LabVIEW數據記錄和存儲(三)—二進制文件（Binary File）

在文件存儲的邏輯上，二進制文件基于值編碼，而不是字符編碼，其占用空間小，讀取/寫入速度快，但是譯碼比較復雜，不利用數據共享。根據具體編碼方式的不同，二進制的使用方式也有所不同，如對bmp格式，規定了文件各個字節段/塊的含義，只需要按照相應的編碼方式進行解碼就可以得到bmp文件的內容。因此，使用記事本是無法查看bmp的內容的（無法解碼bmp文件），只能使用專門的圖像查看軟件。事實上，任何程序員都可以按照自己的方式自定義二進制文件的編碼方式，并提供相應的解碼模塊將信息從二進制文件中提取出來即可。
與文本文件的讀寫方式類似，LabVIEW中的二進制文件的讀寫采用圖 10所示的兩個函數完成：“Write To Binary File”和“Read From Binary File”。這兩個函數是多態函數，可以接受File Refnum和File Path兩種輸入。其使用方式也與文本文件的兩個VI類似，本文不再贅述，僅僅說明其特殊的參數和使用方法。


圖 10 File I/O選板
圖 11所示為利用Write To Binary File.vi函數將一個數組以二進制文件存儲。首先，程序使用10次的FOR循環以產生0~9的數列并將其轉換為U8類型的數組；然后將這個數組存入二進制文件中。


圖 11 使用Write To Binary File.vi函數
如果計算該文件的大小，可以很容易的得到：10*1 Byte（U8）=10 Bytes，即10字節。打開該文件的“屬性”對話框，如圖 12所示，顯示文件大小為14字節。那么多余的4字節是怎么產生的呢？這與Write To Binary File.vi函數的“prepend array or string size (T)”參數有關，它表示當輸入端的數據類型是數組或字符串時是否在文件頭包含該數組的大小或字符串的長度，默認是True。該長度通過一個32 bits（4 Bytes）的整型表示，因此當往二進制文件中寫入數組和字符串時，可以決定是否需要將大小和長度信息寫入文件頭。


圖 12 test.dat文件屬性
從上面可知，通過讀取test.dat文件的前4個字節獲取字符串的長度或數組的大小，如圖 13所示。


圖 13 獲取test.dat文件的大小
在Write To Binary File.vi和Read From Binary File.vi中，均包含一個byte order參數。這實際上就是常說的“大小頭”問題，比如U16占有2個字節，是前面的字節占高的內存地址，還是后面的字節占高的內存地址。由于不同的操作平臺對該問題有不同的處理方式，因此使用時需要顯式地指定，只需要寫入和讀取時一一對應即可，一般保持默認值。
為了說明數據結構對二進制文件的影響，本文將使用一個比較復雜的數據類型寫入二進制文件，如圖 14所示。實例中使用簇的數組類型，在簇中依次包含了double、string、I32和2個I32型數據組成的數組元素。


圖 14 寫入二進制文件
根據LabVIEW數據類型的定義方式，可以計算單個簇元素的大小是：8 Bytes（double）+5 Byte（string，其中4個字節表示字符串長度）+4 Bytes（I32）+12 Bytes（Array of I32，其中4個字節表示數組的長度）=29 Bytes，整個文件的大小是29 Bytes*10+4 Bytes（表示數組的長度）=294 Bytes。因此，test.dat文件的格式如圖 15所示。


圖 15 test.dat文件的格式
根據圖 15的文件組成，可以獲取數組的第6個簇元素的值，如圖 16所示。首先讀取test.dat的前4個字節獲取整個數組的長度；然后，將文件指針移動到第6個元素的開頭；最后，讀取第6個數據元素即可得到數組中的第6個元素。顯然，如果程序員不知道test.dat中的字節存儲情況，是無法獲取第6個元素值的。


圖 16 獲取test.dat文件中數組的第6個元素
綜上所述，二進制文件由于其高速、高效的特點在高速流盤、安全存取方面應用廣泛。同時，由于其無法被常用的字符處理程序直接讀取，因此無法便捷地查看數據，而只能通過專用的應用程序讀取。此外，對特有的數據結構而言，二進制文件需要非常了解該數據結構的內存占用情況才能夠準確檢索和定位。
通常，為了識別二進制的基本信息，程序員往往會在文件的頭部增加一些基本的頭文件信息，用來描述文件的組成。如bmp格式文件在頭部使用14個字節表示文件信息以及40個字節表示位圖信息，這些信息使得程序員可以快速地獲取bmp文件的字節大小、位圖像素、分辨率、顏色等相關信息。