MATLAB文件操作：fwrite和fread函数详解
本文详细介绍了MATLAB中用于文件读写的fwrite和fread函数，重点解析了各种数据类型的转换和字节对齐的处理，包括在读取二进制文件时如何处理文本和二进制数据，以及如何通过格式字符串控制数据的读写和类型转换。文章通过实例展示了如何正确使用这些函数，以避免数据精度损失和类型转换错误。
今天起开始总结下MATLAB的文件操作函数。MATLAB的确用起来很方便，前提是你了解它的函数~
MATLAB的帮助文档看的那叫一个似懂非懂啊，特此总结。对我而言， fread的主要调用形式是这样的：
data=fread(fid, N, 'str')
data = fread(fid, N, 'str')
fid不用说，自然是文件句柄(如fid=fopen('abc.txt' ,'r'))，N是读入的元素个数，'str'是格式。在以前不会用的时候，格式都是直接省略的，这个时候函数就一个字节一个字节地从文件中读入数据，再在MATLAB中转化为double形式。
如果文件时二进制文件，这样读当然没问题，如果想要读入的是文本，那就不行了。文本也是一个字节一个字节地读，但是最后应该转化为char型：
>> frewind(f);
>> a=fread(f,1,'char=>char')
a =
B
>> frewind(f);
>> a=fread(f,1,'uchar=>uchar')
a =
66
>> frewind(f);
>> a=fread(f,1,'char=>char')
a =
B
>> frewind(f);
>> a=fread(f,1,'uchar=>uchar')
a =
66
>>class(a)
ans =
uint8
>> frewind(f);>> a=fread(f,1,'uint8=>char')
a =
B
>> frewind(f);
>> a=fread(f,1,'uchar=>char')
a =
B
>> class(a)
ans =
uint8
>> frewind(f);
>> a=fread(f,1,'uint8=>char')
a =
B
>> frewind(f);
>> a=fread(f,1,'uchar=>char')
a =
B
>> frewind(f);
>> a=fread(f,1,'int8=>char')
a =
B
>> frewind(f);
>> a=fread(f,1,'int8=>char')
a =
B
上面是一个BMP文件的例子，读入的是文件第第一个字节，BMP文件以“BM”开头，第一个自己自然是B。int8、uint8、char、uchar是几种一个字节的数据类型。在例子中，a=>b表示以a的类型读入，再转化为b类型。a的作用是控制每次读入的字节数，然后转化为相应的类型，形成一定的数值，b的作用是在a的基础上进行转化。这里都是一个字节，读入以后，最后如果是char型，就都变成了字母B，如果是uchar型，就变成uint8。
以上是字节数相同的例子，a=>b，a似乎没多大用，但是，当字节数不同时，就大有用场了：
>>frewind(f);
>>a=fread(f,1,'uint16=>uint8')
a=
255
% 在这里，uint16是两个字节的，所以一次性读入2个字节，先以uint16的形式读入，整数的排列规则是很简单的，假设低字节为a，高字节为b，那就等于b*256+a，得到的数肯定超过256，最后又要转化为uint8，因此只能截断了，uint8一个字节，最大能表示的数就是255，因此返回255.
>> frewind(f);
>> a=fread(f,1,'uint16=>uint8')
a =
255
% 在这里，uint16是两个字节的，所以一次性读入2个字节，先以uint16的形式读入，整数的排列规则是很简单的，假设低字节为a，高字节为b，那就等于b*256+a，得到的数肯定超过256，最后又要转化为uint8，因此只能截断了，uint8一个字节，最大能表示的数就是255，因此返回255.
