Как загрузить массив из файла с
Предполагается, что данные не хранятся в исходных файлах. Файлы читаются во время компиляции программы. Рассматриваются одномерные и многомерные массивы. Примеры также показывают, как управлять размещением массивов в ОЗУ или энергонезависимой памяти и выбирать, какие файлы данных использовать для инициализации.
Для примеров используется компилятор GCC для ARM с 32-разрядным микроконтроллером в качестве цели. Все примеры используют стандарт C и работают с этим компилятором.
Основы инициализации массивов
Массив может быть инициализирован значениями, когда он «объявляется». Типовое объявление показано ниже. Значения в фигурных скобках называются «инициализаторами».
Если размер массива не указан в скобках, размер будет равен количеству инициализаторов. Если инициализаторов меньше, чем размер массива, дополнительные элементы устанавливаются в значение 0. Большее количество инициализаторов, по сравнению с размером массива, вызовет ошибку.
Пробелы
Инициализаторы должны быть разделены запятыми. Добавление «пробела» – это нормально. В этом случае под пробелом подразумеваются символы «пустого пространства» или пробельные символы. Набор пробельных символов включает в себя пробел, табуляцию, перевод строки, возврат каретки, вертикальную табуляцию и перевод страницы. Символы новой строки и возврата каретки используются для обозначения конца строки в исходном коде C. Я знаю символ перевода страницы, но что такое вертикальная табуляция?
Как правило, C не заботится о том, содержит ли оператор пробелы или продолжается ли он в следующей строке. Оператор здесь эквивалентен коду, приведенному выше. В случае больших массивов обычно можно увидеть много-много строк инициализаторов. Возможно, даже страницы. В какой-то момент мы можем спросить: «А есть ли способ лучше?»
Инициализация массива из файла
Исходный код C перед компиляцией проходит через препроцессор. Обычно используемая функция препроцессоров C – это «включение файла». Вот цитата из известной книги Кернигана и Ричи «Язык программирования Си».
Я подчеркнул «среди прочего». Хотя мы обычно включаем файлы «.c» и «.h», препроцессору не важно расширение имени файла. Подойдет любой текстовый файл. Итак, следующий синтаксис работает для инициализации массива.
Файл не должен содержать никаких специальных символов, которые иногда скрыты для форматирования документа. Не усложняйте. Никакого форматирования текста. Никаких заголовков столбцов. Только цифры, запятые и пробелы. Вот файл, созданный с помощью Windows Notepad.
Содержимое текстового файла
Ниже приведен массив в памяти, показанный с помощью отладчика. В этом случае массив находится в оперативной памяти, на что указывают старшие адреса в столбце Location.
Значения массива в памяти
Хранение массива в энергонезависимой памяти и выбор файла данных
Новое расположение массива в памяти
Вот пример использования условного включения для выбора файла для инициализации.
Тестирование с большим массивом
У меня был большой файл случайных данных, описывающих форму шума, и я использовал его для проверки инициализации большого массива в NVM. Вот график данных и объявление массива.
Вот начало файла.
Начало файла данных
Исходный файл csv не имел запятой после значений. Они были легко добавлены с помощью редактора, который мог использовать регулярные выражения в операциях поиска/замены. В этом случае я использовал выражение для разделителя строк " \r ". Искалось « \r », и результат заменялся на " , \r ". Одна операция поиска/замены добавила все запятые для 10000 значений.
Все отлично работало и очень быстро компилировалось! Вот начало массива в памяти. Отладчик красиво разбил отображение на группы по 100 элементов в каждой.
Расположение массива в памяти
Многомерные массивы
Что если данные организованы в двух или более измерениях? Давайте посмотрим на двумерный массив, объявленный как uint16_t test[2][3] . В C правый индекс (3) представляет собой одномерный массив с элементами, смежными в памяти. Левый индекс (2) означает, что имеется два таких трехэлементных массива. Ниже показано распределение памяти для этих шести элементов:
Порядок в памяти важен, потому что доступ к последовательным элементам в памяти путем увеличения правого индекса происходит быстрее, чем доступ к элементам путем увеличения левого индекса, который требует «прыжков» через память. Если массив содержит два вектора из 1000 элементов, для самого быстрого доступа он должен быть организован следующим образом test[2][1000] .
