MATLAB中的文件读写

这一篇就要简单介绍MATLAB中的典型文件类型和文件操作。

基于字节流的接口

Matlab本身提供的文件操作是比较接近底层的，这一套底层的文件原语，主要是fopen、fclose、fread、fwrite、fseek、ftell、feof、ferror等函数。这些函数的使用方法和C语言中的文件操作函数类似，具体的用法可以参考MATLAB的官方文档。

字节流

操作系统的文件操作，一般区分二进制和文本文件，在Matlab中，采取是数组的形式进行读写，所以在Matlab中，可以设定非常灵活的读写方式。

当需要读入文件时，根据表达文件的字符的不同，可以在调用fread时，直接制定数组元素的数据类型，比如char、int8、int16、int32、int64、uint8、uint16、uint32、uint64、single、double等。这样就可以直接读取文件的内容。

当然，这里还会涉及到文件编码的问题，在这个入门的教程中，就不展开讨论了。

help fopen

 fopen - 打开文件或获得有关打开文件的信息此 MATLAB 函数 打开文件 filename 以便以二进制读取形式进行访问，并返回等于或大于 3的整数文件标识符。MATLAB 保留文件标识符 0、1 和 2 分别用于标准输入、标准输出（屏幕）和标准错误。语法fileID = fopen(filename)fileID = fopen(filename,permission)fileID = fopen(filename,permission,machinefmt,encodingIn)[fileID,errmsg] = fopen(___)fIDs = fopen('all')filename = fopen(fileID)[filename,permission,machinefmt,encodingOut] = fopen(fileID)输入参数filename - 要打开的文件的名称字符向量或字符串标量permission - 文件访问类型'r' (默认值) | 'w' | 'a' | 'r+' | 'w+' | 'a+' | 'A' | 'W'machinefmt - 读取或写入字节或位的顺序'n' (默认值) | 'b' | 'l' | 's' | 'a'encodingIn - 字符编码'UTF-8' | 'ISO-8859-1' | 'windows-1251' | 'windows-1252'fileID - 已打开文件的文件标识符整数另请参阅 fclose, ferror, fseek, ftell, feof, fscanf, fprintf, fread,fwrite, frewind已在 R2006a 之前的 MATLAB 中引入fopen 的文档doc fopenfopen 的其他用法i2c/fopen    icinterface/fopen    instrument/fopen    serial/fopen

help fwrite

 fwrite - 将数据写入二进制文件此 MATLAB 函数 将数组 A 的元素按列顺序以 8 位无符号整数的形式写入一个二进制文件。该二进制文件由文件标识符 fileID 指示。使用 fopen 可打开文件并获取 fileID 值。完成写入后，请调用 fclose(fileID) 来关闭文件。语法fwrite(fileID,A)fwrite(fileID,A,precision)fwrite(fileID,A,precision,skip)fwrite(fileID,A,precision,skip,machinefmt)count = fwrite(___)输入参数fileID - 文件标识符整数 | 1 | 2A - 要写入的数据数值数组 | 字符数组 | 字符串数组precision - 要写入的值的类和大小'uint8' (默认值) | 字符向量 | 字符串标量skip - 要跳过的字节数0 (默认值) | 标量machinefmt - 字节写入顺序'n' (默认值) | 'b' | 'l' | 's' | 'a'示例openExample('matlab/WriteUint8DataToFileExample')openExample('matlab/Write4byteIntegersToFileExample')openExample('matlab/AppendDataToBinaryFileExample')openExample('matlab/WriteBinaryFileWithBigendianByteOrderingExample')另请参阅 fclose, ferror, fopen, fprintf, fread, fscanf, fseek, ftell已在 R2006a 之前的 MATLAB 中引入fwrite 的文档doc fwritefwrite 的其他用法i2c/fwrite            instrument/fwrite    serial/fwriteicinterface/fwrite

