第11章 输入与输出

第11章 输入与输出

11.1 文件的打开与关闭

11.1.1 打开文件

fid=fopen(fname,permission) % 打开文件fname，并返回大于或等于3的整数文件标识符
[fid,msg]=fopen(fname,permission)
fids=fopen('all') % 返回包含所有打开文件的文件标识符的行向量
fname=fopen(fid) % 返回上一次调用fopen打开fid指定的文件时所使用的文件名

字符串	含义
'r'	只读文件（reading）
'w'	只写文件，覆盖文件的原有内容（如果文件名不存在，则生成新文件，writing）
'a'	增补文件，在文件尾部增加数据（如果文件名不存在，则生成新文件，appending）
'r+'	读/写文件（不生成文件，reading and writing）
'w+'	创建一个新文件或删除已有文件内容，并可进行读/写操作
'a+'	读取和增补文件（如果文件名不存在，则生成新文件）
'A'	打开文件以追加（但不自动刷新）当前输出缓冲区
'W'	打开文件以写入（但不自动刷新）当前输出缓冲区

fid=fopen('exam.dat','r') % 以只读方式打开二进制文件exam.dat
fid=fopen('junk','r+') % 打开文件junk，并对其进行二进制形式的输入和输出操作
fid=fopen('junk','w+') % 创建新文件junk，对其进行二进制形式的输入和输出操作；如果该文件已存在，则旧文件内容将被删除

fid=fopen('outdat','wr') % 创建并打开输出文件outdat，等待写入数据

fid=fopen('outdat','at') % 打开要增加数据的输出文件outdat，等待写入数据

11.1.2 关闭文件

fclose(fid) % 关闭文件标识为fid的文件
fclose('all') % 关闭所有文件
status=fclose(___) % 返回操作结果，文件关闭成功后，status将为0，否则为-1

11.2 文件的读写

11.2.1 读取二进制文件

A=fread(fid) % 将打开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
A=fread(fid,sizeA) % 将文件数据读取到维度为sizeA的数组A中（按列顺序填充A）
A=fread(fid,precision) % 根据precision描述的格式和大小解释文件中的值
A=fread(fid,sizeA,precision)
A=fread(___,skip) % 在读取文件中的每个值之后将跳过skip指定的字节或位数
A=fread(___,machinefmt) % 另外指定在文件中读取字节或位时的顺序
[A,count]=fread(___) % 将返回fread读取到A中的字符数

​其中，fid是用fopen打开的一个文件的文件标识；A是包含有数据的数组；count用来读取文件中变量的数目；sizeA是要读取文件中变量的数目，它有以下3种形式。

• inf：读取文件中的所有值。执行完后，array将是一个列向量，包含有从文件中读的所有值。
• [n,m]：从文件中精确定地读取n*m个值，array是一个n*m 的数组。如果fread行到达文件结尾，而输入流没有足够的位数来写满指定精度的数组元素，fread就用最后一位的数值或0填充，直到得到全部的值。
• n：准确地读取n个值。执行完后，array将是一个包含有n个值的列向是

​如果发生错误，那么读取将直接到达最后一位。参数precision主要包括两部分：一是数据类型定义，如 int、float 等；二是一次读取的位数。默认情况下，precision是uchar（8位字符型）。

字符串	描述	字符串	描述
'uchar'	无符号字符型	'int8'	整型（8位）
'schar'	带符号字符型（8位）	'int16'	整型（16位）
'single'	浮点数（32位）	'int32'	整型（32位）
'float32'	浮点数（32位）	'int64'	整型（64位）
'double'	浮点数（64位）	'uint8'	无符号整型（8位）
'float64'	浮点数（64位）	'uint16'	无符号整型（16位）
'bitN'	N位带符号整数（1≤N≤64)	'uint32'	无符号整型（32位）
'ubitN'	N位无符号整数（1≤N≤64）	'uint64'	无符号整型（64位）

新建“脚本 dingzx.m 文件”

a=1:.2:3*pi;
b=sin(2*a);
plot(a,b+1);

>> dingzx
>> fid=fopen('dingzx.m','r');
>> data=fread(fid);
>> disp(char(data'));
a=1:.2:3*pi;

b=sin(2*a);

plot(a,b+1);

>> fid=fopen('nine.bin','w');
>> fwrite(fid,[1:6]); % 将一个六元素向量写入示例文件
>> fclose(fid);
>> fid=fopen('nine.bin');
>> A=fread(fid) % 返回一个列向量，文件中的每一个字节对应一个元素

