Dynamiczne zarządzanie pamięcią i operacje na plikach

Writing in C or C++ is like running a chain saw with all the safety guards removed

Do ukończenia tego laboratorium wymagana jest znajomość wskaźników i referencji z C. Jeżeli ktoś nie czuje się w tym temacie na siłach, w laboratorium Wskaźniki i referencje przygotowane zostało krótkie przypomnienie najważniejszych informacji.

Dynamiczne zarządzanie pamięcią

Często zdarza się, że nie jesteśmy w stanie z góry przewidzieć ile pamięci będzie potrzebował nasz program do poprawnego działania. Na przykład w prostym kalkulatorze macierzowym nie można z góry ustalić wymiarów tablicy przechowującej macierz ani z góry ustalić ile takich tablic-macierzy będzie występować w równaniu!

Jedynym rozwiązaniem jest tworzenie nowych macierzy o ustalonych wymiarach podczas działania programu.

Wskaźniki i alokacja pamięci

Wraz z dynamiczną alokacją pamięci idą w parze wskaźniki. Pamięć zawsze alokowana jest pod jakimś adresem. A zmienne przechowujące adres i pozwalające się dostać do danych w niej przechowywanych, to właśnie wskaźniki.

Operator new

Operator new jest ekwiwalentem znanej z C funkcji malloc ale dużo potężniejszym. Wynikiem zwracanym przez operator new jest wskaźnik do zaalokowanej pamięci

Przykład dynamicznego tworzenia zmiennych:

#include <iostream>
using namespace std;
 
int main(void){
   char* ptr = new char;    //Stworzy zmienną typu char
   int* tab = new int[10];  //Stworzy tablicę typu int o rozmiarze 10
 
   // NIEPOPRAWNIE!!!
   int** tab2d = new int[10][10];
}

Operator delete

Operator delete działa podobnie jak funkcja free znana z C. Pamięć w momencie kiedy nie jest już wykorzystywana przez program powinna być zwolniona. Przykład dynamicznego tworzenia i usuwania zmiennych:

#include <iostream>
using namespace std;
 
int main(void){
   char* ptr = new char;    //Stworzy zmienną typu char
   int* tab = new int[10];  //Stworzy tablicę typu int o rozmiarze 10
 
   // Tutaj znajdują się operacje na zmiennych
 
   delete ptr;
   delete [] tab;
 
   // NIEPOPRAWNIE!!
   // Jeśli tab2d jest poprawnie zaalokowaną tablica dwuwymiarową
   // nie można zwolnić pamięci w następujący sposób
   delete [][] tab2d;
}

Operacje na plikach

Operacje na plikach wykonywane są w C++ przy użyciu strumieni - analogicznie jak operacja czytania z klawiatury i wypisywania na ekran.

Należy pamiętać o tym, że każdy plik, który został otwarty, powinien zostać również zamknięty, kiedy korzystanie z niego nie jest już potrzebne.

Biblioteka fstream

Obiekty strumieni służące do odczytu i zapisu do pliku znajdują się w pliku nagłówkowym <fstream>. Biblioteka ta zawiera dwa obiekty strumieni analogiczne do obiektów cin i cout:

  • ifstream - służący do odczytu z pliku (input-file-stream)
  • ofstream - służący do zapisu do pliku (output-file-stream).

Czytanie z pliku

Przykład wczytywania pliku wyraz po wyrazie:

#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;
 
int main(void){
  ifstream myfile("file.txt");
  char word[64];
 
  if(!myfile)
    cout << "Nie można otworzyć pliku!" << endl;
 
  while(myfile >> word)
    cout << word;
 
  myfile.close();
  return 0;
}

Przykład wczytywania pliku linia po linii:

#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;
 
int main(void){
  ifstream myfile("file.txt");
  char line[256];
 
  if(!myfile)
    cout << "Nie można otworzyć pliku!" << endl;
 
  while(!myfile.eof()){
    myfile.getline(line,256);
    cout << line;
  }
 
  myfile.close();
  return 0;
}

Zapisywanie do pliku

Przykład dopisywania do pliku:

#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace std;
 
int main () {
 
  // Aby zrozumieć zapis: ios_base::in | ios_base::app
  // Zobacz kolejny podrozdział
  ofstream myfile ("file.txt", ios_base::in | ios_base::app);
 
  if(!myfile)
    cout << "Nie można otworzyć pliku!" << endl;
 
  myfile << "Tekst zapisany w pliku" << endl;
 
  myfile.close();
 
  return 0;
}

Otwieranie pliku w różnych trybach

Plik można otworzyć w 6 różnych trybach; kombinacje trybów też są możliwe.

