Программирование

3.4.2 Обработка двоичных файлов

Двоичный файл, как и текстовый открывается с помощью функции . Разница в том, что в параметре вместо буквы должна использоваться буква (от слова — двоичный): и т.д.

Чтение из двоичного файла осуществляется с помощью обращения к функции

= fread;, где — идентификатор файла, — количество считываемых из файла элементов, — тип считываемых из файла элементов.

Возможные значения параметра приведены в табл. 3.5.

Таблица 3.5. Возможные значения параметра type

Параметр type	Размер(байт)	Описание
uchar	1	Целое число без знака ()
schar	1	Целое со знаком ()
int16	2	Целое со знаком ()
int32	4	Целое со знаком ()
int64	8	Целое со знаком
uint16	2	Целое без знака ()
uint32	4	Целое без знака ()
uint64	8	Целое без знака ()
float32	4	Вещественное число ()
float64	8	Вещественное число ()

Функция считывает из предварительно открытого файла с идентификатором элементов типа и записывает их в массив (матрицу) , количество реально читанных элементов возвращается в переменной . Если при обращении к функции отсутствует параметр , то подразумевается что из двоичного файла будут считываться значения типа (однобайтовое целое без знака). Если пропущен и параметр , то в массив будут считываться все значения до конца файла. Параметр может быть представлен в виде , в этом случае данные считываются в матрицу размером .

Файл — последовательная структура данных. После открытия файла доступен первый элемент, хранящийся в файле. После чтения очередной порции данных указатель файла смещается на следующую порцию данных.

Текущая позиция указателя файла (смещения от начала файла в байтах) возвращается функцией ftell, здесь — идентификатор уже открытого с помощью файла.

Для перемещения указателя в начало файла служит функция frewind(f );

Функция fseek; обеспечивает все остальные перемещения указателя файла. Функция перемещает текущую позицию в файле с идентификатором на байт относительно позиции .

Параметр может принимать одно из следующих значений:

• строка или число -1 определяет смещение относительно начала файла, в этом случае значение может быть только положительным;
• строка или число 1 определяет смещение относительно конца файла на байтов назад, в этом случае значение также должно быть положительным;
• строка или число 0 определяет смещение относительно текущей позиции на байтов вперёд или назад .

Запись в двоичный файл осуществляется с помощью функции = fwrite, где — идентификатор файла, — массив (матрица) значений, — тип записываемых в файл элементов.

Функция записывает в заранее открытый файл с идентификатором массив , и возвращает количество реально записанных в файл значений .

Рассмотрим несколько примеров работы с двоичными файлами.

Пример 3.14. Создать двоичный файл abc.dat, куда записать целое число , а затем вещественных чисел.

Решить эту задачу можно двумя способами:

1. Записать в файл целое число , а затем в цикле вещественных чисел.
2. Записать в файл целое число , а затем одним оператором записать в файл массив из вещественных чисел.

Решение задачи с комментариями обоими способами представлено в листинге 3.16.

	
% Первый способ _________________________
N=input(’N=’); % Ввод значения переменной N.
f=fopen(’abc.dat’, ’wb’); % Открытие двоичного файла abc.dat
						% в режиме 
	записи2Если файл abc.dat не существовал, он создастся, если существовал — все его содержимое будет утеряно. (Прим. редактора).
fwrite(f, N, ’int16’); % Запись числа N в двоичный файл abc.dat.
for i =1:N % Цикл для ввода N вещественных чисел и записи их в файл
	x=input(’X=’); % Ввод очередного вещественного числа x.
	fwrite(f, x, ’float32’); % Запись очередного числа x в файл.
end;
fclose(f); % Закрытие файла.
% Второй способ _________________________
N=input(’N=’); % Ввод значения переменной N.
f=fopen(’abc.dat’, ’wb’); % Открытие двоичного файла для записи.
fwrite(f, N, ’int16’); % Запись числа N в двоичный файл abc.dat.
for i =1:N % Цикл для ввода массива из N вещественных чисел.
	x ( i )=input(strcat(’x(’, int2str(i), ’)=’ ) ); % Ввод очередного
													% вещественного числа в массив x.
end;
fwrite(f, x, ’float32’); % Запись массива x в двоичный файл abc.dat.
fclose(f); % Закрытие файла.

