
Como implementar um programa que grava registros de
funcionários, e depois lê esses registros?
} 
Usar DataStreams
} 
Possuem métodos específicos para ler/gravar tipos específicos
(inteiro, string, etc)
DataStreams
} 
Exemplo do funcionário
Primeiro problema: em Java não existe o conceito de
registro
}  Solução de contorno:
} 
} 
Criar uma classe Funcionário com os atributos do funcionário
Classe Funcionário
public class Funcionario {
public int codFuncionario;
public String nome;
public String cpf;
public String dataNascimento;
public float salario;
}
NOTA IMPORTANTE: não é uma boa prática de programação utilizar atributos
públicos nas classes. Na disciplina, vamos adotar esta opção apenas para simplificar
os exemplos. O correto seria implementar métodos get e set para cada atributo.
Manipulação
} 
DataStream detecta final de arquivo lançando uma
exceção java.io.EOFException
} 
} 
} 
Lógica para testar final de arquivo agora não é mais baseada no
teste de valor -1
Capturar a exceção e fechar o DataStream
Ver arquivo ManipulaFuncionario.java
Exercício
Alterar a classe ManipulaFuncionario para ler os dados do
funcionário a ser gravado do teclado (atenção: criar uma
nova classe! Não sobre-escrever a classe!)
}  A cada funcionário informado, perguntar se deseja ler os
dados de mais um funcionário
} 
} 
} 
Se sim, ler mais um funcionário
Se não, gravar todos os funcionários lidos
Orientação a objetos
} 
Exemplo anterior fere os princípios de orientação a
objetos
} 
Ideal é dar a responsabilidade de ler registro e gravar registro à
classe Funcionário
} 
Ver arquivo FuncionarioOO.java
Ver arquivo ManipulaFuncionarioOO.java
} 
Flush
Os métodos que utilizam buffer para gravação só fazem a
gravação em disco quando o buffer está cheio
}  Às vezes é necessário ter mais controle sobre quando os
dados realmente serão gravados
} 
} 
} 
AutoFlush: Algumas classes buffered output (ex. PrintWriter)
possuem um atributo autoFlush. Quando este atributo está
ligado (true), o buffer é gravado em disco a cada vez que uma
operação println é executada
Alternativa: Método flush força gravação do buffer em disco
Fonte
} 
http://download.oracle.com/javase/tutorial/essential/io
Pratique!
} 
Execute os códigos dos exemplos deste tutorial em casa
Exercício
Modifique as classes para lidar com registros de contacorrente
}  Dois arquivos:
} 
} 
} 
} 
} 
} 
Agência (Cod, Nome, Gerente)
Conta-Corrente (Cod, CodAgencia, Saldo)
Usuário deve poder escolher o que quer cadastrar
Dados devem ser lidos do teclado
Aplicação deve ter opção de Cadastrar, Ler ou Sair