A =

     1
     2
     3
     4
     5
     6

>> whos A % 查看A的相关信息
  Name      Size            Bytes  Class     Attributes

  A         6x1                48  double              

>> fclose(fid);

字符串	描述	字符串	描述
'char'	字符型（8位，有符号或无符号）	'ushort'	无符号整型（16位）
'short'	整型（16位）	'uint'	无符号整型（32位）
'int'	整型（32位）	'ulong'	无符号整型（32位或64位）
'long'	整型（32位或64位）	'float'	浮点数（32位）

11.2.2 写入二进制文件

fwrite(fid,A) % 将数组A的元素按列顺序以8位无符号整数的形式写入二进制文件
fwrite(fid,A,precision) % 按照precision说明的形式和大小写入A中的值
fwrite(fid,A,precision,skip) % 在写入每个值之前跳过skip指定的字节数或位数
fwrite(fid,A,precision,skip,machinefmt) % 额外指定将字节或位写入文件的顺序
count=fwrite(___) % 返回A中fwrite已成功写入文件的元素

​其中，fid是用fopen打开的一个文件的文件标识；A是写入变量的数组；count是写入文件变量的数目；参数 precision 用于指定输出数据的格式；skip 用于指定在写入每个值之前跳过的字节数或位数；machinefmt指定字节或位写入文件的顺序。

>> fid=fopen('dingwrt.bin','w');
>> count=fwrite(fid,rand(4),'int32');
>> status=fclose(fid)

status =

     0

>> fid=fopen('dingwrt.bin','r');
>> data=(fread(fid,16,'int32'))'

data =

     1     1     0     1     1     0     0     1     1     1     0     1     1     0     1     0

11.2.3 写入文本文件

fprintf(fid,formatSpec,A1,...,An) % 按列顺序将字符串应用于数组A1,...,An的所有元素，并将数据写入一个文本文件
fprintf(formatSpec,A1,...,An) % 设置数据的格式并在屏幕上显示结果
count=fprintf(___) % 返回fprintf所写入的字节数

​其中，fid由fopen产生，是要写入数据的那个文件的文件标识，如果fid丢失，则数据将写入标准输出设备（命令行窗口）；formatSpec是控制数据显示的字符串；count是返回的成功写入的字节数；A1,...,An是MATLAB的数据变量。
​
fid值也可以是代表标准输出的1和代表标准出错的2，如果fid字段省略，则默认值为1，会被输出到屏幕上。常用的格式类型说明符如下。

• %e：科学计数形式，即将数值表示成a*10b的形式。
• %f：固定小数点位置的数据形式。
• %g：在上述两种格式中自动选取长度较短的格式。

​可以用一些特殊格式，如 \n、\r、\t、\b、\f 等来产生换行、回车、tab、退格、走纸等字符。此外，还可以包括数据占用的最小宽度和数据精度的说明。

指定符	描述	指定符	描述
%c	单个字符	%G	与%g类似，只不过要用到大写的E
%d	十进制表示（有符号）	%o	八进制表示（无符号）
%e	科学记数法（会用到小写的e，如3.1416e+00）	%s	字符串
%E	科学记数法（会用到大写的E，如3.1416E+00）	%u	十进制表示（无符号）
%f	固定点显示	%h	用十六进制表示（用小写字母af表示）
%g	%e和%f中的复杂形式，多余的零将会被舍去	%H	用十六进制表示（用大写字母AF表示）

标识（修改符）	描述
-（负号）	数据在域中左对齐，如果没有这个符号，则默认为右对齐
+	输出时数据带有正负号
0	如果数据的位数不够，则用0填充前面的数

转义字符	描述	转义字符	描述
\a	警报	\t	水平制表
\b	退后一格	\v	垂直制表
\f	换页	\	打印一个普通反斜杠
\n	换行	' '	打印一个单引号
\r	回车	%%	打印一个百分号（%）

>> a=4:8;
>> b=[a; sqrt(a)];
>> fid=fopen('dingfp.dat','w');
>> fprintf(fid,'平方根表：\n'); % 输入标题文本
>> fprintf(fid,'%2.00f %5.5f\n',b); % 输出变量b的值
>> fclose(fid);
>> type dingfp.dat % 查看文件的内容

