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 fopen
fopen 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 | 2
A - 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 fwrite
fwrite 的其他用法
i2c/fwrite instrument/fwrite serial/fwrite
icinterface/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 fread
fread 的其他用法
i2c/fread instrument/fread serial/fread udp/fread
icinterface/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);
end
function 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：
- 数组格式化读入
-
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。
-
- 行为基础的读入
-
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。 -
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。 -
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 6
3 5 7
4 9 2
8 3 4 1 5 9 6 7 2
8
3
4
1
5
9
6
7
2
8 1
3 5
4 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 fprintf
fprintf 的其他用法
dlarray/fprintf icinterface/fprintf simulink/fprintf
gpuArray/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 fscanf
fscanf 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：
- 二进制文件
- mat文件
- fig文件
- xls文件
- 文本文件
- 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
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。