>>frewind(f);
>>a=fread(f,1,'uint16=>float')
a=
19778
>> frewind(f);
>> a=fread(f,1,'uint16=>float')
a =
19778
% 这里，说明以uint16读入的数，得到为19778，然后再转为单精度的float型，还是19778，当然，类型已经换掉了
>>frewind(f);
>>a=fread(f,1,'*uint32')
a=
37637442
% 这里，说明以uint16读入的数，得到为19778，然后再转为单精度的float型，还是19778，当然，类型已经换掉了
>> frewind(f);
>> a=fread(f,1,'*uint32')
a =
37637442
% *uint32相当于uint32=>uint32，以4个字节的形式读入，成为一个整数。
% *uint32相当于uint32=>uint32，以4个字节的形式读入，成为一个整数。
>>frewind(f);
>>a=fread(f,1,'uint32=>float')
a=
37637440
% 以四个字节的形式读入，先变成整型，再变成float型，末尾的2丢掉了，是精度问题？
>> frewind(f);
>> a=fread(f,1,'uint32=>float')
a =
37637440
% 以四个字节的形式读入，先变成整型，再变成float型，末尾的2丢掉了，是精度问题？
>>class(a)
ans=
single
>> class(a)
ans =
single
>>frewind(f);
>>a=fread(f,1,'uint32=>double')
a=
37637442
% 转化为double，精度就够了
>> frewind(f);
>> a=fread(f,1,'uint32=>double')
a =
37637442
% 转化为double，精度就够了
>>frewind(f);
>>a=fread(f,1,'float=>double')
a=
1.3981e-037
>> frewind(f);
>> a=fread(f,1,'float=>double')
a =
1.3981e-037
% 最精彩的来了，尽管float和uint32都是4个字节，但是这里得到的数却不与上面相等。前面说了，a=>b,系统以a的格式，读入相应的字节数，转化为a类型的一个数值，再将a转为b类型，这里读入的时候，以float的规则来读，再将float转为double，无非是提高精度而已。
>>frewind(f);
>>a=fread(f,1,'float=>uint32')
a=
0
% 最精彩的来了，尽管float和uint32都是4个字节，但是这里得到的数却不与上面相等。前面说了，a=>b,系统以a的格式，读入相应的字节数，转化为a类型的一个数值，再将a转为b类型，这里读入的时候，以float的规则来读，再将float转为double，无非是提高精度而已。
>> frewind(f);
>> a=fread(f,1,'float=>uint32')
a =
0
% 读到的是1.3981e-037，转化为整数，当然是0了
% 读到的是1.3981e-037，转化为整数，当然是0了
此外，我还尝试过以下格式：
>>a=fread(f,1,'3*int8=>char')
a=
B
>> a=fread(f,1,'3*int8=>char')
a =
B
N*a=>b的形式，一般用在有skip(跳过)的地方，这里没有在后面的参数中指定跳过，所以默认的跳过为零，得到的结果还是字母B。跳过形式往往用在按bit读的时候，
>>a=fread(f,3,'*uint8')
a=
66
77
62
>>frewind(f);
>>a=fread(f,4,'1*int8=>int8',1)
a=
66
62
>> a=fread(f,3,'*uint8')
a =
66
77
62
>> frewind(f);
>> a=fread(f,4,'1*int8=>int8',1)
a =
66
62
2
0
意，前面读入的时候按int8读，所以跳过的时候，跳的是1个int8的长度，因此跳过了77，结果为66，,62
0
% 注意，前面读入的时候按int8读，所以跳过的时候，跳的是1个int8的长度，因此跳过了77，结果为66，,62
>>frewind(f);
>>a=fread(f,2,'1*bit8=>int8',8)
a=
66
62
>> frewind(f);
>> a=fread(f,2,'1*bit8=>int8',8)
a =
66
62
% 前面是bit8，凡是bitN的类型的，后面跳过时都指的是跳过几个bit
% 前面是bit8，凡是bitN的类型的，后面跳过时都指的是跳过几个bit
>>frewind(f);
>>a=fread(f,2,'1*bit16=>int8',8)
a=
127
2
%前面读入是按两个字节读(bit16)，因此第一次读进来的是66和77，后来要转为int型，int表示的范围-128~127，因此就变成127了。然后跳过了62，下一个数字是2，在下一个数字是0，因此加在一起就是0了。
>> frewind(f); >> a=fread(f,2,'1*bit16=>int8',8)
a =
127 2
%前面读入是按两个字节读(bit16)，因此第一次读进来的是66和77，后来要转为int型，int表示的范围-128~127，因此就变成127了。然后跳过了62，下一个数字是2，在下一个数字是0，因此加在一起就是0了。
另外，最全的调用形式是
[data, n] = fread(fid, N, 'a=>b', nn, 'l/n/b/...')