平方根表：
 4 2.00000
 5 2.23607
 6 2.44949
 7 2.64575
 8 2.82843

11.2.4 读取文本文件

11.2.4.1 fscanf读取函数

A=fscanf(fid,formatSpec) % 将打开的文本文件中的数据读取到列向量A中
A=fscanf(fid,formatSpec,sizeA) % 将文件数据读取到维度为sizeA的数组A中
[A,count]=fscanf(___) % 额外返回读取到A中的字段数

​其中，fid是所要读取文件的文件标识formatSpec是控制如何读取的格式字符串；A是接受数据的数组；输出参数count返回从文件中读取的变量的个数；参数sizeA指定从文件中读取数据的数目，它可以是一个整数n或[n,m]，也可以是Inf。

• n：表示准确地读取n个值，执行完后，A将是一个包含有n个值的列向量；
• [n,m]：表示从文件中精确地读取n*m个值，A是一个n*m的数组；
• Inf：表示读取文件中的所有值，执行完后，A将是一个列向量，包含有从文件中读取的所有值。

​formatSpec用于指定读入数据的类型，其常用的格式如下：

• %s：按字符串进行输入转换。
• %d：按十进制数据进行转换。
• %f：按浮点数进行转换。

>> x=100*rand(4,1);
>> fid=fopen('dingfc.txt','w');
>> fprintf(fid,'%4.4f\n',x); % 创建一个包含浮点数的示例文本文件
>> fclose(fid);
>> type dingfc.txt % 查看文件内容

42.1761
91.5736
79.2207
95.9492
>> fid=fopen('dingfc.txt','r'); % 打开要读取的文件并获取文件标识符
>> formatSpec='%f'; % 定义要读取的数据的格式，'%f'指定浮点数
>> A=fscanf(fid,formatSpec) % 读取文件数据并按列顺序填充输出数组A

A =

   42.1761
   91.5736
   79.2207
   95.9492

>> fclose(fid); % 关闭文件

11.2.4.2 fgetl和fgets读取函数

tline=fgetl(fid) % 从文件中把下一行（最后一行除外）当作字符串来读取，并删除换行符
tline=fgets(fid) % 从文件中把下一行（包括最后一行）当作字符串来读取，并包含换行符
tline=fgets(fid,nchar) % 返回下一行中的最多nchar个字符
% 以上两个函数的功能很相似，均可从文件中读取一行数据，区别在于fgetl会舍弃换行符，而fgets则保留换行符。

>> fid=fopen('badpoem.txt'); % 打开文件
>> line_ex=fgetl(fid) % 读取第一行，读取时排除换行符

line_ex =

    'Oranges and lemons,'

>> frewind(fid); % 再次读取第一行，首先读取位置指针重置到文件的开头
>> line_in=fgets(fid) % 读取第一行，读取时包含换行符

line_in =

    'Oranges and lemons,
     '

% 通过检查fgetl和fgets函数返回的行的长度，比较两者的输出结果
>> length(line_ex)

ans =

    19

>> length(line_in)

ans =

    21

>> fclose(fid); % 关闭文件

11.2.5 文件格式化和二进制输入/输出比较

格式化文件	无格式化文件
能在输出设备上显示数据	不能在输出设备上显示数据
能在不同的计算机上很容易地进行移植	不能在不同的计算机上很容易地进行移植
相对地，需要较大的磁盘空间	相对地，需要较小的磁盘空间
慢：需要较长的计算时间	快：需要较短的计算时间
在进行格式化的过程中，会产生截断误差或四舍五入错误	不会产生截断误差或四舍五入错误

新建“脚本 compare.m 文件”

% 定义变量：count为读写计数器，fid为文件标识，in_array为输入数组，msg为弹出错误信息，out_array为输出数组，status表示运算，time以s为单位计时
out_array=randn(1,10000); % 产生10000个数据的随机数组

% （1）二进制输出操作计时
tic; % 重启秒表计时器
for ii=1:15 % 设置循环次数为15次
    [fid,msg]=fopen('unformatted.dat','w'); % 打开二进制文件进行写入操作
    count=fwrite(fid,out_array,'float64'); % 写入数据
    ststus=fclose(fid); % 关闭文件
end
time=toc/15; % 获取平均运行时间
fprintf('未格式化文件的写入时间=%6.3f\n',time);

% （2）格式化输出操作计时
tic;
for ii=1:15
    [fid,msg]=fopen('formatted.dat','wt'); % 打开格式化文件进行写入操作
    count=fprintf(fid,'%24.15e\n',out_array);
    ststus=fclose(fid);
end
time=toc/15;
fprintf('格式化文件的写入时间=%6.4f\n',time);

