Linguaggio C++ Un esempio: Registrazione e lettura di dati in un file File e Stream

In molte situazioni le informazioni che un programma deve elaborare possono provenire da sorgenti diverse dalla comune tastiera. Analogamente, i dati elaborati, anziché essere visualizzati o stampati, possono essere memorizzati e conservati in memorie di massa, generando così una nuova sorgente di dati disponibile per altri programmi

La registrazione dei dati sulle memorie di massa è organizzata in modo ordinato e secondo uno standard preciso: un insieme di dati così archiviato si definisce file ed è identificato mediante un nome e, opzionalmente, da un’estensione

Nome ed estensione sono separati da un punto. Lo scopo dell’estensione è quello di individuare file omogenei, ovvero che contengono la stessa tipologia di informazioni (testo, documenti, immagini, brani musicali, filmati,...). Esempi tipici sono txt, rtf, jpg, mp3, avi…

I file si possono suddividere in due categorie: file di testo e file binari. I file di testo sono solitamente destinati a contenere informazioni listabili, cioè visualizzabili e stampabili direttamente oppure mediante un qualunque editor. Un file sorgente C++ o un file prodotto con Blocco note di Windows sono esempi tipici di file di testo

I file binari sono utilizzati per memorizzare qualsiasi tipo d’informazione e possono contenere una successione di byte qualsiasi, pertanto, non necessariamente in un formato listabile. Un programma eseguibile, un file mp3 o jpg sono tutti esempi di file binari

Per accedere a un file occorre compiere delle semplici operazioni logiche: 1) aprire il file: si indica al Sistema Operativo su quale file operare; 2) leggere e/o scrivere i dati: si specificano quali sono le informazioni da trasferire; 3) chiudere il file: si concludono le operazioni sul file

In C++ lo scambio di informazioni tra un programma e un qualunque file avviene attraverso un oggetto astratto, lo stream. Uno stream («flusso») può essere pensato come un «canale» tra la sorgente e la destinazione, attraverso il quale fluiscono i dati

Questo livello di astrazione consente di semplificare notevolmente le operazioni di input/output dei dati poiché il programma interagisce solo con lo stream, e non con una molteplicità di periferiche differenti. Al programmatore occorre conoscere solo come scambiare informazioni mediante gli stream

Anche l’input dei dati dalla tastiera e il loro output sullo schermo avviene attraverso degli stream. Tra la tastiera e il programma, i dati viaggiano attraverso uno stream d’ingresso ( cin ) mentre tra il programma e lo schermo sono incanalati in uno stream d’uscita ( cout )

Grazie a questo livello di astrazione, agli stream associati ai file su disco è possibile applicare gli stessi operatori usati con cin e cout, rispettivamente, l’operatore di estrazione >> (input) e quello di inserzione << (output)

Un esempio Si desidera registrare i dati anagrafici degli iscritti a una gara in un file, denominato iscritti.txt. Ogni riga del file deve contenere il cognome del partecipante seguito dalla sua altezza e dal peso. In seguito, questo file deve poter essere letto per visualizzare sullo schermo l’elenco dei partecipanti Scrittura e lettura su un file

Per accedere alle informazioni contenute in un file su disco è necessario innanzitutto connetterlo a un apposito stream. Solo allora sarà possibile la comunicazione tra file e programma. L’associazione file-stream prende anche il nome di «apertura del file»

Per esempio, la seguente riga di programma: ofstream iscritti("iscritti.txt"); apre un file in scrittura ovvero crea un nuovo file su disco, iscritti.txt, e lo connette allo stream d’uscita iscritti, di tipo ofstream (output file stream, definito nell’header file )

Analogamente l’istruzione: ifstream iscritti("iscritti.txt"); apre in lettura un file esistente, di nome iscritti.txt, e lo connette allo stream d’ingresso iscritti, di tipo ifstream (input file stream, anch’esso definito nell’header file )

Ovviamente, l’apertura di un file è significativa solo se la connessione tra file e stream è possibile. Se, per qualsiasi ragione, il file non è accessibile (disco pieno, file inesistente o protetto dalla scrittura,…) non ha nemmeno senso operare sul suo contenuto

Il successo dell’operazione di apertura può essere verificato con un test sullo stato dello stream: if( !iscritti ) cout << " Errore di apertura del file! " ; Lo stato false di iscritti indica che la connessione del file allo stream non è riuscita; viceversa lo stato true ne segnala la regolarità

Nella modalità di apertura predefinita di un uno stream di tipo ofstream, viene creato un nuovo file di testo. Se lo stesso programma è impiegato per aggiungere nuovi dati, si ottiene il risultato di eliminare quelli precedenti. Per evitare questo problema occorre modificare il comportamento di default di ofstream mediante l’enumeratore predefinito ios::app

// Apertura del file (connessione file-stream) ofstream iscritti("iscritti.txt", ios::app); Questo enumeratore fa sì che il file specificato sia aperto per delle operazioni di scrittura e che i nuovi dati siano aggiunti alla sua fine (append). Se il file non esiste, viene creato

