1.7 MATLAB的文件I/O

在MATLAB中，提供了許多有關文件的輸入和輸出函數，它們具有直接對磁盤文件進行訪問的功能，使用這些函數可以很方便地實現各種格式的讀取工作，不僅可以進行高層次的程序設計，也可以對低層次的文件進行讀寫操作，這樣就增加了MATLAB程序設計的靈活性和兼容性。

1.7.1 處理二進制文件

對于MATLAB而言，二進制文件是相對比較容易處理的。和后面介紹的文本文件相比較，二進制文件是比較容易和MATLAB進行交互的。

對于和MATLAB同等層次的文件，可以使用load、save等命令對該文件進行操作，具體的操作方法前面已經介紹過。這里主要介紹在MATLAB中讀取低層次數據文件的方法，這些函數可以對多種類型的數據文件進行操作，常用的函數如表1-11所示。

1.文件的打開和關閉

在對文件進行處理的所有工作當中，打開文件或者關閉文件都是十分基礎的工作。

MATLAB利用函數fopen（）打開或獲取低層次文件的信息，該函數的調用格式為

[fid，message] =fopen（′filename′，′mode′）

其中，filename表示打開的文件名；mode表示打開文件的方式，其中“r”表示以只讀方式打開，“w”表示以只寫方式打開，并覆蓋原來的內容，“a”表示以增補方式打開，在文件的尾部增加數據，“r+”表示讀寫方式打開，“w+”表示創建一個新文件或刪除已有的文件內容，并進行讀寫操作，“a+”表示以讀取和增補方式打開；message為打開文件的信息；fid為文件句柄（或文件標識），如果該文件存在，則返回的文件句柄fid的值為非-1，以后就可以對該句柄指向的文件進行直接操作了，如果該文件不存在，則返回的句柄值為-1，但不會中斷運行。

在默認的情況下，函數fopen（）會選擇使用二進制的方式打開文件，在該方式下，字符串不會被特殊處理。如果用戶需要用文本形式打開文件，則需要在上面的mode字符串后面填加“t”，例如，“rt”、“rt+”等。

在打開文件后，如果完成了對應的讀寫操作，應該利用fclose（）函數來關閉該文件，否則打開過多的文件，將會造成系統資源的浪費。該函數的調用格式為

status=fclose（fid）

其中，fid為使用fopen（）函數得到的文件句柄（或文件標識）；status為使用fclose（）函數得到的結果，如status=0表示關閉文件的操作成功，否則得到的結果為status=-1。

例如用戶想新建一個名為myfile.txt的文件，對其進行讀寫操作，則可以利用以下MAT-LAB命令

      ＞＞[myfid，message] =fopen（′myfile.txt′，′w′）

結果顯示：

      myfid=
            3
      message=
              ′′

完成了對該文件的讀取操作后，用戶可以調用fclose（myfid）命令來關閉該文件。

2.讀取M文件

常見的二進制文件包括.m、.dat等文件，在MATLAB中可以使用fread（）函數來讀取對應的文件，該函數的調用格式為

[A，count] =fread（fid，size，′precision′）

其中，fid為打開文件的句柄；size表示讀取二進制文件的大小，其中當size為n時表示讀取文件前面的n個整數并寫入到向量中，size為inf時表示讀取文件直到結尾，size為[m，n]時表示讀取數據到m ×n矩陣中（按照列排列，僅n可以為inf）”；precision用來控制二進制數據轉換成為MATLAB矩陣時的精度，如可取precision為uchar、schar、int8、int16、int32、int64、uint8、uint16、uint32、uint64、single、float32、double或float64；A為存放數據的向量或矩陣；count表示A中存放數據的數目。

