Leitura, Escrita e Processamento de Registos
Estruturas e Listas
Jorge Cruz
DI/FCT/UNL
Programação para as Ciências Experimentais
1º Semestre 2005/2006
18 Novembro 2005
Leitura, Escrita e Processamento de
Registos - Estruturas e Listas
1
Registos em Ficheiros
• Muita informação alfanumérica está armazenada em ficheiros,
na forma de “registos”. Por exemplo, numa base de dados de
uma empresa, são mantidos ficheiros com informação sobre os
empregados da empresa.
• Muitas aplicações (de gestão) consistem em ler ficheiros e criar
outros com a informação devidamente processada. Por
exemplo: ler um ficheiro de empregados e escrever outro,
apenas com os empregados com vencimento superior a 1000 €.
cod
610
825
316
34
723
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nome
Paulo Fernandes Lopes
Pedro Vieira
Marta Costa Martins
Rui Vasco Pereira
Jorge Barata
vencimento
data
2341.36
989.24
1389.17
5310.32
767.26
15/04/1996
25/06/1999
05/01/1992
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Leitura, Escrita e Processamento de
Registos - Estruturas e Listas
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Leitura de Ficheiros
• A primeira questão a resolver consiste no tratamento dos
caracteres brancos em cadeias de caracteres. Isto porque há
duas formas típicas de armazenamento dessas cadeias:
– Comprimento Fixo: As cadeias têm sempre o mesmo
número de caracteres (sendo usados espaços se necessário);
– Comprimento Variável: As cadeias têm o número de
caracteres necessários, sendo necessários caracteres
separadores, tipicamente tabs (horizontais).
cod
610
825
316
34
723
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nome
Paulo Fernandes Lopes
Pedro Vieira
Marta Costa Martins
Rui Vasco Pereira
Jorge Barata
vencimento
data
2341.36
989.24
1389.17
5310.32
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Leitura de Ficheiros
• Por exemplo, “Pedro Vieira” pode ser codificado
– Comprimento Fixo: Com 5+1+6 = 12 caracteres
(incluindo o espaço), mais 13 espaços, para permitir
cadeias de comprimento 25, que podem armazenar nomes
com até 25 caracteres (incluindo espaços);
– Comprimento Variável: Apenas com os 12 caracteres
necessários, sendo separado do vencimento por um tab
horozontal (‘\t’).
cod
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316
34
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nome
Paulo Fernandes Lopes
Pedro Vieira
Marta Costa Martins
Rui Vasco Pereira
Jorge Barata
vencimento
data
2341.36
989.24
1389.17
5310.32
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Leitura de Ficheiros
• Em Octave (e em C) os dois tipos de codificação requerem
instruções de leitura padronizada (com templates) diferentes.
– Comprimento Fixo: Utiliza-se um template “%nc” em
que n é o número de caracteres a ler;
– Comprimento Variável: Utiliza-se um template “%s”;
• Neste último caso, levanta-se um problema: O template ‘%s’,
não lê nem caracteres brancos nem espaços. Assim, o nome
“Pedro Vieira” seria lido não como 1, mas sim como 2
cadeias. Em geral, ter-se-ia de conhecer o número de nomes
(próprios, apelidos e partículas de ligação).
• Isto pode ser evitado com o uso de espaços especiais (“non
break spaces” - ASCII 160), que são lidos como quaisquer
outros caracteres, mas são impressos como espaços .