Wartość flagiZnaczenie
ios_base::app(append) Ustawia wskaźnik pozycji strumienia na samym końcu strumienia. Służy do dopisywania do pliku.
ios_base::ate(at end) Ustawia wskaźnik pozycji strumienia na samym końcu pliku.
ios_base::binary(binary) Traktuje strumień jako strumień binarny a nie tekstowy
ios_base::in(input) Umożliwia zapis do pliku
ios_base::out(output) Umożliwia odczyt z liku
ios_base::trunc(truncate) Jeśli otwierany pli posiadał jakąś zawartość, jest ona pomijana i wskaźnik pozycji w strumieniu jest ustawiany na początku pliku.

Otwieranie strumienia ifstream z opcją ios_base::out mija się z celem. Do strumieni, które mają służyć zarówno zapisowi jak i odczytowi, stosuje się ogólną postać strumienia o nazwie fstream.

  fstream file("file.txt", ios_base::in | ios_base::out | ios_base:app);

Ćwiczenia

  1. [1 plus] W sekcji Wskaźniki i alokacja pamięci zostało powiedziane, że nie można utworzyć tablicy wielowymiarowej prostym poleceniem int * *tab = new int[10][10]. Przeanalizuj rysunek poniżej i zastanów się dlaczego tak jest. Następnie napisz program który będzie pobierał od użytkownika wymiary tablicy i dynamicznie alokował pamięć dla niej. Napisz funkcję która będzie uzupełniała tablicę iloczynami wierszy i kolumn i osobną funkcję do wyświetlania tablicy. Czy można do tego wykorzystać funkcje napisane na poprzednich laboratoriach nie modyfikując ich? Pamiętaj o poprawnym zwolnieniu pamięci! Tablica wskaźników
  2. [2 punkty] Napisz program, który będzie implementować algorytm szyfrujący Polibiusza. Program powinien przyjmować trzy parametry: nazwę pliku wejściowego, nazwę pliku wyjściowego oraz 1 w przypadku gdy plik wejściowy ma zostać zaszyfrowany lub 0, gdy ma zostać odszyfrowany. Wynik szyfrowania/deszyfrowania powinien znaleźć się w pliku wyjściowym podanym jako parametr.
    Przykład uruchomienia programu:
    ./program plik-tekst.txt plik-szyfr.txt 1
  3. [2 plusy] Napisz program, który w pierwszej kolejności wczyta od użytkownika rozmiar tablicy, stworzy dynamicznie tablicę o podanych wymiarach, następnie uzupełni ją losowymi liczbami całkowitymi i znajdzie te liczby w tablicy, których iloczyn da największą liczbę. Uwaga - Program ma mieć złożoność obliczeniową O(n) - innymi słowy, przegląda tablicę tylko raz - od początku do końca i zwraca wynik!
  4. [3 plusy] Łamanie hasła (lub wersja interaktywna z kilkoma test cases: https://www.hackerrank.com/contests/projecteuler/challenges/euler059
  5. [3 punkty] Minimalne drzewo rozpinające:
  • Poniższy nieskierowany graf ważony składa się z siedmiu wierzchołków i dwunastu krawędzi o całkowitej wadze równej 243. Wagą całkowitą grafu określana jest suma wag wszystkich krawędzi tego grafu.
    Źródło: http://projecteuler.net
  • Graf z rysunku powyżej może zostać opisany za pomocą dwuwymiarowej tablicy:
A B C D E F G
A - 16 12 21 - - -
B 16 - - 17 20 - -
C 12 - - 28 - 31 -
D 21 17 28 - 18 19 23
E - 20 - 18 - - 11
F - - 31 19 - - 27
G - - - 23 11 27 -
  • Możliwe jest zoptymalizowanie grafu poprzez usunięcie niektórych krawędzi w taki sposób, aby wszystkie wierzchołki w danym grafie nadal pozowały połączone. Graf, który można uzyskać w ten sposób nazywany jest minimalnym drzewem rozpinającym:
    Źródło: http://projecteuler.net
  • Wykorzystując plik z tablicową reprezentacją pewnego grafu. Napisz program, który znajdzie minimalne drzewo rozpinające grafu, o najmniejszej możliwej wadze całkowitej.
  • Modyfikacje w stosunku do oryginalnego zadania z http://projecteuler.net
    1. Załóż, że w pliku wejściowym pierwsza linijka to zawsze liczba określająca ilość wierzchołków grafu.
    2. Program powinien wyświetlać w konsoli oraz zapisywać do pliku minimalne drzewo rozpinające danego grafu w analogicznej konwencji jak w przypadku danych wejściowych
    3. Program powinien zwracać do systemu wartość oszczędności jaką osiągnięto (w zadaniu określanej jako maximum saving)

Do przygotowania na kolejne zajęcia

Zapoznać się z materiałem o Makefile.

pl/dydaktyka/jimp2/2016/labs/pamiec-i-pliki.txt · ostatnio zmienione: 2017/07/17 08:08 (edycja zewnętrzna)
www.chimeric.de Valid CSS Driven by DokuWiki do yourself a favour and use a real browser - get firefox!! Recent changes RSS feed Valid XHTML 1.0