help fread

 fread - 读取二进制文件中的数据此 MATLAB 函数 将打开的二进制文件中的数据读取到列向量 A 中，并将文件指针定位在文件结尾标记处。该二进制文件由文件标识符 fileID 指示。使用 fopen 可打开文件并获取 fileID值。读取文件后，请调用 fclose(fileID) 来关闭文件。语法A = fread(fileID)A = fread(fileID,sizeA)A = fread(fileID,precision)A = fread(fileID,sizeA,precision)A = fread(___,skip)A = fread(___,machinefmt)[A,count] = fread(___)输入参数fileID - 文件标识符整数sizeA - 输出数组的维度Inf (默认值) | 整数 | 二元素行向量precision - 要读取的值的类和大小'uint8=>double' (默认值) | 字符向量或字符串标量skip - 要跳过的字节数0 (默认值) | 标量machinefmt - 读取字节的顺序'n' (默认值) | 'b' | 'l' | 's' | 'a'输出参数A - 文件数据列向量 | 矩阵count - 读取的字符数标量示例openExample('matlab/ReadEntireFileofuint8DataExample')openExample('matlab/ReadEntireFileofDoublePrecisionDataExample')openExample('matlab/ReadSelectedRowsorColumnsfromFileExample')openExample('matlab/ReadDigitsofBinaryCodedDecimalValuesExample')另请参阅 fclose, fgetl, fopen, fscanf, fprintf, fwrite, fseek, ftell已在 R2006a 之前的 MATLAB 中引入fread 的文档doc freadfread 的其他用法i2c/fread            instrument/fread    serial/fread    udp/freadicinterface/fread

读写示例

在Matlab中，向文件写入的都是数组（Matrix），前面已经说过，数组的元素类型也是数组的类型。那么这里可以写入和读取的数据类型就是Matlab中的数据类型。这也是这个比较接近底层的文件操作依然在Matlab中有用武之地的原因。

在下面的例子中，我们在文件中写入一个字符串，然后再读取出来。可以看到很有意思的是，我们把字符串作为一个char的数组写入文件中。在读出的时候，可以选择读取char的数组，也可以选择读取为uint8的数组，还能够不同的数据类型，根据数据类型的实际大小，读取为不同长度的数组。

下面的例子中，可以看到，字符char和uint8为1字节，int为4字节，double为8字节。

根据这样的方式，如果我们仔细设定数据的类型和字节读写顺序，就能够实现非常灵活又高效的二进制文件。通常我们如果需要读写别的软件、硬件系统产生的字节流数据，都是采用这种方式。实际上Matlab中与硬件设备的接口（包括网络接口、RS232等），也是通过这种方式实现的。这些硬件的接口函数中，通常也会用类似打开文件的方式得到句柄，并利用这些句柄进行读写操作。

fid = fopen('data.txt','w');
data = 'Hello, the World!';
fwrite(fid, data, 'char');
fclose(fid);dispVector('data.txt', 'char', '%c ');
dispVector('data.txt', 'char', '%d ');dispVector('data.txt', 'uint8', '%c ');
dispVector('data.txt', 'uint8', '%d ');dispVector('data.txt', 'int', '%d ');
dispVector('data.txt', 'single', '%g ');
dispVector('data.txt', 'double', '%g ');function vecRead = readVector(filename, type)fid = fopen(filename, 'r');vecRead = fread(fid, type);fclose(fid);
endfunction dispVector(filename, type, formatSpec)v = readVector(filename, type);fprintf('[');fprintf(formatSpec, v);fprintf(']\n');
end

[H e l l o ,   t h e   W o r l d ! ]
[72 101 108 108 111 44 32 116 104 101 32 87 111 114 108 100 33 ]
[H e l l o ,   t h e   W o r l d ! ]
[72 101 108 108 111 44 32 116 104 101 32 87 111 114 108 100 33 ]
[1819043144 1948265583 1461740904 1684828783 ]
[1.14314e+27 5.0761e+31 1.76357e+14 1.74467e+22 ]
[2.31597e+251 5.62865e+175 ]

用文本表示数据

我们有几种读取这类文本数据的方式：

1. 数组格式化读入
   1. fscanf函数，这个函数的使用方法和C语言中的fscanf函数类似，但是Matlab中的fscanf函数更加灵活，可以读取不同的数据类型，也可以读取不同的数据格式。
2. 行为基础的读入
   1. fgetl和fgets函数，这两个函数用来读取一行文本，fgetl删除换行符，fgets保留换行符。这两个函数返回的是一个字符串，通常可以通过str2num函数将字符串转换为数值。
   2. textread函数，这个函数是一个比较古老的函数，用来读取文本文件，在被textscan所替代。
   3. textscan函数，这个函数是一个比较新的函数，用来读取文本文件，可以指定不同的数据类型，也可以指定不同的数据格式。