18 Novembro 2005
Leitura, Escrita e Processamento de
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Leitura de Ficheiros
• Caso seja necessário, pode converter-se um ficheiro noutro,
convertendo-se todos os espaços em espaços especiais, com
a função abaixo:
function x = rem_sp(f_in_name, f_out_name);
[f_in, msg] = fopen(f_in_name , "r");
[f_aux,msg] = fopen(f_out_name, "w");
[ch, count] = fscanf(f_in,"%1c","C");
while !feof(f_in)
if ch == " " ch = setstr(160); endif;
fprintf(f_aux, "%1c", ch);
[ch, count] = fscanf(f_in,"%1c","C");
endwhile;
fclose(f_in);
fclose(f_aux);
endfunction;
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Leitura de Ficheiros
Comprimento Fixo:
• Cada linha do ficheiro, assumindo-se que um nome é guardado com
25 caracteres, pode ser lida com as seguintes instruções de leitura
padronizada, fscanf:
[cod,
[nome,
[venc,
[data,
count]
count]
count]
count]
=
=
=
=
fscanf(fid,"%i","C");
fscanf(fid,"%25c","C");
fscanf(fid,"%f","C");
fscanf(fid,"%s","C");
ou numa só instrução
[cod,nome,venc,data,count]=fscanf(fid,"%i%25c%f%s","C");
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Paulo Fernandes Lopes
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Leitura de Ficheiros
Comprimento Variável:
• Neste caso, quer o nome quer a data podem ser lidos com o
template “%s” da instrução fscanf, podendo o registo de um
empregado ser lido quer na forma
[cod,
[nome,
[venc,
[data,
count]
count]
count]
count]
=
=
=
=
fscanf(fid,"%i","C");
fscanf(fid,"%s","C");
fscanf(fid,"%f","C");
fscanf(fid,"%s","C");
quer numa só instrução
[cod,nome,venc,data,count]=fscanf(fid,"%i%s%f%s","C");
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Paulo Fernandes Lopes
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Escrita de Ficheiros
•
A escrita de ficheiros depende igualmente do formato utilizado
para as strings. Em comprimento fixo, o registo pode ser escrito
como
fprintf(fid,
fprintf(fid,
fprintf(fid,
fprintf(fid,
fprintf(fid,
"%3i", cod);
"%-25s", nome);
"%7.2f", venc);
"%11s", data);
"%c", “\n”);
ou numa só instrução, como anteriormente. Notar ainda que
1. O sinal – (em %-25s) justifica, à esquerda, o campo nome.
2. Após o último campo deve ser escrito um caracter (‘\n’), para
mudança de linha
610 Paulo Fernandes Lopes
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Leitura, Escrita e Processamento de
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Escrita de Ficheiros
•
Em comprimento variável, o registo de um empregado pode ser
escrito como
fprintf(fid,
fprintf(fid,
fprintf(fid,
fprintf(fid,
"%i\t", cod);
"%s\t", nome);
"%7.2f\t", venc);
"%s\n", data);
ou numa só instrução, como anteriormente. Notar, que
1. Após cada campo, deve ser escrito o tab (‘\t’) de separação,
excepto no último campo, após o que se escreve o caracter (‘\n’)
2. Alguns templates podem ser fixos, (por exemplo, "%7.2f\t”)
para evitar as convenções por omissão do Octave.
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Paulo Fernandes Lopes
2341.36
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Selecção de Registos
•
Podemos agora abordar o problema colocado anteriormente: ler
um ficheiro de empregados e escrever outro, apenas com os
empregados com vencimento superior a 1000 euros.
•
Naturalmente o programa dependerá de os ficheiros serem lidos e
escritos em formato fixo ou variável.
•
Assumiremos que esta diferença apenas se reflectirá no campo
“nome”, já que o campo “data” não contem espaços e pode ser
lido em formato cadeia (“%s”) sem problema.
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Selecção de Registos
•
Eis a versão para formato fixo.