Per aprire un file binario occorre specificare esplicitamente l’enumeratore predefinito ios::binary. Per esempio, per aprire in scrittura e come binario un file si può scrivere: ofstream iscritti("iscritti.txt", ios::app | ios::binary); In questo caso l’operatore di bitwise OR | combina gli effetti degli enumeratori predefiniti ios::app e ios::binary

Per scrivere dei dati su un file il modo più semplice è quello d’inviarli allo stream associato mediante l’operatore di inserzione <<, come per lo stream cout : iscritti << cognome << '\t' << altezza << '\t' << peso << endl; Con un’unica operazione, questa riga di programma scrive i dati relativi al cognome, all’altezza e al peso del partecipante nello stream iscritti

Prima di essere scritti sul file, l’operatore di inserzione << converte i dati nei caratteri corrispondenti, secondo le specifiche di formato ( width, fill, precision,...). In questi casi si parla di output formattato

Nell’esempio ogni dato è distinto dal successivo da una tabulazione, '\t' ; se lo stream iscritti è associato a un file di testo, questo «spazio bianco» sarà internamente convertito in un’appropriata sequenza di spazi. Il manipolatore endl invia allo stream un ritorno a capo ( '\n' ), ma contemporaneamente causa la scrittura immediata del contenuto dello stream sul file

// Scrittura di dati su file #include <iostream> #include <fstream> using namespace std; int main() { unsigned n; char cognome[20]; unsigned short altezza; // in cm unsigned short peso; // in Kg cout << "Numero di elementi (0 = fine): "; cin >> n; Il programma che segue riepiloga i concetti fin qui esposti:

// Acquisizione dati if(n > 0) { // Apertura in scrittura del file di testo ofstream iscritti("iscritti.txt", ios::app); if(iscritti) { // Se non si sono verificati errori for(unsigned i = 0; i < n; i++) { // Acquisizione dati mediante lo stream cin cout << "\nCognome: "; cin >> cognome; cout << "Altezza: "; cin >> altezza; cout << "Peso...: "; cin >> peso; // Scrittura dei dati formattati nel file iscritti << cognome << '\t' << altezza << '\t' << peso << endl; } } else cout << "Errore di apertura file" << endl; } }

Nella figura che segue è visibile un possibile output sul file iscritti.txt. Questo file di testo può essere visualizzato anche mediante un qualsiasi editor di testo quale, ad esempio, Blocco note (Notepad) di Microsoft Windows

Landini17570 Cerami18580 Ponzati17872 Candela19287 Renati16865

Le informazioni memorizzate nel file iscritti.txt possono essere utilizzate come input di un altro programma. Per farlo occorre associare il file ad uno stream d’ingresso e leggerne il contenuto. Poiché in questo caso i dati sono costituiti da caratteri e «spazi bianchi», è possibile estrarli mediante l’operatore di estrazione >>, come normalmente avviene con lo stream cin

Per esempio, la seguente riga di programma: «estrae» dal file associato allo stream iscritti i caratteri che costituiscono ogni dato e li converte nel tipo delle variabili corrispondenti. Gli «spazi bianchi» che separano un dato dall’altro sono ignorati iscritti >> cognome >> altezza >> peso;

Se l’acquisizione s’è svolta senza errori, lo stream assume il valore true altrimenti, se si verificano dei problemi di lettura o nella conversione dei dati o si tenta di leggere oltre la fine del file, lo stato di stream diventa false. In questo modo con un semplice test dello stream è possibile verificare se i dati letti sono corretti

Una volta raggiunta la fine del file, non ha ovviamente più senso effettuare altre letture dallo stream. Questa condizione si può verificare mediante il metodo eof() (end of file) che assume il valore true dopo che è stato letto l’ultimo carattere dello stream. Il programma che segue riassume i concetti fin qui esposti

// Lettura di dati da un file #include <iostream> #include <fstream> using namespace std; int main() { char cognome[20]; unsigned short altezza; // in cm unsigned short peso; // in Kg // Apertura in lettura del file di testo ifstream iscritti("iscritti.txt"); if(iscritti) { // Se non si sono verificati errori

do { // Legge una riga del file e verifica lo stream if( iscritti >> cognome >> altezza >> peso ) // Scrittura dei dati sullo schermo cout << cognome << '\t' << altezza << '\t' << peso << endl; else { cout << "Errore di lettura" << endl; break; } } while(!iscritti.eof()); // Ripete se non è finito } else cout << "Non e' possibile aprire il file" << endl; }

Quando non è più necessario accedere a un file, deve essere chiuso, in modo da liberare risorse e rendere nuovamente disponibile lo stream associato. I file vengono automaticamente chiusi alla fine del programma o quando lo stream termina il proprio periodo di vita

La chiusura di un file elimina l’associazione con lo stream e restituisce al Sistema Operativo le risorse che utilizzava. Se per qualche ragione è necessario chiudere un file prima della fine del programma è possibile farlo mediante il metodo close() : iscritti.close();