数组格式化读写

fscanf函数的使用方法和C语言中的fscanf函数类似，但是Matlab中的fscanf函数更加灵活，可以读取不同的数据类型，也可以读取不同的数据格式。

这个函数跟fprintf函数是一对，fprintf函数用来写入数据，fscanf函数用来读取数据。

这两个函数与其C语言对应版本还是有挺大区别，Matlab中说到一个类型，实际上都是指某个类型的数组，所有这两个函数，都可以直接操作数组。

首先看这个例子：

a = magic(3);
disp(a);fid = fopen('data.txt','w');
fprintf(fid, '%d ', a);
fclose(fid);% show text file content
type data.txt% 默认的读入，得到一个列向量
fid = fopen('data.txt','r');
b = fscanf(fid, '%d');
fclose(fid);
disp(b);% 按照矩阵的形式读入，按照列先的方式转化为矩阵
fid = fopen('data.txt','r');
b = fscanf(fid, '%d', [3,3]);
fclose(fid);
disp(b);

     8     1     63     5     74     9     28 3 4 1 5 9 6 7 2 8341596728     13     54     9

注意，fprintf函数会将其中的formatSpec参数中的%s、%d、%f等格式符号替换为对应的数据，然后写入文件。当不设定sizeA参数时，fprintf函数会将整个数组写入文件。并且，写入的方式是按照列的方式写入的。此处的%d的这个空格，也是的输出的数据之间有空格。

在使用fscanf函数时，formatSpec参数中的%s、%d、%f等格式符号，会被替换为对应的数据，然后读取文件中的数据。当不设定sizeA参数时，fscanf函数会读取整个文件的数据。并且，读取的方式是按照列的方式读取的。这个例子中，fscanf函数读取的数据是一个列向量。当设定sizeA参数时，fscanf函数会读取指定大小的数据。这个例子中，fscanf函数读取的数据是一个3x3的矩阵。

这个例子中的type函数跟命令行中的type命令类似，用来显示文件的内容。

help fprintf

 fprintf - 将数据写入文本文件此 MATLAB 函数 按列顺序将 formatSpec 应用于数组 A1,...An 的所有元素，并将数据写入到一个文本文件。fprintf 使用在对 fopen 的调用中指定的编码方案。语法fprintf(fileID,formatSpec,A1,...,An)fprintf(formatSpec,A1,...,An)nbytes = fprintf(___)输入参数fileID - 文件标识符1 (默认值) | 2 | 标量formatSpec - 输出字段的格式格式化操作符A1,...,An - 数值数组或字符数组标量 | 向量 | 矩阵 | 多维数组输出参数nbytes - 字节数标量示例openExample('matlab/PrintLiteralTextandArrayValuesExample')openExample('matlab/PrintDoublePrecisionValuesasIntegersExample')openExample('matlab/GetNumberofBytesWrittentoFileExample')另请参阅 disp, fclose, ferror, fopen, fread, fscanf, fwrite, fseek,ftell, sprintf已在 R2006a 之前的 MATLAB 中引入fprintf 的文档doc fprintffprintf 的其他用法dlarray/fprintf     icinterface/fprintf    simulink/fprintfgpuArray/fprintf    serial/fprintf

help fscanf

 fscanf - 读取文本文件中的数据此 MATLAB 函数 将打开的文本文件中的数据读取到列向量 A 中，并根据 formatSpec 指定的格式解释文件中的值。fscanf 函数在整个文件中重新应用该格式，并将文件指针定位在文件结尾标记处。如果 fscanf 无法将 formatSpec 与数据相匹配，将只读取匹配的部分并停止处理。语法A = fscanf(fileID,formatSpec)A = fscanf(fileID,formatSpec,sizeA)[A,count] = fscanf(___)输入参数fileID - 文件标识符整数formatSpec - 数据字段的格式字符向量 | 字符串标量sizeA - 输出数组的维度Inf (默认值) | 整数 | 二元素行向量输出参数A - 文件数据列向量 | 矩阵 | 字符向量 | 字符数组count - 读取的字符数标量示例openExample('matlab/ReadFileContentsIntoColumnVectorExample')openExample('matlab/ReadFileContentsIntoArrayExample')另请参阅 fopen, fprintf, textscan, sscanf, fgetl, fgets, fread已在 R2006a 之前的 MATLAB 中引入fscanf 的文档doc fscanffscanf 的其他用法icinterface/fscanf    serial/fscanf    udp/fscanf