[f_in, msg_in ] = fopen("empresa_in_fix.txt", "r");
[f_out, msg_out] = fopen("empresa_out_fix.txt", "w");
[cod,nome,venc,data,ct] =
fscanf(f_in,"%i%25c%f%s","C");
while !feof(f_in)
if venc > 1000
fprintf(f_out,"%3i%-25s%7.2f%11s",
cod,nome,venc,data);
fprintf(f_out, "%c", "\n");
endif;
[cod,nome,venc,data,ct] =
fscanf(f_in,"%i%25c%f%s","C");
endwhile;
fclose(f_in); fclose(f_out);
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Selecção de Registos
•
E eis a versão para formato variável.
rem_sp("empresa_in_var.txt", "empresa_aux_var.txt");
[f_aux, msg] = fopen("empresa_aux_var.txt", "r");
[f_out, msg] = fopen("empresa_out_var.txt", "w");
[cod,nome, venc, data, count] =
fscanf(f_aux,"%i%s%f%s","C");
while !feof(f_aux)
if venc > 1000
fprintf(f_out, "%i\t%s\t%7.2f\t%s\n",
cod,nome,venc,data);
endif;
[cod,nome, venc, data, count] =
fscanf(f_aux,"%i%s%f%s","C");
endwhile;
fclose(f_aux); fclose(f_out);
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Registos - Estruturas e Listas
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Processamento de Registos
•
Podemos agora considerar outro tipo de processamento de
registos, que não envolve necessariamente a escrita de novos
ficheiros, correspondente a:
– Cálculo de totais e médias (de vencimentos, por exemplo)
– Determinação de máximos e mínimos (de vencimentos, ou
antiguidades)
•
Vamos ilustrar estes problemas com programas para determinação
dos vencimentos totais e médios dos empregados da empresa,
bem como da determinação do empregado mais antigo. Em ambos
os casos apenas apresentamos a versão para formato variável.
•
De notar a instrução printf, que permite escrever no terminal
mensagens formatadas (com os formatos usados em ficheiros).
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Leitura, Escrita e Processamento de
Registos - Estruturas e Listas
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Processamento de Registos
•
O tratamento de vencimentos utiliza um contador (variável i) de
registos lidos e uma variável (total) para determinação do total
dos vencimentos (sendo a média igual ao quociente total/i).
rem_sp("empresa_in_var.txt", "empresa_aux_var.txt");
[f_aux, msg] = fopen("empresa_aux_var.txt", "r");
[cod,nome, venc, data, count] = fscanf(f_aux,"%i%s%f%s","C");
i = 0; total = 0;
while !feof(f_aux)
i = i+1; total = total +venc;
[cod,nome, venc, data, count] = fscanf(f_aux,"%i%s%f%s","C");
endwhile;
printf("o total dos vencimentos é de %7.2f \n", total);
printf("a média dos vencimentos é de %7.2f \n",total/i);
fclose(f_aux); fclose(f_out);
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Leitura, Escrita e Processamento de
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Processamento de Registos
•
O tratamento de datas, implica reconhecer quando uma data é
anterior a outra, o que é feito com a função anterior que compara
duas datas, sendo armazenada a data menor.
rem_sp("empresa_in_var.txt", "empresa_aux_var.txt");
[f_aux, msg] = fopen("empresa_aux_var.txt", "r");
[cod,nome, venc, data, count] = fscanf(f_aux,"%i%s%f%s","C");
data_menor =“01/01/2100”;
while !feof(f_aux)
if anterior(data,data_menor)
data_menor = data;
endif;
[cod,nome, venc, data, count] = fscanf(f_aux,"%i%s%f%s","C");
endwhile;
printf("a entrada mais antiga foi em %s\n",data_menor);
fclose(f_aux); fclose(f_out);
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Registos - Estruturas e Listas
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Processamento de Registos
•
A comparação de datas é feita através da comparação dos seus
anos, meses e dias, tendo o cuidado de converter as cadeias de
caracteres em números.
function d = anterior(data1,data2);% data no formato dd/mm/aaaa
ano1 = str2num(substr(data1,7,4));
ano2 = str2num(substr(data2,7,4));
if ano1<ano2
d = 1;
elseif ano1 > ano2 d = 0;
else
mes1 = str2num(substr(data1,4,2));
mes2 = str2num(substr(data2,4,2));
if mes1<mes2 d = 1;
elseif mes1 > mes2 d = 0;
else
dia1 = str2num(substr(data1,1,2));
dia2 = str2num(substr(data2,1,2));
if dia1 < dia2 d = 1;
else d = 0;
endif;
endif;
endif;
endfunction
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Leitura, Escrita e Processamento de
Registos - Estruturas e Listas
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Processamento de Registos
•
Neste último caso, a informação transmitida não é muito
interessante. Provavelmente estaremos mais interessados em saber
quem é o empregado mais antigo, ou seja, qual o nome do
empregado com data de entrada mais antiga.
