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  • 文件的逻辑结构

    1、文件的逻辑结构

    所谓的“逻辑结构”,就是指在用户看来,文件内部的数据应该是如何组织起来的。而“物理结构”指的是在操作系统看来。文件的数据是如何存放在外存中的。

    类似于数据结构的“逻辑结构”和“物理结构”。

    如“线性表”就是一种逻辑结构,在用户角度看来,线性表就是一组有先后关系的元素序列,如: a,b, c, d, e ......

    “线性表”这种逻辑结构可以用不同的物理结构实现,如:顺序表/链表。顺序表的各个元素在逻辑上相邻,在物理上也相邻;而链表的各个元素在物理上可以是不相邻的。因此,顺序表可以实现“随机访问”,而“链表”无法实现随机访问。

    可见,算法的具体实现与逻辑结构、物理结构都有关(文件也一样,文件操作的具体实现与文件的逻辑结构、物理结构都有关)

    1.1、有结构文件

    按文件是否有结构分类,可以分为无结构文件、有结构文件两种。

    无结构文件:文件内部的数据就是一系列二进制流或字符流组成。又称“流式文件”。如:Windows操作系统中的.txt文件。

    有结构文件:由一组相似的记录组成,又称“记录式文件”。每条记录又若干个数据项组成。如:数据库表文件。一般来说,每条记录有一个数据项可作为关键字。根据各条记录的长度(占用的存储空间)是否相等,又可分为定长记录和可变长记录两种。

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    1.1.1、顺序文件

    顺序文件:文件中的记录一个接一个地顺序排列(逻辑上),记录可以是定长的或可变长的。各个记录在物理上可以顺序存储或链式存储。

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    可见,顺序文件的缺点是增加/删除一个记录比较困难(如果是串结构则相对简单)

    1.1.2、索引文件

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    索引表本身是定长记录的顺序文件。因此可以快速找到第i个记录对应的索引项。
    可将关键字作为索引号内容,若按关键字顺序排列,则还可以支持按照关键字折半查找。
    每当要增加/删除一个记录时,需要对索引表进行修改。由于索引文件有很快的检索速度,因此主要用于对信息处理的及时性要求比较高的场合。
    另外,可以用不同的数据项建立多个索引表。如:学生信息表中,可用关键字“学号”建立一张索引表。也可用“姓名”建立一张索引表。这样就可以根据“姓名”快速地检索文件了。
    (Eg:SQL就支持根据某个数据项建立索引的功能)

    1.1.3、索引顺序文件

    思考索引文件的缺点:每个记录对应一个索引表项,因此索引表可能会很大。比如:文件的每个记录平均只占8B,而每个索引表项占32个字节,那么索引表都要比文件内容本身大4倍,这样对存储空间的利用率就太低了。

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    索引顺序文件是索引文件和顺序文件思想的结合。索引顺序文件中 ,同样会为文件建立一张索引表,但不同的是:并不是每个记录对应一个索引表项,而是一组记录对应一个索引表项。

    1.1.3.1、检查效率分析

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    若一个顺序文件有10000个记录,则根据关键字检索文件,只能从头开始顺序查找(这里指的并不是定长记录、顺序结构的顺序文件),平均须查找5000个记录。

    若采用索引顺序文件结构,可把10000个记录分为v10000= 100 组,每组100个记录。则需要先顺序查找索引表找到分组(共100个分组,因此索引表长度为100,平均需要查50次),找到分组后,再在分组中顺序查找记录(每个分组100个记录,因此平均需要查50次)。可见,采用索引顺序文件结构后,平均查找次数减少为50+50 = 100次。

    同理,若文件共有10个记录,则可分为1000个分组,每个分组1000个记录。根据关键字检索一个记录平均需要查找500+500 = 1000次。这个查找次数依然很多,如何解决呢?

    1.1.3.2、多级索引顺序文件

    为了进一步提高索引效率,可为顺序文件建立多级索引表。例如,对一个含10^6个记录的文件,可先为该文件建立一张低级索引表,每100个记录为一组,故低级索引表中共有10000个表项(即10000个定长记录),再把这10000个定长记录分组,每组100个,为其建立顶级索引表,故顶级索引表中共有100个表项。

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