هياكل البيانات Data Structure

نتناول اليوم موضوع رائع وقوي جدا من الناحية البرمجية- لقد تعلمت فيما سبق كيف تعلن عن بيانات حسب نوعها وقد كنت تعلن عنها بصورة منفصلة الآن وبنفس الطريقه سوف نعلن عنها ولكن في صورة مجمعة لتكون هيكل للبيانات وهذا الموضوع مفيد جدا في برمجه قواعد البيانات وسترى فوائد ذلك ولو اننا لم ندرس تخزين البيانات في ملفات على الاقراص حيث سنتناول ذلك في درس قادم ولكن عند تجميع البيانات في هياكل اذا قمت بتخزين الهيكل نفسه سيتم تخزين جميع عناصره دفعة واحدة دون ان تنسى اي عنصر وبالتالي يعطيك ميزة اضافيه عما لو كنت تعلن عن البيانات في صورة منفصلة كما سترى

ومثالنا اليوم عن قاعدة البيانات الافتراضية التالية سوف ندرسها بالطريقه العاديه وبطريقة هياكل البيانات لتعرف الفرق وتفهم الموضوع وفي نفس الوقت تدرك ميزات وفوائد هياكل البيانات

لنفرض ان هناك مصنع يعمل على فترتين ولكل عامل فيه سجل بيانات بالطبع لعامل الفترة الاولى والآخر لعامل الفترة الثانية ونفترض للتبسيط ان بيانات كل عامل تحتوي على اسمه ورقمه الوظيفي وراتبه اليومي حتى انه لوتغيب احدى الفترات وضع راتب يومه بالقيمة صفر حتى يتم حساب راتبه الشهري بصورة صحيحة وسيكون الاعلان عن البيانات بالصورة التاليه لنتفق عليها وفيها فائدة تكرار اشياء سبق الاشارة اليها في دروس سابقه

 دعنا الآن نعلن عن هذه البيانات بالصورة العادية لنعرف الفرق

بيانات موظف الفترة الاولى

  char [30] Name1;

int  Code1;

float Wage1;

بيانات موظف الفترة الثانية

char [30] Name2;

int  Code2;

float Wage2;

  الصورة السابقه لتمثيل بيانات البرنامج مع اثنين من الموظفين يعملون لفترتين وكلما ادخلت بيانات اسم موظف الفترة الاولى سوف تستخدم المتغير Name1 وللفترة الثانية ستستخدم المتغير Name2 فماذا لو بدلت المتغيرين بالخطأ بالطبع سيحدث خلل كبير بالبرنامج دعنا نمثل ماسبق تماما بالطريقة الجديده عن طريق استخدام هياكل البيانات

استخدام هياكل البيانات

struct OurDataBase

{

char [30] Name;

int  Code;

float Wage;

}L1,L2;

 انظر الى الصورة السابقه كم هي مختصرة انها رائعة وانا ارى فيها اختصار مفيد ودعنا نرى كيف نصيغ ذلك بالجدول الذي تعودنا عليه للتوضيح

 كما رأيت بالمثال لم نستخدم متغير اسم للموظف الاول وآخر للموظف الثاني بل استخدمنا متغير واحد وسوف يتشارك اي عدد حسب تصميم الهيكل في استخدام بيانات الهيكل ولنوضح ذلك

للتعبير عن اسم الموظف الاول او موظف الفترة الاولى

L1.Name

للتعبير عن اسم الموظف الثاني او موظف الفترة الثانية

L2.Name

 للتعبير عن رقم الموظف الاول او موظف الفترة الاولى

L1.Code

  للتعبير عن رقم الموظف الثاني او موظف الفترة الثانية

L2.Code

  للتعبير عن الراتب اليومي للموظف الاول او موظف الفترة الاولى

L1.Wage

 للتعبير عن الراتب اليومي للموظف الثاني او موظف الفترة الثانية

L2.Wage

 هل رأيت كم هي بسيطة ربما احتوى هيكل البيانات على مائة متغير مثلا سوف تخزنهم وتسترجعهم بمنتهى السرعة كما سترى فيما بعد ويمكن ايصبح تدوال البيانات السابقة داخل البرنامج سواء بالادخال من مستخدم البرنامج او بالتخصيص كما يلي