•
Este problema pode ser resolvido com uma pequena adaptação do
código, guardando não só a data mais antiga como o nome
while !feof(f_aux)
if anterior(data,m_data)
data_menor = data; antigo = nome
endif;
[cod,nome, venc, data, count] = ...
endwhile;
printf("o empregado mais antigo é %s \n", antigo);
printf("com data de entrada %s \n", data_menor);
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Registos - Estruturas e Listas
18
Processamento de Registos
•
Todos estes programas obrigam a ler um ficheiro, cada vez que se
pretende responder a uma questão.
•
No entanto, a leitura de ficheiros, mesmo em “discos rápidos” é
tipicamente milhares de vezes mais lenta que a leitura a partir de
dados em memória.
•
Haverá pois vantagem em copiar um ficheiro de registos para
memória e passar a responder às questões a partir de aí.
•
Veremos como responder a esta questão em geral e, no caso do
Octave, como tal poderá ser feitos com estruturas e listas.
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Processamento de Informação Alfanumérica
• Podemos considerar que a informação dos ficheiros de
registos corresponde a uma tabela. Esta tabela é constituída
por uma sequência de “registos”, um em cada linha.
• Se toda a informação fosse numérica, isto é se cada registo
tivesse n “campos”, ela poderia ser guardada numa matriz
com m linhas, uma linha para cada registo de n posições.
• Em Octave, existe um problema: uma posição de uma matriz
não pode ser ocupada por uma cadeia de caracteres!
cod
610
825
316
34
723
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nome
Paulo Fernandes Lopes
Pedro Vieira
Marta Costa Martins
Rui Vasco Pereira
Jorge Barata
vencimento
data
2341.36
989.24
1389.17
5310.32
767.26
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25/06/1999
05/01/1992
15/04/1996
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Processamento de Informação Alfanumérica
• Desta forma a informação de uma tabela alfanumérica não
pode ser guardada como uma matriz. Vamos ver como se
podem ultrapassar estes problemas em Octave, fazendo-o em
duas “fases”:
– Como representar um registo heterogéneo, com vários
campos de diferentes tipos, alguns alfanuméricos.
– Como armazenar e aceder a vários destes registos
heterogéneos.
cod
610
825
316
34
723
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nome
Paulo Fernandes Lopes
Pedro Vieira
Marta Costa Martins
Rui Vasco Pereira
Jorge Barata
vencimento
data
2341.36
989.24
1389.17
5310.32
767.26
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Estruturas
• Vectores e Matrizes são muito úteis quando os dados são todos
do mesmo tipo (no Octave, de qualquer tipo numérico).
• No entanto, em muitos casos, a informação que se pretende
agrupar com um só identificador não é do mesmo tipo.
• Por exemplo, um empregado duma empresa pode ter
associado a seguinte informação
– Um código (um número?)
– Um nome (uma cadeia de caracteres)
– Um vencimento (um decimal)
– Uma data de entrada (uma cadeia, ou 3 campos numéricos,
para o dia, mês e ano)
cod
nome
610 Paulo Fernandes Lopes
18 Novembro 2005
venc
2341.36
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data
15/04/1996
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Estruturas
• As várias linguagens de programação
permitem o
agrupamento destes dados heterogéneos, com um mesmo
identificador de uma forma variada (records no Pascal, Struct
em C, ...)
• O Octave adopta uma designação semelhante à do C,
denominando estes agrupamentos como estruturas.
