O documento discute conceitos fundamentais sobre arquivos e estruturas de dados, incluindo: 1) Entidades possuem atributos e registros que armazenam pares atributo-valor; 2) Tabelas ordenam registros e podem ser armazenadas em memória ou disco; 3) Chaves primárias e secundárias identificam registros.

1. Arquivos
Estruturas de Dados II – Vanessa Braganholo

2. 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)

3. 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

4. Registros
} Indivíduos dessas entidades possuem um valor para cada
um desses atributos (chamados de pares atributo-
valor)
} Um conjunto de pares atributo-valor que identifica um
indivíduo de uma entidade é chamado de registro

5. 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”>

6. 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

7. 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)

8. 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

9. Conceito de Chave
} Dados usados para encontrar um registro: chave
} Chave: subconjunto de atributos que identifica um
determinado registro

10. 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

11. Tabelas
} Aplicações reais lidam com várias tabelas, cada uma delas
representando uma entidade
} Uma aplicação de controle bancário precisaria de
quais tabelas?

12. Aplicação Bancária
} Uma aplicação de controle bancário precisaria de
quais tabelas?
} Cliente
} Agência
} Conta-Corrente

13. 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

14. 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?

15. Aplicação Financeira
} Chaves primárias:
} Cliente: CodCliente
} Agência: CodAgencia
} Conta-Corrente: CodAgencia E CodConta
} Chaves primárias alternativas:
} Cliente: CPF
} Agência: NumeroAgencia
} Conta-Corrente: NumeroConta
} Chaves secundárias:
} Cliente: Nome
} Agência: Endereço
} Conta-Corrente: CodAgencia, CodCliente, Saldo

16. Discussão sobre chaves
} Por quê não usar CPF como chave primária de cliente?
Por quê os atributos artificiais (código)?

17. 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.

18. Exercício
} Para o cenário das locadoras, identificar:
} Entidades
} Atributos
} Chaves primárias

19. Discussão
} Por que não usar uma única tabela?

20. Banco de Dados
} Esse conjunto de arquivos pode ser considerado um
banco de Dados?

21. 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

22. 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!

23. 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.)

24. 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

25. 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

26. 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

27. 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

28. 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

29. 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

30. Refrescando a memória…

31. Tutorial sobre Manipulação de
Arquivos em Java
Fonte:
http://download.oracle.com/javase/tutorial/essential/io

32. IDE Java: NetBeans

33. 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

34. 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

35. I/O Input Stream
} Um programa utiliza um Input Stream para ler dados
de uma fonte, um item de cada vez

36. I/O Output Stream
} Um programa utiliza um Output Stream para gravar
dados em um destino, um item de cada vez

37. 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.

38. Byte Streams
} Permitem realizar entrada e saída de bytes de 8bits

39. ByteStream: Como funciona…

40. 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

41. 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

42. 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

43. 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

44. 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

45. 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 ("rn")
} delimitada por CR ("r")
} delimitada por LF ("n")
} Ver arquivo CopyLines.java

46. 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)

47. 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

48. 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.

49. 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

50. 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

51. 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

52. 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

53. Fonte
} http://download.oracle.com/javase/tutorial/essential/io

54. Pratique!
} Execute os códigos dos exemplos deste tutorial em casa

55. Exercício
} Modifique as classes para lidar com registros de conta-
corrente
} 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