低水準 I/O によるバイナリ データのインポート

データ インポート用の低水準関数

"低水準ファイル I/O 関数" では、ファイルの読み取りとファイルへのデータの書き込みをほぼ直接に制御できます。ただし、使いやすい "高水準関数" に比べて、これらの関数ではファイルについて詳細な情報を指定する必要があります。高水準関数とそれらでサポートされるファイル形式の一覧は、インポートとエクスポートでサポートされるファイル形式を参照してください。

高水準関数でデータをインポートできない場合は、以下のいずれかを使用してください。

メモ

低水準ファイル I/O 関数は、ANSI® 標準 C ライブラリの関数を基に構成されています。ただし、MATLAB® にはそれらの関数の "ベクトル化" バージョンが含まれており、最小限の制御ループを使用して配列内のデータの読み取りと書き込みが行われます。

ファイルのバイナリ データの読み取り

あらゆる低水準 I/O 関数で行うように、インポートの前に fopen でファイルを開き、ファイル識別子を取得します。ファイルの処理が終了したら、fclose(fileID) を使用してこれを閉じます。

既定の設定により、fread はファイルを 1 バイトずつ読み取り、各バイトを 8 ビット符号なし整数 (uint8) として解釈します。fread は列ベクトルを作成し、各要素はそれぞれファイルの各バイトに対応します。列ベクトルに含まれる値は double クラスとなります。

たとえば、次のように作成されたファイル nine.bin について考えます。

fid = fopen('nine.bin','w');
fwrite(fid, [1:9]);
fclose(fid);

ファイル内のすべてのデータをクラス double の 9 行 1 列の列ベクトルに読み取るには、次のようにします。

fid = fopen('nine.bin');
col9 = fread(fid);
fclose(fid);

配列の次元の変更

既定の設定では、fread によってファイル内のすべての値が列ベクトルに読み取られます。ただし、読み取る値の数を指定することや、2 次元の出力行列を作成することもできます。

たとえば、前の例で説明した nine.bin を読み取るには次のようにします。

fid = fopen('nine.bin');

% Read only the first six values
col6 = fread(fid, 6);

% Return to the beginning of the file
frewind(fid);

% Read first four values into a 2-by-2 matrix
frewind(fid);
two_dim4 = fread(fid, [2, 2]);

% Read into a matrix with 3 rows and
% unspecified number of columns
frewind(fid);
two_dim9 = fread(fid, [3, inf]);

% Close the file
fclose(fid);

入力値の記述

ファイル内の値が 8 ビット符号なしの整数以外の場合は、値のサイズを指定します。

たとえば、次のように倍精度値で作成されたファイル fpoint.bin について考えます。

myvals = [pi, 42, 1/3];

fid = fopen('fpoint.bin','w');
fwrite(fid, myvals, 'double');
fclose(fid);

ファイルを読み取るには次のようにします。

fid = fopen('fpoint.bin');

% read, and transpose so samevals = myvals
samevals = fread(fid, 'double')';

fclose(fid);

精度の記述の一覧は、関数 fread のリファレンス ページを参照してください。

メモリ消費量の節約

既定の設定により、fread ではクラス double の配列が作成されます。倍精度の値を配列に格納すると、文字、整数、または単精度の値を格納するよりも多くのメモリが必要となります。

データの格納に必要なメモリの量を減らすには、以下の方法のいずれかを使用して配列のクラスを指定します。

  • 入力値のクラスをアスタリスク ('*') を使用して一致させます。たとえば、単精度値をクラス single の配列に読み取るには、次のコマンドを使用します。

    mydata = fread(fid,'*single')

  • '=>' のシンボルによって入力値を新しいクラスにマッピングします。たとえば、uint8 の値を uint16 の配列に読み取るには、次のコマンドを使用します。

    mydata = fread(fid,'uint8=>uint16')