• Consideremos pois o caso do empregado abaixo, em que
gostaríamos de agregar toda a informação numa única
variável, do tipo estrutura, que denotaremos como emp_610.
emp_610 =
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cod
nome
610 Paulo Fernandes Lopes
venc
2341.36
Leitura, Escrita e Processamento de
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data
15/04/1996
23
Estruturas
• As estruturas são compostas por vários campos, cada um
com um nome. Na estrutura para representação da
informação de empregados, consideraremos os campos
abaixo, que guardam a informação “esperada”
– cod: o código do empregado
– nome: o nome do empregado
– venc: o vencimento do empregado
– data: a data de entrada do empregado na empresa.
emp_610 =
18 Novembro 2005
cod
nome
610 Paulo Fernandes Lopes
venc
2341.36
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Registos - Estruturas e Listas
data
15/04/1996
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Estruturas
• Uma vez definidos os nomes dos campos da estrutura,
podemos atribuir-lhe os valores pretendidos.
• O acesso a um campo da estrutura é feito fazendo suceder ao
nome da estrutura o nome do campo pretendido, separado
por um ponto (‘.’).
• Por exemplo, a atribuição dos 4 valores dos campos pode ser
feita pelas seguintes atribuições:
emp_610.cod = 610;
emp_610.nome = “Paulo Fernandes Lopes”;
emp_610.venc = 2341.36;
emp_610.data=“15/04/1996”;
emp_610 =
18 Novembro 2005
cod
nome
610 Paulo Fernandes Lopes
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Registos - Estruturas e Listas
venc
2341.36
data
15/04/1996
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Estruturas
• De notar que os campos de uma estrutura não são ordenados,
e podem ser preenchidos por qualquer ordem.
• Assim a estrutura que temos referido
emp_610 =
cod
nome
610 Paulo Fernandes Lopes
venc
2341.36
data
15/04/1996
pode ser inicializada quer com a sequência de instruções
empregado.data=“15/04/1996”;
empregado.cod = 610;
empregado.nome = “Paulo Fernandes Lopes”;
empregado.venc = 2341.36;
ou com outra sequência
empregado.venc = 2341.36;
empregado.cod = 610;
empregado.data=“15/04/1996”;
empregado.nome = “Paulo Fernandes Lopes”;
18 Novembro 2005
Leitura, Escrita e Processamento de
Registos - Estruturas e Listas
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Estruturas
• Uma vez agrupados os vários items de informação numa só
variável do tipo estrutura, podemos referir alguns campos
depois de verificar outros.
• Por exemplo, dados vários empregados com o tipo referido,
indicar qual o nome dos que ganham mais de 1000 euros.
• Na sintaxe do Octave, tal poderia ser feito através da
instrução condicional
if emp_610.venc > 1000
then disp(emp_610.nome)
endif
• No entanto este tipo de processamento só é verdadeiramente
útil se tivermos a possibilidade de aceder a todos os
empregados de uma forma genérica.
18 Novembro 2005
Leitura, Escrita e Processamento de
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Estruturas
• Por exemplo, se tivéssemos uma tabela com várias linhas,
com códigos na primeira coluna e vencimentos na 2ª coluna,
poderíamos apresentar os códigos dos empregados com
vencimento superior a 1000 euros através da seguinte
1
2
instrução iterativa:
for i = 1:n
if tabela(i,2) > 1000
then disp(tabela(i,1))
endif
endfor;
1
2
3
4
5
...
610
825
316
34
723
...
2341.36
989.24
1389.17
5310.32
767.26
...
• Por analogia, o que é necessário é poder aceder a uma
sequência de (1 a n) estruturas do tipo da do empregado.
• Em Octave, essa sequência pode ser implementada através
de listas.