基于行的读写

fgetl/fgets针对的都是单行的数据，每次读入一行，这一行都被当做一个字符串处理。这种方式适合处理文本文件，比如配置文件、日志文件等。

通常会在读取一行之后，会自行做分割（split函数），再用str2num函数将字符串转换为数值。这个函数的使用方法和str2double函数类似，只是str2num函数可以处理更多的数据类型。

当然Matlab提供了更为强大的textscan函数，这个函数可以指定不同的数据类型，也可以指定不同的数据格式。之前（R2006a）我们使用的是textread函数。

这两个函数逐行解析文本文件，并根据指定的格式解析数据。

在实际的应用中，我们通常会使用更加特化的存储格式，这些方式通常会更加流行，并且在不同的软件系统中都得到了相应的支持。所以我们这里就不再赘述这几个有一定难度的函数，如果感兴趣可以通过doc函数查看这几个函数的帮助文档。

几种特殊的流行格式

实际上，在Matlab中，使用得最多的还是下面几种格式的文件：

1. 二进制文件
   1. mat文件
   2. fig文件
   3. xls文件
2. 文本文件
   1. csv文件

其他格式的文件，例如音频、视频、图像等，Matlab也有相应的函数支持，还有json、xml等格式的文本文件，也不在这个入门教程的范围内。

mat文件

mat文件是Matlab的专有文件格式，这个文件格式是一个二进制文件，可以保存Matlab的变量，包括数组、结构体、函数句柄等。这个文件格式是Matlab的专有格式。

Matlab提供了load和save函数，可以读写这个文件格式。

这个文件格式的优点是内在支持，可用性较好、前向兼容性也处理得不错，读写效率也比较高。在计算中要保存中间结果，通常会采用这个格式。

fig文件

fig文件是Matlab的图形文件，这个文件格式是一个二进制文件，可以保存Matlab的图形，包括图形的数据、图形的设置、图形的样式等。这个文件格式是Matlab的专有格式。

Matlab提供了openfig和savefig函数，可以读写这个文件格式。

这个格式的文件读出的图像，支持用鼠标进行交互，可以进行编辑，也可以进行保存为其他格式的文件。还能够通过findobj函数找到图形中的对象，进行进一步的操作。

xls文件

xls文件是Excel的文件格式，这个文件格式是一个二进制文件，可以保存Excel的数据，包括表格、图表、宏等。这个文件格式是Excel的专有格式。

Matlab提供了xlsread和xlswrite函数，可以读写这个文件格式。

csv文件

csv文件是文本文件的一种，这个文件格式是一个文本文件，可以保存表格数据，每行数据用逗号分隔，每行数据用换行符分隔。

Matlab提供了csvread和csvwrite函数，可以读写这个文件格式。

新的数据读写方式

在R2019b版本中，Matlab引入了新的数据读写方式，这个方式是基于readtable和writetable函数的。这个函数的优点是更加灵活，可以读写不同的数据类型，也可以读写不同的数据格式。

这两个函数的使用方法和textscan函数类似，但是更加灵活，可以读写不同的数据类型，也可以读写不同的数据格式。

此外，Matlab还引入了readmatrix和writematrix函数，这两个函数是readtable和writetable函数的简化版本，只能读写数值数据，但是更加高效。

总结

1. Matlab中实现了一个接近底层的文件操作原语，主要是fopen、fclose、fread、fwrite、fseek、ftell、feof、ferror等函数。
2. 这个文件操作原语也具备Matlab直接操作数组的特性，因此可以实现非常灵活又高效的二进制文件读写。
3. 针对文本文件，Matlab提供了fscanf、fgetl、fgets、textread、textscan等函数，可以实现文本文件的读写。
4. 针对流行的文件格式，Matlab提供了load、save、openfig、savefig、xlsread、xlswrite、csvread、csvwrite等函数，可以实现这些文件格式的读写。
5. 新的数据文件读写倾向于采用同一个接口来针对不同文件，例如readtable和writetable函数，readmatrix和writematrix函数。