【例1-36】 利用函數fread（）讀取M文件的內容。

解 首先利用MATLAB的M文件編輯器編寫具有以下內容的M文件，并將其以ex1_36.m保存。

            a=3；b=6；c=a*b

然后利用以下MATLAB命令讀取該文件

      ＞＞fidex1_36=fopen（′ex1_36.m′，′r+′）；A=fread（fidex1_36）

結果顯示：

      A=
        97
        61
        …
        13
        10

從上面的結果可以看出，盡管打開的文件中是程序代碼，但是使用fread（）讀取該文件后，得到的卻是數值數組。

利用以下命令可以得到該文件的程序代碼

      ＞＞disp（char（A′））；

結果顯示：

      a=3；b=6；c=a*b

從結果的角度來看，上面的命令代碼和“type ex1_36.m”是相同的，相當于將該文件中的所有代碼都顯示出來。

3.讀取TXT文件

TXT文件也是比較常見的二進制文件，以下通過一個簡單的例子來介紹如何在MATLAB中讀取TXT文件。

【例1-37】 在MATLAB中讀取ex1_37.txt文件的內容。

解 首先將以上M文件ex1_36.m更名為ex1_37.txt，然后利用以下MATLAB命令

      ＞＞fidex1_37=fopen（′ex1_37.txt′，′r′）；A=fread（fidex1_37，′*char′）；sprintf（A）

結果顯示：

      ans=
          a=3；b=6；c=a*b

或利用命令

      ＞＞fidex1_37=fopen（′ex1_37.txt′，′r′）；A1=fread（fidex1_37，9，′*char′）；
      ＞＞A2=fread（fidex1_37，5，′*char′）；A3=fread（fidex1_37，4，′*char′）；
      ＞＞A4=fread（fidex1_37，6，′*char′）；sprintf（′%c′，A1，A2，′+′，A3，′+′，A4）

結果顯示：

      ans=
          a=3；b=6；c=a*b

4.寫入二進制文件

在MATLAB中，如果用戶希望按照指定的二進制文件格式，將矩陣的元素寫入文件中，可以使用函數fwrite（）來完成。該函數的調用格式為

fwrite（fid，A，′precision′）

其中，fid為打開文件的句柄；A表示寫入數據的向量或矩陣；precision用來控制二進制數據轉換成為MATLAB矩陣時的精度。

【例1-38】 在MATLAB中使用函數fwrite（）來寫入二進制文件。

解 MATLAB命令為

      ＞＞fidex1_38=fopen（′ex1_38.txt′，′w′）；A=[1 2 3；4 5 6]
      ＞＞fwrite（fidex1_38，A，′int32′）；fclose（fidex1_38）；
      ＞＞fidex1_38=fopen（′ex1_38.txt′，′r′）；B=fread（fidex1_38，[2，3]，′int32′），fclose（fidex1_38）；

結果顯示：

      A=
        1    2    3
        4    5    6
      B=
        1    2    3
        4    5    6

1.7.2 處理文本文件

MATLAB的數據I/O操作支持多種數據格式，包括：文本數據、圖形數據、音頻和視頻數據、電子表格數據和科學數據。針對不同數據類型的數據文件，提供了多種處理函數，分別用于處理各種格式的數據文件。其中文本文件的讀取函數如表1-12所示。文本文件中數據是按照ASCII碼存儲的字符或數字，它們可以顯示在任何文本編輯器中。

1.讀取文本文件

在MATLAB中，提供了多個函數來讀取文本文件中的數據，其中比較常見的函數有csvread（）、csvread（）和csvread（），這些函數有各自的使用范圍和特點。它們的調用格式分別為

                          A=csvread（′filename′，row，col）
                          A=dlmread（′filename′，delimiter）
                          A =textread（′filename′，′format′，N）

其中，filename為打開的文本文件名；row和col分別為需要讀取的數據行和列；delimiter為用戶自定義的分隔符；fp為打開文件的句柄；format表示讀取文件的變量格式；N表示讀取數據的循環次數；A表示存放數據的向量或矩陣。

2.寫入文本文件

利用函數csvwrite（）、csvwrite（）和csvread（）可將數據寫入文本文件，它們的調用格式分別為

csvwrite（′filename′，A，row，col）

dlmwrite（′filename′，A，′-append′，delimiter）

其中，filename為數據寫入的文本文件名；A表示寫入數據存放的向量或矩陣；row和col分別表示在原始數據基礎上添加的數據行和列數；delimiter為用戶自定義的分隔符；fp為打開文件的句柄；format表示讀取文件的變量格式；N表示讀取數據的循環次數。

【例1-39】 在MATLAB中使用函數csvwrite（）或dlmwrite（）來寫入文本文件。

解 MATLAB命令為

      ＞＞A=[1 2 3；4 5 6]；csvwrite（′ex1_39.dat′，A）；type ex1_39.dat
      ＞＞B=csvread（′ex1_39.dat′），C=dlmread（′ex1_39.dat′）

或

      ＞＞A=[1 2 3；4 5 6]；dlmwrite（′ex1_39.txt′，A）；type ex1_39.txt；
      ＞＞B=csvread（′ex1_39.txt′，0，0），C=dlmread（′ex1_39.txt′）

結果顯示：

      1，2，3
      4，5，6
      B=
        1    2    3
        4    5    6
      C=
        1    2    3
        4    5    6