精度の記述の一覧は、関数 fread のリファレンス ページを参照してください。

ファイルの部分的な読み取り

MATLAB の低水準関数には、ファイル内のバイナリ データの一部を読み取るためのオプションがいくつか含まれています。

ファイル終端のテスト

ファイルを開くと、ファイル内での現在の位置を示すポインターが MATLAB によって作成されます。

メモ

空のファイルを開いても、ファイルの位置指定子がファイル終端に "移動することはありません"。読み取り操作および関数 fseek と関数 frewind は、ファイル位置指定子を移動します。

関数 feof を使用して、ファイル終端に達したかどうかを確認します。feof は、ファイル ポインターがファイル終端にあるとき 1 の値を返します。それ以外の場合は 0 を返します。

たとえば、大きなファイルを次のように部分的に読み取ります。

filename = 'largedata.dat';		% hypothetical file
segsize = 10000;

fid = fopen(filename);

while ~feof(fid)
    currData = fread(fid, segsize);
    if ~isempty(currData)
        disp('Current Data:');
        disp(currData);
    end
end
    
fclose(fid);

ファイル内での移動

データの特定部分の読み取りや書き込みを行うには、ファイルの位置指定子をファイル内の任意の場所に動かします。たとえば、関数 fseek を次の構文で呼び出します。

fseek(fid,offset,origin);

ここで以下のようになります。

  • fid は fopen から得られるファイル識別子です。

  • offset は、バイト単位で指定される正または負のオフセット値です。

  • origin によって、位置を計算する始点が指定されます。

    'bof'

    ファイルの先頭

    'cof'

    ファイル内での現在の位置

    'eof'

    ファイル終端

または、次のようにして簡単にファイルの先頭に移動します。

frewind(fid);

特定のファイル内における現在の位置を調べるには ftell を使用します。ftell はファイルの先頭からのバイト数を返します。

たとえば、ファイル five.bin を作成します。

A = 1:5;
fid = fopen('five.bin','w');
fwrite(fid, A,'short');
fclose(fid);

fwrite の呼び出しでは short 形式が指定されているため、A の各要素では five.bin のストレージ バイトが 2 バイト使用されます。

five.bin を再び開いて読み取ります。

fid = fopen('five.bin','r');

ファイルの位置指定子を、ファイルの先頭から 6 バイト先に動かします。

status = fseek(fid,6,'bof');

次の要素を読み取ります。

four = fread(fid,1,'short');

読み取りの動作によって、ファイルの位置指定子は先に進みます。現在のファイル位置指定子の位置を調べるには、ftell: を呼び出します。

position = ftell(fid)

position = 
     8

ファイルの位置指定子を 4 バイト戻すために、fseek を再び呼び出します。

status = fseek(fid,-4,'cof');

次の値を読み取ります。

three = fread(fid,1,'short');

他のシステムで作成されたファイルの読み取り

オペレーティング システムが異なると、バイト レベルまたはビット レベルでの情報の保管も異なっています。

  • "ビッグエンディアン" システムでは、メモリ内の最大のアドレスからバイトを保存します (つまり、ビッグ エンドから保存を開始します)。

  • "リトルエンディアン" システムでは、最小のアドレス (リトル エンド) からバイトを保存します。

Windows® システムではリトル エンディアンのバイト順を、UNIX® システムではビッグ エンディアンのバイト順を使用しています。

逆の "エンディアン" システムで作成されたファイルを読み取るには、そのファイルの作成に使用されたバイト順を指定します。バイト順は、ファイルを開く呼び出しやファイルを読み取る呼び出しで指定できます。

たとえば、リトルエンディアン システムで作成された、little.bin という名前の倍精度値をもつファイルについて考えます。このファイルをビッグエンディアン システムで読み取るには、以下のコマンドのいずれか (または両方) を使用します。

  • 次のコマンドでファイルを開きます。

    fid = fopen('little.bin', 'r', 'l')

  • 次のコマンドでファイルを読み取ります。

    mydata = fread(fid, 'double', 'l')

ここで、'l' はリトルエンディアンの順序を示しています。

どのバイト順がシステムで使用されているかが不明な場合は、関数 computer を呼び出します。 

[cinfo, maxsize, ordering] = computer
返される ordering はリトルエンディアン システムでは 'L'、ビッグエンディアン システムでは 'B' となります。