Ch18档案读写

,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,*,MATLAB,程式設計入門篇：讀寫檔案,Ch18 檔案讀寫,張智星,清大資工系 多媒體檢索實驗室,1,本章重點,MATLAB,內建許多有關檔案讀寫的函數,對二進制檔案或,ASCII,檔案都可以進行處理,開啟,關閉,儲存,2,高階的檔案讀寫指令,先列出常用讀寫檔案指令,稍後將介紹用法,類別,支援檔案格式,指令,一般資料,MAT - MATLAB workspace,load, save,CSV - Comma separated numbers,csvread, csvwrite,DAT - Formatted text,Importdata,DLM - Delimited text,dlmread, dlmwrite,TAB - Tab separated text,試算表,XLS - Excel worksheet,Xlsread,WK1 - Lotus 123 worksheet,wk1read, wk1write,3,高階的檔案讀寫指令(cont),類別,支援檔案格式,指令,科學資料,CDF - Common Data FormatFITS - Flexible,cdfread, cdfwrite,Image Transport System,Fitsread,HDF - Hierarchical Data Format,hdfread, hdfwrite,電影,AVI - Movie,aviread,影像,TIFF, PNG, HDF, BMP, JPEG, GIF, PCX, XWD, CUR, ICO, RAS, PBM, PGM, PPM,imread, imwrite,音訊,AU, SND - NeXT/Sun sound,auread, auwrite,WAV - Microsoft Wave sound,wavread, wavwrite,4,csvread,使用,csvread,指令來讀取,條件:,資料檔案是由,逗號,分開,只有包含數值資料,Ex:csvread01.m,fprintf(data.csv,的內容：,n);,type data.csv,%,列出,data.csv,的內容,A = csvread(data.csv),%,將,data.csv,的內容讀到矩陣,A,5,result,data.csv,的內容：,1, 2, 3,4, 5,6, 7, 8, 9,A =,1 2 3 0,4 5 0 0,6 7 8 9,csvread,會傳回一個數值矩陣,其中缺席的資料將以,0,填入。,6,dlmread,如果數值資料的分界符號（Delimiters）不是逗點，就不能使用 csvread 指令，而要改用 dlmread 指令,Ex:dlmread01.m,fprintf(data.dlm,的內容：,n);,type data.dlm,%,列出,data.dlm,的內容,A = dlmread(data.dlm, t),%,將,data.dlm,的內容讀到矩陣,A,7,Result,data.dlm,的內容：,123,45,6789,A =,1 2 3 0,4 5 0 0,6 7 8 9,上例中,data.dlm,的資料是以定位鍵（,Tab,）,隔開，因此,dlmread,指令的第二個引數是 ,t，,以代表定位鍵,8,textread,如果檔案資料包含,數值,及,字串,，我們就必須改用,textread,指令,Ex:textread01.m,fprintf(data.txt,的內容：,n);,type data.txt,%,列出,data.txt,的內容,name, hobby, age = textread(data.txt, %s%s%d),9,result,data.txt,的內容：,Timmy OnlineGames 13,Annie Chatrooms 10,Roger Tennis 41,name =,Timmy,Annie,Roger,hobby =,OnlineGames,Chatrooms,Tennis,age =,13,10,41,在上述範例中，,data.txt,包含三個欄位（或是三直行的資料）,textread,可在第二個引數指定資料型態,例如上例中 %,s,代表字串，%,d,代表整數,也同時將讀入的資料設定到不同的輸出引數,由於資料型態的不同，輸出引數也有不同的型態,以上述範例來說，,name,和,hobby,都是字串異值陣列，而,age,則是數值陣列。,10,使用定位鍵來分隔欄位,上例中，我們利用空格來分隔欄位,如果欄位值本身也有空格 ?,改用定位鍵來分隔欄位,Ex:textread02.m,fprintf(data2.txt,的內容：,n);,type data2.txt,%,列出,data2.txt,的內容,name, hobby, age = textread(data2.txt, %s%s%d, delimiter, t),11,result,結果與前一例相同,textread 指令中加上對分界字元（Delimiters）的定義，就可以讀出由定位鍵所分隔的資料檔案,若不指定時，預設為空白鍵,12,讀取文字檔,textread 也可以讀取一個文字檔,同時把檔案內的每一列文字變成字串異質陣列裡面的每一個元素,Ex:textread03.m,Contents = textread(textread03.m,%s,delimiter,n,whitespace,);,class(contents),%,印出,contents,的資料類別,contents1,%,列出,contents,第一列,contents2,%,列出,contents,第二列,13,Result,ans =,cell,ans =,contents=textread(textread03.m,%s,delimiter,n,whitespace,);,ans =,class(contents)%,印出,contents,的資料類別,上例使用,textread,讀入,textread03.m（,也就是此範例檔案），並顯示此檔案的第一列和第二列。