% （3）二进制输入操作计时
tic;
for ii=1:15
    [fid,msg]=fopen('unformatted.dat','r'); % 打开二进制文件进行读取操作
    [in_array,count]=fread(fid,Inf,'float64');
    ststus=fclose(fid);
end
time=toc/15;
fprintf('未格式化文件的读取时间=%6.4f\n',time);

% （4）格式化输入操作计时
tic;
for ii=1:15
    [fid,msg]=fopen('formatted.dat','rt'); % 打开格式化文件进行读取操作
    [in_array,count]=fscanf(fid,'%f',Inf);
    ststus=fclose(fid);
end
time=toc/15;
fprintf('格式化文件的读取时间=%6.3f\n',time);

>> compare
未格式化文件的写入时间= 0.002
格式化文件的写入时间=0.0082
未格式化文件的读取时间=0.0003
格式化文件的读取时间= 0.013

11.3 文件位置控制和状态函数

11.3.1 exist函数

ident=exist('item'); % 若条目item存在，就根据其类型返回一个值
ident=exist('item','kind'); % 指定所要搜索的item的类型kind

值	意义
0	没有发现条目
1	条目为当前工作区的一个变量
2	条目为M文件或未知类型的文件
3	条目是一个MEX文件
4	条目是一个Simulink模型或库文件
5	条目是一个内建函数
6	条目是一个p代码文件
7	条目是一个目录
8	条目是类

新建“脚本 outp.m 文件”

% 目的：打开一个输出文件，检测文件是否存在
% 定义变量：fid为文件的标识；out_fname为输出文件名；yn表示反馈（Yes/No）

out_fname=input('输入输出文件名：','s'); % 得到输出文件
if exist(out_fname,'file') % 检查文件是否存在
    disp('输出文件已存在'); % 文件存在
    yn=input('保留现有文件？（y/n）','s');
    if yn == 'n'
        fid=fopen(out_fname,'wt');
    else
        fid=fopen(out_fname,'at');
    end
else
    fid=fopen(out_fname,'wt'); % 文件不存在
end
fprintf(fid,'%s\n',date); % 输出数据
fclose(fid);

>> outp
输入输出文件名：outp
输出文件已存在
保留现有文件？（y/n）y
>> type outp

07-Jul-2025

11.3.2 ferror函数

msg=ferror(fid) % 为指定文件的I/O操作返回错误消息
[msg,errnum]=ferror(fid) % 额外返回与错误消息关联的错误编号
[msg,errnum]=ferror(fid,'clear') % 清除指定文件的错误指示符

>> fid=fopen('badpoem.txt','r'); % 打开要读取的文件
>> status=fseek(fid,-5,'bof') % 读取位置设置为从文件开始处算起的-5个字节

status =

    -1

>> error=ferror(fid) % 获取文件中最近出现的错误的详细信息

error =

    '偏移量错误 - 文件开始之前。'

>> fclose(fid); % 关闭文件

11.3.3 feof函数

status=feof(fid) % 返回文件末尾指示符的状态

11.3.4 ftell函数

positation=ftell(fid) % 返回指定文件中位置指针的当前位置

11.3.5 frewind函数

frewind(fid) % 将文件位置指针设置到文件的开头

11.3.6 fseek函数

status=fseek(fid,offset,origin) % 设定指针位置相对于origin的offset字节数

​其中，fid是文件标识；offset是偏移量，以字节为单位，它可以是正数（向文件末尾方向移动指针）、0（不移动指针）或负数（向文件起始方向移动指针）；origin是基准点，可以是bof（文件起始位置）、cof（指针目前位置）、eof（文件末尾），也可以用-1、0或1来表示。如果返回值status为0，则表示操作成功；返回-1表示操作失败。

>> a=rand(1,6);
>> fid=fopen('dingrd.bin','w');
>> fwrite(fid,a,'short');
>> status=fclose(fid);
>> fid=fopen('dingrd.bin','r');
>> rd=fread(fid,'short');
>> rd'

ans =

     0     1     0     0     1     0

>> eof=feof(fid) % 测试指针是否在文件结束位置

eof =

     1

>> frewind(fid);
>> status=fseek(fid,2,0) % 设置指针位置

status =

     0

>> position=ftell(fid) % 返回fid对应的文件指针读/写的位置

position =

     2