L1.Name = “Mohamad Hasan”;

L1.Code = 120;

L1.Wage = 13.50;

L2.Name = “Ahamd Ali”;

L2.Code = 270;

L2.Wage = 0;

بالطبع هذه فكرة برنامج ويمكن اضافة المزيد من التحسينات من خلال تحليل البيانات فمثلا جمع المتغير L1.Wage لمدة شهر سوف يعطيك راتبه الشهر وجمع القيم التي تساوي صفر للمتغير L1.Wage لمدة شهر سوف يعطيك عدد ايام غيابه خلال الشهر وهذا يبقى دور تحليل البيانات لاستخلاص نتائج ومخرجات – المثال السابق كان لتوضيح الفكرة فقط.

  المصفوفات  Arrays

المصفوفات من الادوات الهامة في لغات البرمجة لتخزين قيم عددية او حرفية تحت نفس الاسم بمعنى آخر دعنا نرى المثال التالي لتخزين عدد

int A;

 A=5;

في هذا المثال لم نستطع ان نخزن في المتغير المعلن عنه وهو عدد صحيح سوى قيمة واحدة فقط ولو حاولت (بالطبع تتفق معي في هذا ) تخزين قيمة اخرى فسوف تلغي القيمة الاولى لتحل محلها القيمة الجديده تقوم المصفوفات بعلاج هذه المشكلة مثال لذلك.

int A[50];

اعلن عن مصفوفة اعداد صحيحة تستطيع تخزين خمسون عدد صحيح كما يلي

 A[0] = 5;

A[1] = 10;

.

A[49] = 300;

مع ملاحظة ان التعبير التالي سوف يعتبر خطأ جسيم مع لغة سي++

A[50] = 200;

رغم ان المصفوفة تتسع ل 50 رقم الا ان المصفوفة تبدء من العنصر A[0] وتنتهي بالعنصر A[49]  وبذلك يكون مجموع العناصر 50 كما طلبت شاملا الرقم صفر وفي لغة سي++ دائما نبدء العد من صفر وليس من 1

  ويمكن ان تكون المصفوفة ذات اتجاهين مثل

15 65 33 44

1  0  11 22

33 52 11 17 

18 25 14 41

  لتمثل بلغة سي ++ كما يلي

 int A[4][4];

  حيث يكون العدد 44 المظلل بالاحمر هو

A[0][0] = 44;

ويكون العدد 18 المظلل بالاخضر هو

A[3][3] = 18;

  وافضل طريقة لتعبئة وتخصيص قيم لمصفوفة وللتعامل مع المصفوفات بصفة عامة هي عمل looping  باستخدام for  او غيرها كما سبق ووضحنا ذلك وكمثال  لملئ المصفوفة التالية بالقيمة صفر

int A[100];

int I;

for (I = 0 ; I < 100 ; I++)

{

A[I] = 0;

}

بالطبع الدوران السابق يغير قيمة العداد من صفر الى 99 ووضعنا داخل البلوك تخصيص لعناصر المصفوفة وبدلا من وضع قيمة عددية لتشير لعنصر بالمصفوفة وضعنا رمز العداد حيث انه سوف يتغير مع الدوران الذي يحدث وبالتالي تتخصص القيم حسب الترتيب

  ولتخصيص القيم صفر مثلا لمصفوفه ذات اتجاهين

int A[10][10] , I , J;

for (I = 0 ; I < 10 ; I++)

{

for (J = 0 ; J < 10 ; J++)

{

A[I][J] = 0;

}

}

بوضع دورتين واحدة تدور على الصفوف حتى تنهيها وتعود لتغير الصف وهكذا كما سبق وتعلمت