Ниже показан пример инициализации двумерного массива. Обратите внимание, что инициализаторы сгруппированы дополнительными фигурными скобками, группирующими инициализаторы для одномерных массивов правого индекса.
Этот формат создает проблему для файла данных, который может содержать только цифры, запятые и пробелы. Что произойдет, если дополнительные фигурные скобки опущены?
Компилятор заполняет массив, проходя через инициализаторы слева направо с заполнением сперва правого индекса. Компилятор, который я использую, выдает предупреждение: «отсутствуют скобки вокруг инициализатора». Если количество инициализаторов точно совпадает с количеством элементов в массиве, это не вызывает проблем. Однако, если они не равны, не ясно, как заполнить массив, если нет фигурных скобок, действующих в качестве направляющих.
Инициализация массивов в объединениях union
Объединение ( union ) – это переменная, которая может содержать объекты разных типов, которые совместно используют одну и ту же память, а компилятор отслеживает объекты, как если бы они были разными вещами. Такое расположение может быть полезно для встроенного приложения, испытывающего недостаток памяти. Вот пример с vector[6] с одним измерением и matrix[2][3] с двумя измерениями. Это два массива, которые занимают одинаковые места в памяти.
Ниже показано содержимое файла для инициализации. В нем две строки, но это не имеет значения. Просто чуть больше пробельных символов.
Содержимое файла с данными для инициализации
Ниже показан массив в памяти. Обратите внимание, что начальное положение vector[] и matrix[][] совпадают.
Расположение массива в памяти
Существуют ли другие способы инициализации многомерных массивов из одного файла, состоящего только из цифр, запятых и пробелов? Напишите об этом в комментариях.
Бонусный совет: строки
А как насчет строк? Вот пример инициализации строки.
Неправильная инициализация строки из текстового файла
Решение заключается в том, чтобы поместить кавычки в файл.
Содержимое текстового файла для инициализации строки
Затем используем следующий оператор.
Результат инициализации строки из файла
Важно отметить, что примеры теоретически должны работать с любым компилятором. Однако некоторые примеры могут быть необычными и могут вызывать проблемы с некоторыми компиляторами. Если обнаружите проблему, напишите об этом в комментариях.
До этого при вводе-выводе данных мы работали со стандартными потоками — клавиатурой и монитором. Теперь рассмотрим, как в языке C реализовано получение данных из файлов и запись их туда. Перед тем как выполнять эти операции, надо открыть файл и получить доступ к нему.
В языке программирования C указатель на файл имеет тип FILE и его объявление выглядит так:
С другой стороны, функция fopen() открывает файл по указанному в качестве первого аргумента адресу в режиме чтения ("r"), записи ("w") или добавления ("a") и возвращает в программу указатель на него. Поэтому процесс открытия файла и подключения его к программе выглядит примерно так:
Примечание. В случае использования относительной адресации текущим/рабочим каталогом в момент исполнения программы должен быть тот, относительно которого указанный относительный адрес корректен. Место нахождения самого исполняемого файла не важно.
При чтении или записи данных в файл обращение к нему осуществляется посредством файлового указателя (в данном случае, myfile).
Если в силу тех или иных причин (нет файла по указанному адресу, запрещен доступ к нему) функция fopen() не может открыть файл, то она возвращает NULL. В реальных программах почти всегда обрабатывают ошибку открытия файла в ветке if , мы же далее опустим это.
Объявление функции fopen() содержится в заголовочном файле stdio.h, поэтому требуется его подключение. Также в stdio.h объявлен тип-структура FILE.
После того, как работа с файлом закончена, принято его закрывать, чтобы освободить буфер от данных и по другим причинам. Это особенно важно, если после работы с файлом программа продолжает выполняться. Разрыв связи между внешним файлом и указателем на него из программы выполняется с помощью функции fclose() . В качестве параметра ей передается указатель на файл:
В программе может быть открыт не один файл. В таком случае каждый файл должен быть связан со своим файловым указателем. Однако если программа сначала работает с одним файлом, потом закрывает его, то указатель можно использовать для открытия второго файла.
Чтение из текстового файла и запись в него
fscanf()
Функция fscanf() аналогична по смыслу функции scanf() , но в отличии от нее осуществляет форматированный ввод из файла, а не стандартного потока ввода. Функция fscanf() принимает параметры: файловый указатель, строку формата, адреса областей памяти для записи данных:
Возвращает количество удачно считанных данных или EOF. Пробелы, символы перехода на новую строку учитываются как разделители данных.