18 Novembro 2005
Leitura, Escrita e Processamento de
Registos - Estruturas e Listas
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Listas
• Uma lista é uma sequência de dados do mesmo tipo, simples
ou complexo, para as quais estão definidas as operações de:
• Criação: list(elem_1, elem_2, ..., elem_k)
– Cria uma lista, com os elementos de 1 a k (ou uma lista
vazia se k = 0)
• Acrescento: append(nome_lista,elem_1, ...,elem_k)
– Acrescenta os os elementos de 1 a k à lista com o nome
indicado no 1º argumento
• Acesso: nth(nome_lista, k)
– Acede ao k-ésimo elemento da lista. De notar que esse
elemento pode ser uma estrutura arbitrariamente
complexa.
18 Novembro 2005
Leitura, Escrita e Processamento de
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Listas
• Para ilustrar estes conceitos, vamos ler um ficheiro com
informação sobre empregados e criar uma lista com essa
informação.
• A instrução principal consiste em criar uma estrutura, emp, e
atribuir-lhe os valores lidos do ficheiro (a formatação dos
campos é feita como anteriormente).
[emp.cod, emp.nome, emp.venc, emp.data, count] =
fscanf(f_aux,"%i%s%f%s","C");
• Para além destas instruções, são necessárias instruções para
inicializar a lista e para a ir acrescentando com os
empregados lidos. O número de empregados também é
computado.
18 Novembro 2005
Leitura, Escrita e Processamento de
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Listas
• Eis
o
programa completo, que cria uma lista,
tab_empregados, com a informação sobre os empregados
inicialmente no ficheiro “empresa_aux_var.txt”.
[f_aux, msg] = fopen("empresa_aux_var.txt", "r");
tab_empregados = list(); n = 0;
[emp.cod,emp.nome,emp.venc,emp.data, count] =
fscanf(f_aux,"%i%s%f%s","C");
while !feof(f_aux)
n = n+1;
tab_empregados = append(tab_empregados, emp);
[emp.cod,emp.nome,emp.venc,emp.data, count] =
fscanf(f_aux,"%i%s%f%s","C");
endwhile;
fclose(f_aux);
18 Novembro 2005
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Listas
• A partir deste momento, todo o processamento da informação sobre
os empregados pode ser feito sem leitura do ficheiro, mas apenas
por acesso à lista “tab_empregados”.
• Se já tiver sido lida a informação dos empregados para a lista
“tab_empregados”, com n elementos, ela pode ser acedida
directamente, sem necessidade de nova leitura do ficheiro.
total = 0;
for i = 1:n
total = total + nth(tab_empregados,i).venc;
endfor;
printf("o total de vencimentos é %7.2f \n“, total);
printf(“
e a sua média é %7.2f \n", total/n);
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Registos - Estruturas e Listas
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Listas
• Igualmente se podem escrever o nome e vencimento dos
empregados que ganham mais de 1000 euros, sem necessidade de
leitura do ficheiro, mas apenas usando a mesma lista
“tab_empregados”, com n elementos.
printf("Lista de empregados com mais de 1000 €: \n");
for i = 1:n
emp = nth(tab_empregados,i);
if emp.venc > 1000
printf("\t%s\t%7.2f\t\n",emp.nome,emp.venc);
endif;
endfor;
18 Novembro 2005
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Estruturas e Listas em Funções
• Estruturas e listas podem ser retornadas como resultado de uma
função. Por exemplo, a leitura de um ficheiro com o formato
considerado pode ser feita pela função (que também retorna o
número de elementos):
function [t, n] = ler_tabela(ficheiro);
[f_aux, msg] = fopen(ficheiro, "r");
tab_empregados = list(); n = 0;
[emp.cod,emp.nome,emp.venc,emp.data, count] =
fscanf(f_aux,"%i%s%f%s","C");
while !feof(f_aux)
n = n+1;
tab_empregados = append(tab_empregados, emp);
[emp.cod,emp.nome,emp.venc,emp.data, count] =
fscanf(f_aux,"%i%s%f%s","C");
endwhile;
fclose(f_aux); t = tab_empregados;
endfunction;
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