Fortran 二进制文件读写

Fortran 二进制文件读写【给新手】

2008-05-17 11:43:18| 分类：胡说八道|字号订阅

一些朋友总是咨询关于二进制文件的读写和转化。这里就我自己的理解说一说。

一).一般问题

二进制文件与我们通常使用的文本文件储存方式有根本的不同。这样的不同很难用言语表达，自己亲自看一看，理解起来会容易得多。因此，我推荐学习二进制文件读写的朋友安装一款十六进制编辑器。这样的编辑器有很多，在我们的 CVF 附带的集成开发环境下就可以（将二进制文件拖动到 IDE 窗口后松开）。Visual Studio 2005 也是可以的。（不过需要在 File 菜单下 Open，File）

另外推荐一款使用较多的软件，叫做 UltraEdit（以下简称 UE）。是很不错的文本编辑器，也能做十六进制编辑器使用。

为什么要用十六进制编辑器？而不用 2 进制呢？因为 2 进制实在太小，书写起来会很长，很不直观。而我们的计算机把 8 位作为一个字节。刚好2 ** 8 = 256 = 16 ** 2。用 8 位 2 进制表达的数，我们用 2 个十六进制数据来表达，更直观和方便。

二).文件格式

所有文件，笼统意义上将可以区分为两类，一类是文本文件，一类是二进制文件。

1).文本文件

文本文件用记事本等文本编辑器打开，我们可以看懂上面的信息。所以使用比较广泛。通常一个文本文件分为很多很多行，作为数据储存时，还有列的概念。实际上，储存在硬盘或其他介质上，文件内容是线一样储存的，列是用空格或 Tab 间隔，行是用回车和换行符间隔。

以 ANSI 编码（使用较多）的文本文件来说，例如我们储存如下信息：

10

11

12

需要的空间是：3 行 × 每行 2 个字符 + 2 个回车符 + 2 个换行符 = 10 字节。文本文件储存数据是有格式，无数据类型的。比如 10 这个数据，并不指定是整型还是实型还是字符串。它有长度，就是2，两个字节。储存时计算机储存它的 ASCII 码：31h,30h。（十六进制表示）。回车符是：0Dh，换行符：0Ah。

因此，这个数据储存是这样的：

31 30 0D 0A 31 31 0D 0A 31 32

(红色为回车符和换行符) 31h 30h 就是 10，31h 31h 就是 11，31h 32h 就是 12。因此我们也可以认为文本文件是特殊的二进制文件。

2).二进制文件

二进制文件，是无格式有数据类型的。比如上面的10 11 12 三个数。但二进制文件没有行的概念。我们要紧凑地储存他们。（当然也可以中间加入一些空白的字节）从数据类型上来说，我们首先考虑整型。如果把10 11 12 当作 2 字长的整型。则 10 表示为：0Ah 00h。因为 0Ah 对应十进制 10。而后面的 00h 是空白位。2 字长的整型如果不足 FFh，也就是不足 255，则需要一个空白位。类似的：11 表示为 0Bh 00h，12 表示为 0Ch 00h。

当整型数据超过 255 时，我们需要 2 个字节来储存。比如 2748（ABCh），则表示为：BCh 0Ah。要把低位写在前面（BCh），高位写在后面（0Ah）。

当整型数据超过 65535 时，我们就需要 4 个字节来储存。比如 439041101

（1A2B3C4Dh），则表示成：4Dh 3Ch 2Bh 1Ah。当数据再大时，我们就需要 8 字节储存了。

二进制文件的实型数据也有字节长度的区分，比如 4 字长，8 字长。但实型数据的长度并不仅仅代表它的表达的范围，更多的代表精度。所以，8 字长的我们又称为双精度。关于实型数据如何储存为 2 进制。则有很多套规则。现在都广泛使用的是 IEEE 标准浮点格式。关于这样的规则，我还正在了解，比较麻烦。就不多说了。在这里也没有必要了解。

二进制文件也可以储存字符型数据，储存方法和文本文件一样。都是使用 ASCII 编码储存的。所以我们用记事本打开某些二进制文件时，也能看到一些有意义的字符串。（无意义的乱码我们可以认为是整型或实型，不过记事本程序当作字符来解释，因此造成了乱码）三).使用二进制文件的好处

为什么要使用二进制文件。原因大概有三个：

第一是二进制文件比较节约空间，这两者储存字符型数据时并没有差别。但是在储存数字，特别是实型数字时，二进制更节省空间，比如储存 Real*4 的数据：3.1415927，文本文件需要 9 个字节，分别储存：3 . 1 4 1 5 9 2 7 这 9 个 ASCII 值，而二进制文件只需要 4 个字节（DB 0F 49 40）