,textread,指令的用法還有很多，功能也很強大,在,MATLAB,下輸入,help textread,可以得到完整的技術支援。,14,若只是要將一個檔案的內容送到一個字串，可以使用 指令,Ex:範例16-6：,out = (data2.txt);,class(out),size(out),15,Result,ans =,char,ans =,1 64,上例中，,指令會將檔案,data2.txt,的內容送到字串變數,out,class(out),的值是,char,，顯示,out,的資料型態是字串,size(out),顯示字串,out,的長度是 64。,16,影像與音訊檔案,有關於影像檔案的讀寫，請參閱本書第十九章影像顯示與讀寫；,有關音訊檔案的讀寫，請參閱本書第二十章音訊讀寫、錄製與播放。,17,更繁複的檔案格式,一般情況下,盡量採取先前介紹的指令來進行讀寫。,資料格式比較繁複時,需要一列一列讀進來,再進行剖析（,Parsing）,相關指令將在以下介紹。,18,開啟檔案,無論讀寫,ASCII,或二進制檔案，都必需先用,fopen,函數來開啟檔案，語法如：,fid = fopen(, permission),其中,表示欲讀寫的檔案名稱,permission,則表示欲對檔案進行的處理方式，可以是下列任一字串：,lr：,只准讀取（,reading）,檔案,lw：,只准寫入（,writing）,檔案,la：,只准加入（,appending）,檔案,la+：,可讀取及加入檔案（,reading and appending）,省略第二個引數，,permission,的預設值就是 ,r。,19,有關fopen,在,windows,下，,permission,字串必需能夠分辨,binary,或,ASCII,檔案。,例如:若要讀,binary,檔案，則,permission,字串必需是“,rb”,fopen,另外支援很多,permission,字串，可輸入 ,help fopen,得到完整的資訊。,fopen,函數傳回一個檔案辨識碼,，,通常是個非負的整數，我們可用此辨識碼來對此檔案進行各種讀寫的處理。,20,Ex:fopen01.m,上例可知當檔案不存在時，回傳的 fid 是 1,同時 message 會包含相關的錯誤資訊。,fid, message = fopen(no_such_file, r);,fprintf(fid = %dn, fid);,fprintf(message = %sn, message);,fid = -1,message = Sorry. No help in figuring out the problem . . .,21,Ex:fopen02.m,若開啟成功，則傳回的 fid 是一個大於 2 的整數，而且傳回的 message 是一個空字串，例如：,fid, message = fopen(fopen02.m, r);,fprintf(fid = %dn, fid);,fprintf(message = %sn, message);,fid = 3,message =,22,Tips:,fopen,可傳回第二個引數來顯示錯誤訊息。,為了安全起見，最好在每次使用,fopen,時，都測試其傳回的,fid,是否為有效值。,MATLAB,使用,fid=1,來代表標準輸出（,Standard Output）,fid=2,代表標準錯誤輸出（,Standard Error）,因此在使用這兩個,fid,的值時，可以不必使用,fopen,來開啟檔案。,23,關閉檔案,完成檔案的讀寫之後，可用,fclose,函數來關閉檔案，用法如下：,status = fclose(fid);,若一切順利，,fclose,傳回 0。,若無法順利關閉檔案，則,fclose,傳回 -1。,為避免因開啟檔案過多而造成系統資源浪費，一般在完成檔案的讀寫後，即應使用,fclose,來關閉檔案,24,Tips:,若要一次關閉所有開啟的檔案，可用 fclose(all) 或是 fclose all。,開啟及關閉檔案都是比較耗時的函數，因此盡量不要將他們置於迴圈之中，以提高程式執行效率。,25,讀取 ASCII 檔案,fgetl,函數:,可將,ASCII,檔案的內容中的某一列讀出,並將該列的,ASCII,內容以轉成字串傳回。,Ex:,fgetl01.m,fid = fopen(mean.m, r);,while feof(fid)=0,% feof,測試檔案指標是否已到達結束位置,line = fgetl(fid);,disp(line);,end,26,讀取 ASCII 檔案(cont),執行上述程式後，,MATLAB,會,先在目前目錄找尋,mean.m,若找不到，再根據搜尋路徑，找出,mean.m,指令的位置然後再將其內容一列一列地列出。,請自行動手試用此範例程式碼。,輸入,which mean,可顯示檔案所在的路徑,fgets,和,fgetl,均可由檔案讀取一列資料：,fgetl,會捨去換行字元,fgets,函數則保留換行字元。,27,應用:模擬unix的grep指令,grep :用來找出包含某一特定字串的一列,function grep(, pattern),fid = fopen(, r);,line_number = 0;,while feof(fid) = 0,line = fgetl(fid);,matched = findstr(line, pattern);,if isempty (matched),fprintf(%d: %s n, line_number,line);,end,line_number = line_number + 1;,end,fclose(fid);,28,result,如欲列出,grep.m,中包含 ,matched,字串的每一列，可輸入如下：,grep(grep.m, matched),6: matched = findstr(line, pattern);,7: if isempty (matched),若要進行更複雜的字串比對,例如要在一個檔案中找出,b,和,d,中間夾1至3個母音的英文字,請參考本書姊妹作,MATLAB,程式設計：進階篇中的第四章通用運算式。,29,fscanf,函數,fscanf,可對,ascii,檔案作更精確的讀取，用法如下：,matrix = fscanf(fid, format),其中,fid,是欲讀取之檔案的辨識碼,format,是格式指定字串（,Format Specifier）,常用的格式指定字串有下列幾種：,%s：,字串,%d：10,進位的整數,%g：,雙倍精準（,Double-precision）,的浮點數（,Floating-point Numbers）,其他各種格式指定字串可輸入,help fscanf,來得到詳細的說明,30,Ex:fscanf01.m,有一文字檔 test.txt 如下:,1 4 9 16 25,36 49 64 81 100,欲使用,fscanf,指令讀取其內容，可輸入如下：,fid = fopen(test.txt, r);,myData = fscanf(fid, %g);,fclose(fid);,myData,%,顯示,myData,31,result,myData =,1,4,9,16,25,36,49,64,81,100,上例顯示了,MATLAB,的,fscanf,指令和,C,的,fscanf,指令的最大不同：,MATLAB,的,fscanf,指令是向量化的（,Vectorized）,只要讀入資料的型態正確，,MATLAB,的,fscanf,指令會一再執行,同時把所得結果存放於一個向量並回傳。,32,sscanf,sscanf,函數和,fscanf,的功能很類似,sscanf,函數從字串（,Strings）,中讀取資料,ex：sscanf.m,str = num2str(pi, sqrt(2), log10(3),%,建立一字串,str,retrieved = sscanf(str, %g),%,擷取,str,中的,double,str =,3.1416 1.4142 0.47712,retrieved =,3.1416,1.4142,0.4771,33,寫入 ASCII 檔案,fprintf,函數可將資料依格式指定字串來寫入,ASCII,檔案，其使用語法如下：,fprintf(fid, format, y),其中,fid,是欲寫入之檔案的辨識碼,format,是格式指定字串，用以指定資料寫至檔案的格式,y,是,MATLAB,的資料變數,常用的格式指定字串有下列幾種：,%e：,科學記號，即將數值表示成,a10b,的形式,%f：,固定欄寬（含整數與小數部份）的表示法,%g：,自動選取 %,e,或 %,f,其他各種格式指定字串可輸入,help fprintf,來得到詳細的線上說明。,34,應用:將平方根表寫入檔案,Ex:fprintf01.m,x = 1:10;,y = x; sqrt(x);,fid = fopen(squareRootTable.txt, w);,fprintf(fid, Table of square root:rn);,fprintf(fid, %2.0f = %10.6frn, y);,fclose(fid);,dos(start squareRootTable.txt);,%,開啟,squareRootTable.txt,35,Result,在上例中,%2.0,f,印出的總欄寬為 2，且不帶小數,%10.6,f,印出的總欄寬為 10，包含 6位的小數,請自行試驗後開啟,squareRootTable.txt,來驗證,36,sprintf,sprintf 函數和 fprintf 函數的功能很類似,sprintf 將資料以字串形式傳回,Ex:,str = sprintf(log(%f) = %en, 2, log(2),str =,log(2.000000) = 6.931472e-001,37,暫存目錄,在某些應用上，可能需要用到暫存目錄及暫存檔案。,欲取用系統的暫存目錄，可用,tempdir,如下：,directory = tempdir,Result:,directory =,C:DOCUME1jangLOCALS1Temp,38,暫存檔案,欲開啟一暫存檔案，可用,tempname，,如下：,= tempname,Result:,=,C:DOCUME1jangLOCALS1Temptp273132,39,Tips,不同系統下,tempdir,和,tempname,會依作業系統的環境變數而產生不同的回傳字串,例如在,Windows 98,作業系統下,tempdir,傳回的字串可能是,C:windowstemp,tempname,傳回的字串可能是,C:WINDOWSTEMPtp512124。,40,應用:產生暫存的 HTML 檔案,以下利用,tempname,產生一個暫存的,HTML,檔案，然後再將此檔案顯示在瀏覽器。,Ex: writeHTML.m,= tempname, .html;,fid = fopen(, w);,fprintf(fid, n);,fprintf(fid, This is a test homepage written by MATLAB!n);,fprintf(fid, );,fclose(fid);,dos(start , );,%,啟動和 .,html,相連結的應用程式,41,Result,上例產生之網頁如下：,當,MATLAB,的計算結果可用列表（,Table）,或多媒體檔案（如影像、聲音、動畫等）來呈現時，由網頁來顯示這些結果是不錯的選擇。,42,網路檔案的讀取,MATLAB,也可以直接讀取網路上的檔案,通常我們是採用,URL（Universal Resource Locator）,的方式來指定這些網路上的檔案：,一般網頁：,FTP,本機硬碟檔案：,:winntmatlab.ini,43,urlread,上例中使用 urlread 指令來讀取筆者在清華大學資訊系的首頁,同時disp(); 將結果指定到字串變數 contents,Ex: urlread01.m,contents = urlread(); disp(contents);,44,Result,The link you just clicked is obsolete.,You are being transported automatically to Roger Jangs current homepage at,.,45,urlwrite,urlwrite可以直接在讀取網頁後，就儲存到本機硬碟中,Ex:urlread02.m,tempFile = tempname, .html;,%,指定暫存檔案,urlwrite(, tempFile);,%,將網頁內容寫到檔案,dos(start , tempFile);,%,開啟此檔案,46,Urlwrite(cont),在上例中，我們將,的網頁內容寫到一個暫存檔案,然後再使用瀏覽器開啟此檔案。,另一個和網路相關的功能 ,sendmail,可用來寄發電子郵件,雖然這個功能和檔案讀寫沒有直接關係，但也在此一併說明。,47,sendmail,Sendmail,指令的用法：,sendmail(TO, SUBJECT, MESSAGE, ATTACHMENTS),TO：,收件者,若是只有一位收件者，可用字串表示,若是有多位收件者，可以使用字串異質陣列來表示。,SUBJECT：,主題，以字串表示。,MESSAGE：,電子郵件的內容，以字串表示。,ATTACHMENTS：,附加檔案，用異質陣列來表示。,48,Ex:sendmail01.m,請將 to 的內容改為你自己本身的電子郵件，並試著執行一次，以確認此程式碼的正確性。,to = , ;,subject = Test email from a MATLAB program;,message = This is a test email sent via sendmail.;,attachment = c:windowsmatlab.ini;,sendmail(to, subject, message, attachment);,49,Tips,根據筆者在,MATLAB 6.5,的測試，,sendmail,目前還不支援中文。,以上範例純粹以,MATLAB 6.5,為主,而,MATLAB 7.0,對,sendmail,新增了一些新功能,請輸入,help sendmail,來獲取最新的線上支援。,若要在郵件內容加入換列，可以使用,ASCII,碼10,例如：,message=Sir:, 10, This is a test。,50,讀取二進制資料,用fread 函數可從檔案中讀取二進制資料,fread會將每一個位元組看成一個整數，並將結果以一矩陣傳回。,例如，檔案 test2.txt 的內容如下：,This is a test!,51,Ex:fread01.m,Result:,This is a test!,char,可將,myData,的整數轉成,ASCII,字元,取,myData,的轉制是為了使印出的效果易於閱讀,fid = fopen(test2.txt, r);,myData = fread(fid);,char(myData),%,驗證所讀入的資料是否正確,fclose(fid);,52,Ex:fread02.m,fread 函數可用第二個輸入引數來控制傳回矩陣的大小,fid = fopen(test2.txt, r);,myData = fread(fid, 4),%,只讀 4 個位元組,fclose(fid);,myData =,84,104,105,115,53,Ex:fread03.m,Result:,myData =,84 105 32,104 115 105,此時,myData,為 2,X3,的矩陣。,p.s,.上例中為長度4的向量,fid = fopen(test2.txt, r);,myData = fread(fid, 2 3),fclose(fid);,54,Fread的第3個引數,控制,fread,在將二進制資料轉成,MATLAB,矩陣時所用的精確度,包含：,一次讀取的位元數（,Number of Bits）,這些位元數所代表的資料型態,常用的精準度有下列幾種：,char：,帶符號的字元（8,bits）,uchar：,不帶符號的字元（8,bits）,short：,短整數（16,bits）,int：,整數（通常是 32,bits）,long：,長整數（32 或 64,bits）,ushort：,不帶符號的短整數（16,bits）,uint：,不帶符號的整數（32,bits）,ulong：,不帶符號的長整數（32 或 64,bits）,float：,單精準浮點數（32,bits）,double：,雙精準浮點數（64,bits）,55,Ex:fread04.m,Result:,myData =,26708,myData2 =,26708,fid = fopen(test2.txt, r);,myData = fread(fid, 1, short),fclose(fid);,myData2 = bin2dec(dec2bin(abs(h),8), dec2bin(abs(T),8),56,說明:fread04.m,上例將,text2.txt,以短整數的方式讀入,也就是以 16,bit,為一個單位來轉換成整數,讀出來的第一個數字，會等於將 ,h,和 ,T,轉換成 8,bit，,再並排成 16,bits,然後再轉換成十進位的整數值,要注意的是：,雖然原檔案的前兩個位元組是 ,T,和 ,h，,但是在以 16,bits,為一個單位時,T,會是,LSB（Least Significant Bits）,而 ,h,則是,MSB（Most Significant Bits）,因此我們再重組成 16,bits,時，,h,會在前而 ,T,會在後。,57,寫入二進制檔案,fwrite,函數:,矩陣 - 二進制格式 - 寫入檔案,傳回成功寫入的個數。,以下用,fwrite,產生一大小為 40,bytes,的二進制檔案,在使用,type,指令來顯示檔案內容時，看不到其內容,因為是,binary,檔案,如果,count,的值小於 10，就表示,fread,的運算有誤,Ex: fwrite01.m,fid = fopen(test.bin, w);,count = fwrite(fid, randperm(10), int32);,fclose(fid);,type test.bin,58,控制檔案位置指標,檔案位置指標,:,決定下一次進行資料讀取或寫入的位置。,控制此指標的函數如下：,feof,測試指標是否在檔案結束位置,fseek,設定指標位置,ftell,取得指標位置,frewind,重設指標至檔案起始位置,59,foef,測試指標是否在檔案結束位置,Ex:feof01.m,fid = fopen(test.txt);,A = fscanf(fid, %g, 3 4),feof(fid),在上例中，,feof(fid),傳回 1，表示檔案指標已經在檔案結束位置,因為,test.txt,只包含 10 個數目字。,60,result,A =,1 16 49 100,4 25 64 0,9 36 81 0,ans =,1,61,frewind,從,test.txt,的起始位置讀出資料,用,frewind,來重設指標的位置：,frewind(fid);, A = fscanf(fid, %g, 5),Result:,A =,1,4,9,16,25,62,fseek,用於設定指標位置，其格式如下,status = fseek(fid, offset, origin),其中,fid,是檔案識別碼,offset,是偏移量（以,byte,為單位，可以是正數或負數）,origin,代表基準點，可包含下列字串：,cof：,指標的現在位置（,Corrent Position in File）,bof：,檔案的起始位置（,Beginning of File）,eof：,檔案的結束位置（,End of File）,63,ftell,傳回現在的指標位置,Ex:ftell01.m,fid = fopen(test.bin, w);,count = fwrite(fid, randperm(10), int32);,ftell(fid),ans =,40,40 代表指標已在檔案結束位置。,64,再移動一次指標位置,欲將指標向前移動 10,bytes，,可輸入如下：,fseek(fid, -10, cof);, ftell(fid),Result:,ans =,30,此代表指標的新位置是 30。,65,本章指令彙整,高階的文字檔案讀寫,Csvread/csvwrite,讀寫以逗點分界欄位的數值資料檔案,Dlmreadd/lmwrite,讀寫以特定字元來當分界欄位的數值資料檔案,Textread,讀入固定欄位的文字資料檔,開檔/關檔,Fopen,開啟檔案,Fclose,關閉檔案,66,本章指令彙整(cont),二進制資料,Fread,從檔案讀取二進制資料,Fwrite,將二進制資料寫入檔案,格式化資料,Fscanf,從檔案讀取格式化資料,Fprintf,將格式化資料寫入檔案,Fgetl,從檔案讀取一列資料，但捨去換行字元,Fgets,從檔案讀取一列資料，但保留換行字元,67,本章指令彙整(cont),字串,Sprintf,將格式化資料寫至字串,Sscanf,從字串讀取格式化資料,檔案位置控制,Ferror,檔案輸入/輸出的錯誤狀態,Feof,測試是否已到檔案結束位置,Fseek,設定檔案定位器,68,本章指令彙整(cont),Ftell,讀取檔案定位器,Frewind,回轉檔案定位器,暫存檔案/目錄,Tempdir,取得暫存目錄的名字,Tempname,取得暫存檔案的名字,69,