§ 2.31. Работа с файлами
2.31.1. Общие замечания.
Файлы, как правило, представляют собой именованные области внешней (дисковой) памяти, с которыми программы обмениваются информацией. Потребность в такого рода обменах возникает в самых разнообразных ситуациях. Так, например, к услугам внешней памяти приходится прибегать, записывая туда очередную порцию накопленных данных, когда объем оперативной памяти может быть недостаточен для хранения нужной информации. В другой ситуации приложение может воспользоваться своими же данными, записанными ранее на диск или полученнными в результате работы других программ. Следует отметить, что поставщиками или потребителями данных, с которыми программа, созданная в системе MATLAB, может вступать в контакт могут быть не только дисковые файлы, но и файлы-устройства (дисплей, принтер, плоттер, сканер, клавиатура, каналы связи и т.д.). Тем не менее, далее будем рассматривать в основном работу с дисковыми файлами, хотя, в целом, соответствующее обслуживание файлов-устройств осуществляется по аналогичной схеме.
Отмечая ключевые аспекты процесса обмена данными, следует указать, что работа с файлами ограничивается, в основном, тремя-четырьмя операциями:
– выделение ресурсов и приведение файла в состояние готовности к обмену данными (именно это скрывается за термином открыть файл);
– чтение (ввод из файла) или запись (вывод в файл) очередной порции данных;
– возврат выделенных ресурсов и завершение неоконченных операций (этому соответствует термин закрыть файл).
К числу наиболее значимых аспектов обмена информации необходимо отнести формат представления данных на внешнем носителе. В своем подавляющем большинстве почти все системы программирования (и система MATLAB в этом смысле никак не исключение) используют два формата данных – текстовые и бинарные (двоичные).
Текстовые или символьные данные состоят из строк, похожих на те, которые пользователи набирают при вводе с клавиатуры или видят на экране монитора. Для текстовых данных характерна переменная длина строки, завершающейся невидимым признаком конца. Кроме того, числовые данные в строках представлены в виде, ествественном для человека. По сути, это означает, что при вводе символьных данных служебные программы преобразуют числовую информацию во внутренний формат компьютера, а при выводе работают другие сервисные программы, которые, напротив, преобразуют данные из машинного формата в приемлимый для пользователя вид.
В силу переменной длины строк обмен с текстовыми наборами данных приходится проводить последовательно – строка за строкой. В самом деле, для того, чтобы определить, где в наборе данных размещается строка с заданным номером, пришлось бы перебирать байт за байтом все символы предшествующих строк.
Как правило, обмен информации, хранящейся
в символьном наборе данных, существенно
превышает длину той же информации в
машинном формате (указанное относится
в основном к данным числового типа).
Так, например, число
в символьном представлении занимает
16 байт, тогда как соответствующий
машинный эквивалент с таким же количеством
значащих цифр требует 8 байт.
В свете вышеизложенного текстовое представление данных имеет все же целый ряд недостатков, среди которых, в частности, меньшая эффективность по объему использованной памяти, потребность в дополнительных затратах на преобразования между машинным и символьным форматами, возможность исключительно последовательного обмена между программой и внешним носителем. Тем не менее, очевидно, что главным преимуществом текстовых данных является ественность их восприятия человеком, причем представление указанных данных, по существу, не зависит от конкретного компьютера или операционной системы (это важно при передаче данных между различными вычислительными платформами).
Информация, которая хранится в бинарных наборах данных может иметь совершенно разную природу. Обмен информацией с бинарными наборами данных не требует каких-либо преобразований. В этой связи он выполняется быстрее и связан с меньшими объемами памяти. В отличие от текстовых файлов, обмен данных с бинарными файлами выполняется порциями заданной длины, поэтому в зависимости от природы информации, хранящейся в бинарных файлах, здесь имеется возможность прямого доступа к нужной порции данных. В частности, если файл предназначен для временного хранения информации, используемой лишь программой, и его содержимое не будет переноситься на компьютеры другого типа, предпочтения целесообразно отдавать бинарным файлам.