最后一个参数的作用是指定大端小端，windows这种用intel的是小端，低地址放低字节，所以读进66和77,66在低地址，他是低字节，77是高地址，是高字节，结果为66+77*256，UINX之类的一般是大端。网络通信一般是大端
'b' ：大端
'l' ：小端
'n' ：原来是大端现在就是大端，原来小端现在就是小端！
返回的n是指实际读进了几个单元。把n和N一比较，相等就说明确实读进了所需要的N个数据。
测试用的文件：
fread函数和fwrite函数
1.函数功能
用来读写一个数据块。
2.一般调用形式
fread(buffer,size,count,fp);
fwrite(buffer,size,count,fp);
3.说明
(1)buffer：是一个指针，对fread来说，它是读入数据的存放地址。对fwrite来说，是要输出数据的地址。
(2)size：要读写的字节数；
(3)count:要进行读写多少个size字节的数据项；
(4)fp:文件型指针。
4.举例
例1 从键盘输入4个学生的有关数据，然后把它们转存到磁盘文件上去。
(1)算法分析；
(2)程序参见：li13-3.c
例2 从例1生成的文件中读入有关数据，然后把它们在屏幕上输出。
(1)算法分析；
(2)程序参见：li13-4.c
※ fwrite,fread,fopen读写结构体。 ※
用fwrite,fread来读写文件，总结都在代码注释之中，注意读写的时候用了二进制模式，用文本模式会出现问题。
＃i nclude "iostream"
＃i nclude "iomanip"
using namespace std;
typedef struct tagTEST
{
char Name[40];
int Size;
int Array[200];
}TEST,*PTEST;
void OutPut(TEST *S)
{
cout<Name<
cout<Size<
cout<
for(int i=0;i<200;)
{
cout<Array[i];
if(++i%8==0)
cout<
}
cout<
}
int main( int argc,char *argv[])
{
TEST myTest;
strcpy(myTest.Name,"A Single write and read file example");
myTest.Size=sizeof(TEST);
for(int i=0;i<200;i++)
myTest.Array[i]=i;
//这里用来显示写文件前的数据，查看写前与后面读来是否一致
OutPut(&myTest);
//写文件
FILE *fp;
//打开文件,"w+",Opens an empty file for both reading and writing.
//If the given file exists, its contents are destroyed
//以二进制方式读写，而不是文本方式，打开文件的时候，二进制模式把换行处理为"\n",
//二进制模式找开，换行处理为两个字节。
if((fp=fopen("D:\\myTest.out","wb+"))==NULL)
{
cout<
return -1;
}
fwrite((const void*)&myTest,sizeof(myTest),1,fp);
float OtherData[500];
//再写另外的数据在结构体后面
for(i=0;i<500;i++)
OtherData[i]=i*2;
fwrite((const void*)OtherData,sizeof(OtherData),1,fp);
fclose(fp);
//以下用来读文件 。
cout<
FILE *fr;
fr=fopen("D:\\myTest.out","rb+");
if(fr==NULL)
{
cout<
return -1;
}
TEST myRead;
fread((void*)&myRead,sizeof(myRead),1,fr);
float Temp[500];//用来存放读出的数据。
fread((void*)Temp,sizeof(Temp),1,fr);
fclose(fr);
//以下是显示读到是否正确。
cout<
cout<
OutPut(&myRead);
cout<
for (i=0;i<500;)
{
cout<
if(++i%8==0)
cout<
}
cout<
return 0;
}
数据块读写函数fread和fwrite
C语言还提供了用于整块数据的读写函数。 可用来读写一组数据，如一个数组元素，一个结构变量的值等。读数据块函数调用的一般形式为： fread(buffer,size,count,fp); 写数据块函数调用的一般形式为： fwrite(buffer,size,count,fp); 其中buffer是一个指针，在fread函数中，它表示存放输入数据的首地址。在fwrite函数中，它表示存放输出数据的首地址。 size 表示数据块的字节数。count 表示要读写的数据块块数。fp 表示文件指针。
例如：
fread(fa,4,5,fp); 其意义是从fp所指的文件中，每次读4个字节(一个实数)送入实数组fa中，连续读5次，即读5个实数到fa中。
[例10.6]从键盘输入两个学生数据，写入一个文件中， 再读出这两个学生的数据显示在屏幕上。
#include
struct stu
{
char name[10];
int num;
int age;
char addr[15];
}boya[2],boyb[2],*pp,*qq;
main()