В результате будет сформирован двоичный файл размером байт. Запустим любую из этих программ на выполнение в командной строке, введём и сформируем файл abc.dat размером 82 байта.

Пример 3.15. Считать данные из файла abc.dat, сформированного в задаче из примера 3.14 в массив вещественных чисел.

Программа решения этой задачи представлена в листинге 3.17.

	
f=fopen(’abc.dat’, ’rb’);% Открытие файла abc.dat в режиме чтения.
N=fread(f, 1, ’int16’); % Чтение числа N из двоичного файла abc.dat.
x=fread(f, N, ’float32’); % Чтение массива из N вещественных чисел
						% из двоичного файла abc.dat
fclose(f); % Закрытие файла.

Пример 3.16. Считать данные из файла abc.dat, сформированного в задаче из примера 3.14 в матрицу вещественных чисел.

Зная, что в файле abc.dat хранится 20 чисел, в качестве примера запишем их в матрицу размером . Программа решения этой задачи представлена в листинге 3.18. В результате работы этой программы будет сформирована матрица вещественных чисел .

	
f=fopen(’abc.dat’, ’rb’); % Открытие файла abc.dat в режиме чтения.
N=fread(f, 1, ’int16’); % Чтение числа N из двоичного файла abc.dat.
G=fread(f, [4 5], ’float32’); % Чтение матрицы вещественных чисел
							% G(4, 5) из двоичного файла abc.dat.
fclose(f); % Закрытие файла.
>>> G
G =
1.20000 9.00000 7.40000 8.90000 5.40000
3.40000 0.10000 6.50000 0.90000 4.30000
5.60000 9.20000 5.60000 8.70000 3.20000
7.80000 8.30000 7.80000 6.50000 2.10000

Отдельную задачу представляет чтение данных из двоичного файла, если заранее не известно количество элементов в файле. В листинге 3.19 представлена программа, с помощью которой можно создать файл вещественных чисел.

	
N=input(’N=’); % Ввод значения переменной N.
f=fopen(’abc2.dat’, ’wb’);% Открытие файла abc2.dat в режиме записи.
for i =1:N % Цикл для ввода N вещественных чисел и записи их в файл.
	x=input(’X=’);% Ввод очередного вещественного числа x.
	fwrite(f, x, ’float32’); % Запись числа x в файл abc2.dat.
end;
fclose(f); 

Отличие этой программы от представленных в листингах 3.17 и 3.18 состоит в том, что оличество записанных в файл abc2.dat вещественных чисел в нём не хранится. Поэтому чтение данных из такого файла осуществляется несколько иначе. Известно, что функция возвращает текущее положение указателя файла. Если с помощью функции передвинуть указатель в конец файла, а затем обратиться к функции , можно вычислить количество байт в файле. Разделив полученное число на 4 (размера вещественного числа типа ), получим количество элементов в файле, после чего считаем нужное количество элементов в массив с помощью функции .

Программа, реализующая описанные выше действия, представлена в листинге 3.20.

	
f=fopen(’abc2.dat’, ’rb’);% Открытие файла abc2.dat в режиме чтения.
fseek(f, 0, 1); % Перевод указателя в конец файла.
N= ftell(f) / 4; % Вычисляем количество байт в файле и делим на размер
				% одного элемента, для float32 это число 4
frewind(f); % Переводим указатель на начало файла
x=fread(f, N, ’float32’); % Чтение из файла abc2.dat в массив x N чисел.
fclose(f);% Закрытие файла.

Аналогичным образом можно будет считать данные любого типа из двоичного файла. Отличие будет состоять только в том, что в операторе N=ftell(f)/4; необходимо заменить число 4 на действительный размер элементов, хранящихся в файле и при обращении к функции указать в качестве третьего параметра реальный тип считываемых данных. Функция не считает больше элементов, чем находится в файле, независимо от того, что указано во втором параметре. Поэтому, если в листинге 3.20 оператор вычисления записать следующим образом N=ftell(f), то программа будет корректно считывать данные в массив любого типа. Будет происходить следующее: оператор x=fread(f,N,type) попытается считать элементов из двоичного файла, но не считает значений больше, чем их там есть, и остановится в конце файла.