Допустим, у нас есть файл содержащий такое описание объектов:
Тогда, чтобы считать эти данные, мы можем написать такую программу:
В данном случае объявляется структура и массив структур. Каждая строка из файла соответствует одному элементу массива; элемент массива представляет собой структуру, содержащую строковое и два числовых поля. За одну итерацию цикл считывает одну строку. Когда встречается конец файла fscanf() возвращает значение EOF и цикл завершается.
fgets()
Функция fgets() аналогична функции gets() и осуществляет построчный ввод из файла. Один вызов fgets() позволят прочитать одну строку. При этом можно прочитать не всю строку, а лишь ее часть от начала. Параметры fgets() выглядят таким образом:
Такой вызов функции прочитает из файла, связанного с указателем myfile, одну строку текста полностью, если ее длина меньше 50 символов с учетом символа '\n', который функция также сохранит в массиве. Последним (50-ым) элементом массива str будет символ '\0', добавленный fgets() . Если строка окажется длиннее, то функция прочитает 49 символов и в конце запишет '\0'. В таком случае '\n' в считанной строке содержаться не будет.
В этой программе в отличие от предыдущей данные считываются строка за строкой в массив arr. Когда считывается следующая строка, предыдущая теряется. Функция fgets() возвращает NULL в случае, если не может прочитать следующую строку.
getc() или fgetc()
Функция getc() или fgetc() (работает и то и другое) позволяет получить из файла очередной один символ.
Приведенный в качестве примера код выводит данные из файла на экран.
Запись в текстовый файл
Также как и ввод, вывод в файл может быть различным.
- Форматированный вывод. Функция fprintf ( файловый_указатель, строка_формата, переменные ) .
- Посточный вывод. Функция fputs ( строка, файловый_указатель ) .
- Посимвольный вывод. Функция fputc() или putc( символ, файловый_указатель ) .
Ниже приводятся примеры кода, в которых используются три способа вывода данных в файл.
Запись в каждую строку файла полей одной структуры:
Построчный вывод в файл ( fputs() , в отличие от puts() сама не помещает в конце строки '\n'):
Пример посимвольного вывода:
Чтение из двоичного файла и запись в него
С файлом можно работать не как с последовательностью символов, а как с последовательностью байтов. В принципе, с нетекстовыми файлами работать по-другому не возможно. Однако так можно читать и писать и в текстовые файлы. Преимущество такого способа доступа к файлу заключается в скорости чтения-записи: за одно обращение можно считать/записать существенный блок информации.
При открытии файла для двоичного доступа, вторым параметром функции fopen() является строка "rb" или "wb".
Тема о работе с двоичными файлами достаточно сложная, для ее изучения требуется отдельный урок. Здесь будут отмечены только особенности функций чтения-записи в файл, который рассматривается как поток байтов.
Функции fread() и fwrite() принимают в качестве параметров:
- адрес области памяти, куда данные записываются или откуда считываются,
- размер одного данного какого-либо типа,
- количество считываемых данных указанного размера,
- файловый указатель.
Эти функции возвращают количество успешно прочитанных или записанных данных. Т.е. можно "заказать" считывание 50 элементов данных, а получить только 10. Ошибки при этом не возникнет.
Пример использования функций fread() и fwrite() :
Здесь осуществляется попытка чтения из первого файла 50-ти символов. В n сохраняется количество реально считанных символов. Значение n может быть равно 50 или меньше. Данные помещаются в строку. То же самое происходит со вторым файлом. Далее первая строка присоединяется ко второй, и данные сбрасываются в третий файл.
Добрый день! В этой статье я расскажу о том, как написать программу, которая будет считывать строки из файла. Покажу как записать их в массив или вывести. При написании программы будут использоваться функции из стандартной библиотеки языка C++.
Стандартная библиотека языка C++ <fstream> включает множество функций для работы с файлами. Описание функций можно найти в сети или в учебниках по C++. Здесь же я опишу одну, которая позволит произвести чтение строки из файла.
Содержание файла strings.txt
Три строки, содержащиеся в файле, я запишу массив и выведу на экран.
Пингвин читает содержимое файла
Переходим к написанию программы на C++.
Нашей программе понадобятся два заголовочных файла <iostream> и <fstream>. Первый нужен будет для использования вывода на консоль, второй для работы с файлами.