第二个原因是，内存中参加计算的数据都是用二进制无格式储存起来的，因此，使用二进制储存到文件就更快捷。如果储存为文本文件，则需要一个转换的过程。在数据量很大的时候，两者就会有明显的速度差别了。

第三，就是一些比较精确的数据，使用二进制储存不会造成有效位的丢失。

四).二进制文件的储存方式

列举一个二进制文件如下：

00000000h: 0F 01 00 00 0F 03 00 00 12 53 21 45 58 62 35 34 ; .........S!EXb54 00000010h: 41 42 43 44 45 46 47 48 49 47 4B 4C 4D 4E 4F 50 ; ABCDEFGHIGKLMNOP 这里列出的是在 UltraEdit（UE）里看到的东西。其实只有红色部分是文件内容。前面的是 UE 加入的行号。后面的是 UE 尝试解释为字符型的参考。

这个文件一共有 32 字节长。显示为两列，每列 16 个字节。实际上，这仅仅是 UE 的

显示而已。真实的文件并不分行。仅仅知道这个文件的内容，如果我们没有任何说明的话，是不能看出任何有用信息的。

下面我规定一下说明：我们认为，前 4 个字节是一个 4 字节的整型数据（0F 01 00 00 十六进制：10Fh 十进制：271）。这 4 个字节之后的 4 个字节是另一个 4 字节的整型数据（0F 03 00 00 十六进制：30Fh 十进制：783）。其后的 4 个字节（12 53 21 45 ）表示一个 4 字节的实型数据：2.5811919E+3。再其后的 4 个字节（58 62 35 34）表示另一个 4 字节的实行数据：1.6892716E-7。而只后的 16 个字节（41 42 43 44 45 46 47 48 49 47 4B 4C 4D 4E 4F 50）我们认为是 16 个字节的字符串（ABCDEFGHIGKLMNOP）

实际上，二进制文件只是储存数据，并不写明数据类型，比如上面的第 9 字节到第 16 字节（12 53 21 45 58 62 35 34），我们刚才认为是 2 个 4 字节的实型，其实也可以认为是 8 个字节的字符型（ S!EXb54）。而后面的 16 个字节的字符串（ABCDEFGHIGKLMNOP），我们也可以认为是 2 个 8 字节的整型，或者 4 个 4 字节的整型，甚至 2 个 8 字节的实型，4 个 4 字节的实型，等等等等。

因此，面对一个二进制文件，我们不能准确地知道它的含义，我们需要他的数据储存方式的说明。这个说明告诉我们第几个字节到第几个字节是什么类型的数据，储存的数据是什么含义。否则的话，我们只能猜测，或者无能为力。

五).如何使用语句操作二进制文件

我们将上面的那个二进制文件保存为：TestBin.Bin 来举例。

读取和写入二进制其实是两个很类似的操作，了解了其中之一，另一个也就不难了。

二进制文件我们通常使用直接读取方式，Open 语句可以写为：

Open( 12 , File = 'TestBin.Bin' , Access = 'Direct' , Form = 'Unformatted' , RecL = 4 ）上面的 Access 表示直接读取方式，Form 表示无格式储存。比较重要的是 RecL 。我们读取数据时，是用记录来描述单位的，每一次读入或写入是一个记录。记录的长度在Open 时就确定下来，以后不能改变。如果需要改变，只能 Close 以后再此 Open。

记录长度在某些编译器下表示读取的 4 字节长度的倍数，规定为 4 表示记录长度为16 字节。有些编译器下就直接表示记录的字节数，规定为 4 则表示记录长度为 4 字节。这个问题需要参考编译器手册。在 VF 系列里，这个值是前面一个含义。可以通过设置工程属性的 Fortran，Data，Use Bytes as RECL= Unit for Unformatted Files 来改变，使之成为后一个含义。在命令行模式下，则使用 /assume:byterecl 这个编译选项。

确定 RecL 大小是我们需要做的事情，一般来说，不适合太大，也不适合太小。还需要结合数据储存方式来考虑。太小的话，我们需要执行读写的次数就多，太大的话，我们就不方便操作小范围的数据。

有时候我们甚至会分多次来读取数据，每一次的 RecL 都不同。对于上面的TestBin.Bin 文件来说，它比较简单，我以 16 字节长度和 8 字节长度两种读取方式来演示，你甚至可以一次 32 个字节长度全部读完：

（1）RecL = 4 【记录长度 16 字节】