{
FILE *fp;
char ch;
int i;
pp=boya;
qq=boyb;
if((fp=fopen("stu_list","wb+"))==NULL)
{
printf("Cannot open file strike any key exit!");
getch();
exit(1);
}
printf("\ninput data\n");
for(i=0;i<2;i++,pp++)
scanf("%s%d%d%s",pp->name,&pp->num,&pp->age,pp->addr);
pp=boya;
fwrite(pp,sizeof(struct stu),2,fp);
rewind(fp);
fread(qq,sizeof(struct stu),2,fp);
printf("\n\nname\tnumber age addr\n");
for(i=0;i<2;i++,qq++)
printf("%s\t%5d%7d%s\n",qq->name,qq->num,qq->age,qq->addr);
fclose(fp);
}
本例程序定义了一个结构stu,说明了两个结构数组boya和 boyb以及两个结构指针变量pp和qq。pp指向boya,qq指向boyb。程序第16行以读写方式打开二进制文件“stu_list”，输入二个学生数据之后，写入该文件中， 然后把文件内部位置指针移到文件首，读出两块学生数据后，在屏幕上显示。
格式化读写函数fscanf和fprintf
fscanf函数，fprintf函数与前面使用的scanf和printf 函数的功能相似，都是格式化读写函数。 两者的区别在于 fscanf 函数和fprintf函数的读写对象不是键盘和显示器，而是磁盘文件。这两个函数的调用格式为： fscanf(文件指针，格式字符串，输入表列)； fprintf(文件指针，格式字符串，输出表列)； 例如：
fscanf(fp,"%d%s",&i,s);
fprintf(fp,"%d%c",j,ch);
用fscanf和fprintf函数也可以完成例10.6的问题。修改后的程序如例10.7所示。
[例10.7]
#include
struct stu
{
char name[10];
int num;
int age;
char addr[15];
}boya[2],boyb[2],*pp,*qq;
main()
{
FILE *fp;
char ch;
int i;
pp=boya;
qq=boyb;
if((fp=fopen("stu_list","wb+"))==NULL)
{
printf("Cannot open file strike any key exit!");
getch();
exit(1);
}
printf("\ninput data\n");
for(i=0;i<2;i++,pp++)
scanf("%s%d%d%s",pp->name,&pp->num,&pp->age,pp->addr);
pp=boya;
for(i=0;i<2;i++,pp++)
fprintf(fp,"%s %d %d %s\n",pp->name,pp->num,pp->age,pp->
addr);
rewind(fp);
for(i=0;i<2;i++,qq++)
fscanf(fp,"%s %d %d %s\n",qq->name,&qq->num,&qq->age,qq->addr);
printf("\n\nname\tnumber age addr\n");
qq=boyb;
for(i=0;i<2;i++,qq++)
printf("%s\t%5d %7d %s\n",qq->name,qq->num, qq->age,
qq->addr);
fclose(fp);
}
与例10.6相比，本程序中fscanf和fprintf函数每次只能读写一个结构数组元素，因此采用了循环语句来读写全部数组元素。 还要注意指针变量pp,qq由于循环改变了它们的值，因此在程序的25和32行分别对它们重新赋予了数组的首地址。
文件的随机读写
前面介绍的对文件的读写方式都是顺序读写， 即读写文件只能从头开始，顺序读写各个数据。 但在实际问题中常要求只读写文件中某一指定的部分。 为了解决这个问题可移动文件内部的位置指针到需要读写的位置，再进行读写，这种读写称为随机读写。 实现随机读写的关键是要按要求移动位置指针，这称为文件的定位。文件定位移动文件内部位置指针的函数主要有两个， 即 rewind 函数和fseek函数。
rewind函数前面已多次使用过，其调用形式为： rewind(文件指针)； 它的功能是把文件内部的位置指针移到文件首。 下面主要介绍
fseek函数。
fseek函数用来移动文件内部位置指针，其调用形式为： fseek(文件指针，位移量，起始点)； 其中：“文件指针”指向被移动的文件。 “位移量”表示移动的字节数，要求位移量是long型数据，以便在文件长度大于64KB 时不会出错。当用常量表示位移量时，要求加后缀“L”。“起始点”表示从何处开始计算位移量，规定的起始点有三种：文件首，当前位置和文件尾。
其表示方法如表10.2。
起始点 表示符号 数字表示
──────────────────────────
文件首 SEEK—SET 0
当前位置 SEEK—CUR 1
文件末尾 SEEK—END 2
例如：
fseek(fp,100L,0);其意义是把位置指针移到离文件首100个字节处。还要说明的是fseek函数一般用于二进制文件。在文本文件中由于要进行转换，故往往计算的位置会出现错误。文件的随机读写在移动位置指针之后， 即可用前面介绍的任一种读写函数进行读写。由于一般是读写一个数据据块，因此常用fread和fwrite函数。下面用例题来说明文件的随机读写。