Объявим две целочисленные константы len и strings, они будут хранить максимальную длину наших строк и количество строк. Объявим символьную константу ch, которая будет хранить разделяющий символ. Первые две константы будут использоваться для объявления массива. Мой файл содержит 3 строки
При помощи значений двух первых констант объявим двумерный массив символов.
Создадим объект класса ostream, в конструктор поместим адрес файла, флаги открытия.
Флаг ios::in позволяет открыть файл для считывания, ios::binary открывает его в двоичном режиме.
Далее стоит проверить открылся ли файл, если не открылся, то завершаем работу программы.
В данный момент программа имеет такой вид
Теперь остается описать алгоритм считывания строк из файла и занесения их в массив с последующим выводом. Для этого понадобится цикл от нуля до strings с инкрементом переменной r. Во время каждого прохода цикла используем перегруженную функцию getline() объекта fs с тремя аргументами.
fs.getline(Массив_символов, Макс_длина_строки, Разделитель_строк)
Функция считывает символы из файла, пока не считает количество равное Макс_длина_строки, либо не встретит на своём пути символ равный Разделитель_строк, а после записывает считанные символы в Массив_символов. В качестве разделителя в моём текстовом файле используется перенос строки.
После сразу же выводим содержимое строки, хранящееся в массиве, при помощи поточного вывода в консоль cout.
Весь листинг конечной программы
За счет константных переменных её можно легко модернизировать. Изменив константу strings, можно указать количество выводимых строк. Чтение из файла будет производится до тех пор, пока массив не заполнится нужным количеством строк. Изменив константу ch, можно изменить разделитель строк(Например, можно разделять их пробелом и занести в массив отдельные слова из файла и т.д.).
Если Вас интересует запись в файл, то почитайте статью о чтении из input.txt и записи данных в файл output.txt.
Пример работы string и пример считывания всех строк из файла в массив с последующим выводом
Программа должна считывать массив из файла и отсортировать значения по возрастанию. Какие функции/классы можно использовать для считывания массива из файла и дальнейшней его сортировки?
Все довольно просто. Для начала разбейте задание на небольшие подзадачи:
- Открыть сам файл с массивом.
- Считать оттуда числа.
- Отсортировать массив.
- Вывести на экран.
Работу с файлами можно реализовать с помощью std::ifstream . Считывание производится оператором >> . Отсортировать массив можно с помощью std::sort . На экран выводим обычным std::cout .
Если собрать все вместе, то получим что-то такое:
Для работы с путями и вообще с файловыми системами есть std::filesystem работу с путями желательно строить через него.
std::filesystem::current_path() / "data" — укажет путь до файла который лежит рядом с бинарником Вашей программы.
std::filesystem::exists(path) — проверит существование файла. см CheckAndGetFStream ниже.
Далее открываете и проверяете файл на открытие.
std::ifstream::is_open — вернет true если файл успешно открылся.
std::istream_iterator<int64_t> begin_file, end_file;
std::vector<int64_t> data(begin_file, end_file);
Если нет, то лучше читать по лексеме с обработкой ошибок а-ля (в таком случае если где-то появилось что-то отличное от is_space(. )==true оно будет игнорироваться и чтение пойдет дальше, а в первом случае закирпичится и данные за этим символом не будут прочтены)
После чтения файла нужно проверить, прочиталось ли вообще хоть что-то)
Для сортировки есть std::sort куда Вы можете указать std::less и std::greater в зависимости от того, как Вам надо отсортировать данные
Занимаясь научными вычислениями, вы получаете результаты, которые должны быть обязательно сохранены. Самый надежный способ хранения - это загрузка массивов с результатами в файл, так как их легко хранить и передавать. Для данных нужд, NumPy предоставляет очень удобные инструменты, позволяющие производить загрузку и выгрузку массивов в файлы различных форматов, а так же производить их сжатие, необходимое для больших массивов.