  ولنا في المصفوفات مآرب أخرى

  لاتحتوي لغة سي ++ على تعريف ثابت وداخلي للمتغيرات الحرفية ولذلك يتم تلافي ذلك باستخدام المصفوفات ربما يعترض واحد من المتابعين لهذه الدروس بأن الامر char يقوم بذلك نعم هو كذلك ولكنه يعرف المتغير على انه حرف واحد فقط ونحن سنتحايل عليه بالمصفوفات كما يلي

char  Q;

Q = ‘A’;

عرفنا المتغير Q على انه حرف وبالتالي لانستطيع تخزين فيه سوى القيمة A  فاءذا طلبت طباعة قيمة المتغير Q سيقوم البرنامج بطبع الحرف A  فماذا لو اننا نريد تخزين عدة حروف تمثل اسم شخص اذا علينا بمصفوفة حروف كما يلي

char Q[40];

Q = “Mohamad Hasan”;

هل رأيت كيف تغلبنا على ذلك اعتمد الصيغة السابقة مؤقتا حتى الوصول لدرس يعطيك مزايا اكثر وشرح اوضح للمتغيرات الحرفية اننا لن نتأخر كثيرا عليك فهو الدرس القادم .

  المتغيرات الحرفية

  لقد تحدثنا في الدرس السابق عن تخزين الحروف في مصفوفات وألان سوف نعيد ما قلناه بشئ من التفصيل لنأخذ مثال مشابه لما سبق تماما

char A[50];

سوف تتذكر الآن ما قلناه بأن المصفوفة السابقة تقوم بتخزين اسم أو مجموعة حروف عددها 50 حرف شاملا المسافات التي بين الأسماء فعند ضغطك على قضيب المسافات يعتبر حرف ولكنه ليس له شكل لينتج المسافة بين الكلمات المهم ان المجموع 50 حرف تبدأ المصفوفة من صفر إلى 49 كما قلنا سابقا ان مصفوفات سي++ تبدأ من صفر وليس من واحدد ولذلك الإعداد من صفر إلى 49 هي 50 عدد وبالتالي عدد الحرف المخزنة هي 50 حرف كما سبق وطلبت وتم تلبية طلبك كل ذلك قلناه سابقا ولكن دعني أضيف بأن عدد الحروف التي سوف تدخلها سوف تكون 49 فقط وليس 50 لان سي++ تضيف في نهاية المتغير الحرف رقم 50 من عندها وهو الحرف \0 وهو يعني نهاية المتغير الحرفي ليعرف نظام التشغيل بأن هذه هي نهاية المتغير ولا يوجد شئ بعدها والرمز السابق يطلق عليه NULL character

وخلاصة القول ان تعلن عن المصفوفة بعدد يزيد بواحد عن سعتها المدخلة

لا تتضايق مما تفعلة سي++ من اضافة رمز على حسابك الخاص في نهاية المتغير انك تفعل ذلك وانا ايضا افعل ذلك فعند كتابة فقرة مكونة من حروف نضع نقطة في نهاية الكلام لنفيد القارئ بأن الكلام انتهى – أليس كذلك

استخدام المؤشرات للاعلان عن متغيرات الحروف

  يمكنك ايضا ان تعلن عن المتغير الحرفي باستخدام المؤشرات وهو درس كان يجب ان اشرحة ضمن الدروس السابقة ولكني رأيت ان اتركه للنهاية مع انه من المفترض ان يكون في البداية ولكن لصعوبته قليلا تلافيت وضع امثلة تحتوى مؤاشرات ما أمكن في البداية انتظارا لشرحة – يمكنك ان تعلن عن متغير حرفي بهذه الطريقة

char *A;

  وهذه طريقة اخرى للاعلان عن متغيرات حرفية تحتوي مميزات اكبر

 A = new char [50];

  ولنأخذ طريقة صياغة الامر السابق بجدولنا المعتاد

والجديد في الصيغة السابقة هو انك بعد ان تنتهي من جميع العمليات الخاصة بالمصفوفة السابقة يمكن ان تلغيها ولذلك لتفريغ المساحة الخاصة بها من الذاكرة وهذه هي سي++ القوية جدا وذلك بالصيغة التالية

delete  [A] ;

ادخال المتغيرات الحرفية

  بالطبع ليس عندك مشكلة الآن في ادخال المتغيرات الحرفية باستخدام cin  ولكن لزم هنا التنويه بأن هذا الامر بالفعل سوف يدخل الحروف ولكنه سوف يتوقف عن الادخال عند الضغط على قضيب المسافة فلو انك تريد ادخال الاسم Mohamad Hasan الى متغير حرفي سوف يستقبل الاسم Mohamad  وعند ضغطك على قضيب المسافة لادخال بقية الاسم Hasan

حينها سوف يتوقف ولا يقبل الا الجزء الاول من الاسم وعليه استخدام احد عناصر فئة cin والفئات سوف نشرحها في درس قادم وهو

cin.getline (A,50,’\n’);

وصيغتة كما يلي

  مزيدا من الدوال التي تتعامل مع المتغيرات الحرفية

  انها عدد من الدوال للمقارنة بين الحروف والتعامل معها كما سيلي شرحه

char  Name1 [30] = “MOHAMAD HASAN”;

 char  Name2 [30] = “mohamad hasan”;

 int  L;

 L = strcmp (Name1 , Name2);

الدالة strcmp  تقارن بين متغيرين حرفيين مع الاخذ في الاعتبار حالة الحروف الصغيرة والكبيرة فالحرف A  بالنسبة لها غير الحرف a  وتعيد قيمة عدد صحيح يخزن في المتغير الصحيح L  كما يلي

 ربما يسأل احدكم سؤال ما معنى ان يكون اسم اكبر من اسم حيث ان اسم يساوي اسم هو شئ مفهوم اي تطبق الحروف فما معنى ان يكون اكبر او اصغر – نعم ربما يهمك فقط عملية التساوى كأن تدخل كلمة سر يتم مقارنتها مع كلمة اخرى مخزنة داخل الحاسب للتعرف على الشخص  اما حالة ان يكون الاسم اكبر او اصغر فهي نادرة الاستخدام وتستخدم فقط في ترتيب الاسماء ابجديا ومعنى اكبر ان يكون ترتيب الحروف في جدول اسكي  للاسم الاكبر يلي ترتب الحروف للمتغير الاصغر .

في المثال السابق لن تكون قيمة L  تساوي صفر رغم ان الحروف واحدة للاسمين ولكن مرة حروف صغيرة ومرة حروف كبيرة ولكن هناك الدالة التالية التي لاتهتم بحالة الحروف

char  Name1 [30] = “MOHAMAD HASAN”;

 char  Name2 [30] = “mohamad hasan”;

 int  L;

 L = strcmpi (Name1 , Name2);

هذه الدالة strcmpi  سوف تعطي قيمة = صفر لان الاسمين متساويين وهي لاتهتم بحالة الحروف

الحاق متغير حرفي بآخر strcat

char  Name1 [30] = “Mohamad”;

 char  Name2 [30] = “Hasan”;

 int  L;

strcat (Name1 , Name2);

تقوم الدالة بالحاق الاسم الثاني بالاول ليصبح الاسم الثاني عبارة عن الاسمين مدموجين وتكون النتيجة ان المتغير الثاني Name2 بعد العملية السابقة يصبح حاملا القيمة

Mohamad Hasan

تحويل الحروف الصغيرة الى كبيرة strupr

char  Name [30] = “mohamad hasan”;

strupr (Name);

بعد العملية السابقة يتحول المتغير Name  الى MOHAMAD HASAN

تحويل الحروف الكبيرة الى صغيرة strlwr

char  Name [30] = “MOHAMAD HASAN”;

strlwr (Name);

 بعد العملية السابقة يتحول المتغير Name  الى mohamad hasan

قياس طول متغير حرفي strlen

char  Name [30] = “MOHAMAD HASAN”;

int L;

L = strlen (Name);

بعد العملية السابقة سيتم قياس طول المتغير الحرفي او عدد حروفه ويوضع كعدد بالمتغير L  حيث سبق الاعلان عنه كعدد صحيح

واليك مثال يشمل كل ما سبق شرحه

#include <iostream.h>   //For cout

#include <string.h>     //For many of the string functions

int main()

{

  char name[50];            //Declare variables

  char lastname[50];        //This could have been declared on the last line  

cout<<"Please enter your name: ";   //Tell the user what to do

  cin.getline(name, 50, '\n');      //Use gets to input strings with spaces

// or just to get strings after the user presses enter

  if(!strcmpi("Mohamad", name)) //The ! means not,strcmpi returns 0 for

  {                               //equal strings

    cout<<"That's my name too."<<endl; //Tell the userif its my name

  }

  else                              //else is used to keep it from always

    {                             //outputting this line

     cout<<"That's not my name." 

  }

   cout<<"What is your name in uppercase..."<<endl;

  strupr(name);                   //strupr converts the string to uppercase

  cout<<name<<endl;              

  cout<<"And, your name in lowercase..."<<endl;

  strlwr(name);                    //strlwr converts the string to lowercase

  cout<<name<<endl;

  cout<<"Your name is "<<strlen(name)<<" letters long"<<endl;  //strlen returns

//the length of the string

  cout<<"Enter your last name:";

  gets(lastname);               //lastname is also a string

  strcat(name, " ");              //We want to space the two names apart

  strcat(name, lastname);      //Now we put them together, we a space in

//the middle

  cout<<"Your full name is "<<name; //Outputting it all...

  return 0;

}

الملفات Files

في هذا الدرس سوف نتعرض لتخزين البيانات واسترجاعها من الملفات بالطبع مافائدة ادخال كم كبير من البيانات اذا لم نستطع تخزينها واسترجاعها ان اوامر الحفظ بالبرامج التي تستخدمها من اهم الاوامر التي تستخدمها وان امر فتح ملف ماهي الا عملية استرجاع لبيانات سبق حفظها بملف وهذا هو موضوعنا اليوم.

عندنا اليوم فئتين هامتين للعمليتين السابق ذكرهما ألا وهما الحفظ والاسترجاع وبالاضافة الى الفئتين سيكون بصحبتنا الملف fstream.h كرأس ملف للتعريفات الخاصة بالفئتين

الفئة الاولى ifstream

ستتولى هذه الفئة القراءة من الملفات اي عملية استرجاع البيانات او فتح الملفات

الفئة الثانية ofstream

ستتولى هذه الفئة الكتابة في الملفات اي عملية حفظ البيانات

ولنأخذ مثال للتوضيح

ifstream  MyFile (“mydata.txt”);

ولنرى طريقة صياغة الامر بالجدول المعتاد

يستخدم البارامتر الاختياري لاستدعاء دوال الفئة سواء لفتح او اغلاق الملف وكل ملف يفتح سواء للكتابة او القراءة لابد ان يغلق بعد تمام العملية واذا نسيت ذلك فتأكد من ضياع بياناتك وهذا يحدث كثيرا عند اغلاق الكومبيوتر بغير الطريقه الصحيحة حينها تكون البرامج قد قامت بفتح ملفات ولم تغلقها لانك اغلقت الجهاز حينها تحدث اخطاء ويقوم نظام تشغيل الوندوز باستدعاء scandisk للتصحيح هذه المشكلة

MyFile.close();

البارامتر السابق تعريفه للفئة يقوم باستدعاء احد الدوال الهامه وهي دالة اغلاق الملف كما ذكرنا لك سابقا واليك مثال كامل لعمليات الحفظ والاسترجاع لتتضح الصورة امامك كاملة.

#include <fstream.h>

#include <iostream.h>

int main()

{

  char str[10];           

  ofstream svfile("example.txt");

  svfile<<"I want to save this line of data as an example";

  svfile.close();                          

  ifstream rdfile("example.txt");

  rdfile>>str;   

  cout<<str;  

  rdfile.close();   

}

تم الاعلان عن معاملين افتراضيين هما svfile ليعمل مع الفئة ofstream  لتخزين البيانات والمتمثلة تخزين العبارة I want to save this line of data as an example

بعد ذلك استخدم معامل الفئة لاغلاق الملف بالدالة close

  والمعامل الثاني rdfile ليعمل مع الفئة ifstream لقراءة البيانات من الملفات وبالتحديد الملف المذكور example.txt ثم تحميل البيانات الى متغير حرفي سبق الاعلان عنه واستخدام معامل الفئة لاغلاق الملف

المشكلة الواجب التنبيه عليها انه مع الفئة ofstream  واذكرك بأنها هي التي تحفظ الملفات ان الملف الذي اعطيتها اسمه اذا لم يكن موجود فسوف ينشأ اما اذا كان موجود فسوف يلغى مابداخله وهذه مشكله فربما انك تفتح ملف موجود وتريد اضافة بيانات له او تعديل بيانات فيه ولذلك يجب اعطاء وتمرير بارامترات للدالة المستخدمة كما يلي

ifstream svfile("mydata.txt", ios::nocreate);

 أوامر بدء التشغيل

لايوجد برامج قابلة للتشغيل على نظام تشغيل دوس سوى الملفات ذات الامتداد .bat و.com و .exe  ومع نظام وندوز نفس الامتدادات ماعدا .com الذي اختفى مع وندوز ولكن ربما يعترض البعض بأنهم تحت نظام وندوز يستطيعون تشغيل معظم الامتدادات مثل ملف ذو امتداد .doc اي ملف ميكروسوفت ورد بمجرد النقر على ايكونة الملف فكيف يتم ذلك وهل يتعارض ذلك مع ماقلناه سابقا.

بالطبع يتعارض ذلك مع ما قلناه سابقا وهي عبارة عن عملية وهمية حيث يتعرف نظام التشغيل على نوعية الملفات وامتدادها لكل برنامج ويسجل ذلك في قواعد بياناته حتى ان نظام التشغيل يعطي كمثال ايكون البرنامج للملفات التي ينتجها البرنامج كأن يأخذ ملف خطاب قمت بكتابته تحت ميكروسوفت ورد نفس ايكون برنامج ميكروسوفت ورد فمبجرد النقر على الملف يقوم النظام بالبحث في بياناته المسجلة ليعرف البرنامج الذي يتبعه هذا الملف ليقوم بتشغيله وتغذيته مبدئيا باسم الملف الذي تم النقر عليه وهذه العملية تسمى ب command line وهي موضوع دراستنا اليوم

لنقوم بعمل تطوير للدالة الرئيسيه لبرنامج ليتقبل اوامر عند بدء تشغيله

int main(int argc, char * argv[])

لاتضع قيمة للمتغير argc سيقوم البرنامج بتخصيص هذه القيمة ولكن داخل البرنامج اذا كشفت عن قيمة المتغير وكانت تساوي صفر وكانت رغبتك ان يدخل مستخدم البرنامج اسماء للبرنامج ليعمل عليها فيمكنك حينئذ ان توقف تشغيل البرنامج وتعطيه رسالة تحذير او خطأ بأنه لم يفعل المطلوب هل عرفت الآن فائدة هذا المتغير

اما المصفوفة argv فهي تحتوي المتغير الاول في العنصر argv[0]  والثاني في المتغير سيكون بعنصر المصفوفة argv[1] وهكذا

مثال

Myprog.exe mydatafile.txt

سيكون Myprog.exe  هو البرنامج و mydatafile.txt هو الامر المخزن في المصفوفه argv[0]

ويمكنك ايضا ان تضيف المسار الموجود فيه الملف المراد تحميله دون ان يعتبر ذلك امر اضافي مثل

Myprog.exe c:\myfolder\mydatafile.txt

  ولايكون دائما سطر الاوامر او البيانات المبدئية هي اسماء ملفات بل يمكن ان تكون ارقام يعمل عليها البرنامج عند بدء تشغيله مع الاخذ في الاعتبار ان تدخل في صورة حروف ويتم استخدام اوامر اللغة في تحويله الى ارقام يمكن العمل عليها

الدرس الحادي عشر    الصفحة الرئيسية