[例10.8]在学生文件stu list中读出第二个学生的数据。
#include
struct stu
{
char name[10];
int num;
int age;
char addr[15];
}boy,*qq;
main()
{
FILE *fp;
char ch;
int i=1;
qq=&boy;
if((fp=fopen("stu_list","rb"))==NULL)
{
printf("Cannot open file strike any key exit!");
getch();
exit(1);
}
rewind(fp);
fseek(fp,i*sizeof(struct stu),0);
fread(qq,sizeof(struct stu),1,fp);
printf("\n\nname\tnumber age addr\n");
printf("%s\t%5d %7d %s\n",qq->name,qq->num,qq->age,
qq->addr);
}
文件stu_list已由例10.6的程序建立，本程序用随机读出的方法读出第二个学生的数据。程序中定义boy为stu类型变量，qq为指向boy的指针。以读二进制文件方式打开文件，程序第22行移动文件位置指针。其中的i值为1，表示从文件头开始，移动一个stu类型的长度， 然后再读出的数据即为第二个学生的数据。
文件检测函数
C语言中常用的文件检测函数有以下几个。
一、文件结束检测函数feof函数调用格式： feof(文件指针)；
功能：判断文件是否处于文件结束位置，如文件结束，则返回值为1，否则为0。
二、读写文件出错检测函数ferror函数调用格式： ferror(文件指针)；
功能：检查文件在用各种输入输出函数进行读写时是否出错。 如ferror返回值为0表示未出错，否则表示有错。
三、文件出错标志和文件结束标志置0函数clearerr函数调用格式： clearerr(文件指针);
功能：本函数用于清除出错标志和文件结束标志，使它们为0值。
C库文件
C系统提供了丰富的系统文件，称为库文件，C的库文件分为两类，一类是扩展名为".h"的文件，称为头文件， 在前面的包含命令中我们已多次使用过。在".h"文件中包含了常量定义、 类型定义、宏定义、函数原型以及各种编译选择设置等信息。另一类是函数库，包括了各种函数的目标代码，供用户在程序中调用。 通常在程序中调用一个库函数时，要在调用之前包含该函数原型所在的".h" 文件。
在附录中给出了全部库函数。
ALLOC.H 说明内存管理函数(分配、释放等)。
ASSERT.H 定义 assert调试宏。
BIOS.H 说明调用IBM—PC ROM BIOS子程序的各个函数。
CONIO.H 说明调用DOS控制台I/O子程序的各个函数。
CTYPE.H 包含有关字符分类及转换的名类信息(如 isalpha和toascii等)。
DIR.H 包含有关目录和路径的结构、宏定义和函数。
DOS.H 定义和说明MSDOS和8086调用的一些常量和函数。
ERRON.H 定义错误代码的助记符。
FCNTL.H 定义在与open库子程序连接时的符号常量。
FLOAT.H 包含有关浮点运算的一些参数和函数。
GRAPHICS.H 说明有关图形功能的各个函数，图形错误代码的常量定义，正对不同驱动程序的各种颜色值，及函数用到的一些特殊结构。
IO.H 包含低级I/O子程序的结构和说明。
LIMIT.H 包含各环境参数、编译时间限制、数的范围等信息。
MATH.H 说明数学运算函数，还定了 HUGE VAL 宏， 说明了matherr和matherr子程序用到的特殊结构。
MEM.H 说明一些内存操作函数(其中大多数也在STRING.H 中说明)。
PROCESS.H 说明进程管理的各个函数，spawn…和EXEC …函数的结构说明。
SETJMP.H 定义longjmp和setjmp函数用到的jmp buf类型， 说明这两个函数。
SHARE.H 定义文件共享函数的参数。
SIGNAL.H 定义SIG[ZZ(Z] [ZZ)]IGN和SIG[ZZ(Z] [ZZ)]DFL常量，说明rajse和signal两个函数。
STDARG.H 定义读函数参数表的宏。(如vprintf,vscarf函数)。
STDDEF.H 定义一些公共数据类型和宏。
STDIO.H 定义Kernighan和Ritchie在Unix System V 中定义的标准和扩展的类型和宏。还定义标准I/O 预定义流：stdin,stdout和stderr，说明 I/O流子程序。
STDLIB.H 说明一些常用的子程序：转换子程序、搜索/ 排序子程序等。
STRING.H 说明一些串操作和内存操作函数。
SYS\STAT.H 定义在打开和创建文件时用到的一些符号常量。
SYS\TYPES.H 说明ftime函数和timeb结构。
SYS\TIME.H 定义时间的类型time[ZZ(Z] [ZZ)]t。
TIME.H 定义时间转换子程序asctime、localtime和gmtime的结构，ctime、 difftime、 gmtime、 localtime和stime用到的类型，并提供这些函数的原型。
VALUE.H 定义一些重要常量， 包括依赖于机器硬件的和为与Unix System V相兼容而说明的一些常量，包括浮点和双精度值的范围。
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