6.1. Двоичные файлы NumPy (.npy, .npz)
NumPy имеет два собственных формата файлов .npy - для хранения массивов без сжатия и .npz - для предварительного сжатия массивов. Если массивы, которые необходимо сохранить являются небольшими, то можно воспользоваться функцией numpy.save() . В самом простом случае, данная функция принимает всего два аргумента - имя файла в который будет сохранен массив и имя самого сохраняемого массива. Однако следует помнить, что файл будет сохранен, в той директории в которой происходит выполнение скрипта Python или в указанном месте:
После того как массив сохранен, его можно загрузить из файла с помощью функции numpy.load() , указав в виде строки имя необходимого файла, если он находится в той же директории, что и выполняемый скрипт Python, или путь к нему, если он располагается в другом месте:
Файлы .npy удобны для хранения одного массива, если в одном файле нужно сохранить несколько массивов, то необходимо воспользоваться функцией numpy.savez() , которая сохранит их в несжатом виде в файле NumPy с форматом .npz.
После сохранения массивов в файл .npz они могут быть загружены с помощью, уже знакомой нам, функции numpy.load() . Однако, имена массивов теперь изменились с a , b и c на arr_0 , arr_1 и arr_2 соответственно:
Что бы вместе с массивами сохранялись их оригинальные имена, необходимо в функции numpy.savez() указывать их как ключи словарей Python:
В случае очень больших массивов можно воспользоваться функцией numpy.savez_compressed() .
На самом деле, файлы .npz это просто zip-архив который содержит отдельные файлы .npy для каждого массива.
После того как файл был загружен с помощью функции numpy.savez_compressed() его так же легко загрузить с помощью функции numpy.load() :
6.2. Текстовые файлы (.txt)
Очень часто приходится иметь дело с данными, которые хранятся в обычных текстовых файлах (.txt). Как правило, данные представлены в виде строк, в каждой строке может быть несколько значений, разделенных некоторым символом-разделителем, как правило '' - пробелом, ',' или любым другим символом (или группой символов). Такие файлы, по своей сути, являются текстовыми представлениями таблиц, данные которых необходимо как-то загружать и выгружать.
Для работы с данными в текстовом формате NumPy предоставляет очень гибкие функции, но пока мы ограничимся рассмотрением лишь двух из них numpy.savetxt() и numpy.loadtxt() в самом простом случае их использования.
Если заглянуть в получившийся файл, то мы увидим следующее:
Как видим, одномерный массив записывается в текстовый файл простой последовательностью строк, одно значение - одна строка. Давайте сохраним двумерный массив:
Двумерный массив в получившемся текстовом файле будет выглядеть следующим образом:
Каждой строке в текстовом файле соответствует строка из загруженного массива с разделенными пробелом значениями.
Если попробовать сохранить в текстовый файл трехмерный массив или же массив с большей размерностью, то это приведет к ошибке:
C чем связано такое поведениесказать трудно и можно подумать, что это является большим минусом, однако, напомню, что работа с текстовыми файлами имеет совсем другую основную цель - большие таблицы с данными самого разного типа.
Итак, у нас есть два файла test_1.txt и test_2.txt, теперь загрузим массивы которые в них хранятся с помощью функции numpy.loadtxt() :
Как видим, все довольно просто. Но, мы не рассматривали загрузку данных из реальных таблиц, вид которых может быть очень сложным. Например, у нас есть текстовый файл loadtxt_example.txt со следующими данными:
Функция numpy.loadtxt() позволяет загрузить эти данные в так называемый структурированный массив NumPy:
Обрабатывать отсутствующие значения (строка 8 и 15):
Или выгружать только необходимые столбцы таблицы:
И это только малая часть всех возможностей, которые предоставляет NumPy для работы с данными в текстовом виде. Функция numpy.fromregex() позволяет создавать массивы из текстовых файлов с использованием регулярных выражений, а функция numpy.genfromtxt() имеет более 20 параметров настройки и предоставляет самые гибкие решения создания массивов из текстовых файлов.
6.3. Бинарные файлы
Самым простым и самым быстрым способом сохранения массивов является создание простых двоичных файлов. Однако, при такой форме сохранения теряется информация о порядке байтов данных и точности данных. Чаще всего, этот недостаток, не имеет никакого значения, но ситуации в которых такая потеря может оказаться критичной, все же бывают.
Рассмотрим простой пример:
Как видим, двоичный файл создан не с помощью функции NumPy, а спомощью метода базового класса ndarray объектами которого являются все массивы. Что бы загрузить массив из такого файла необходимо воспользоваться функцией numpy.fromfile() :
Как видим данные полностью и безошибочно загрузились. Тем не менее, будте осторожны, если вы передаете данные в таком виде между машинами с разной архитектурой или другими нюансами, которые связаны с порядком байтов данных и их точностью.
Читайте также: