在Fortran中打开二进制文件：状态、格式、访问

Question

我已经使用Fortran工作多年，但是文件I/O对我来说仍然模糊不清。我的理解仅限于status、form、access和recl的某些用例，因为我只在研究生阶段需要过这些内容。
我知道Fortran二进制文件在文件顶部有额外的信息来描述文件大小。但是这之前从未成为我的问题，因为我只需要在Fortran代码中处理Fortran文件，其中额外的信息是必要的，但是看不见的。 但是我如何在Fortran中打开一个扁平的二进制文件？ 过去，我可能会像这样使用Fortran打开Fortran二进制文件：

open(id,file=file_name,status='old',
     +     form='unformatted',access='direct',recl=4,iostat=ok)
      if (ok .ne. 0) then
        write(1,20) id,ok,file_name
                else
        write(1,21) id,file_name

但是，对于一个没有Fortran头信息的平面二进制文件，这种情况会怎样改变呢？更重要的是，有哪些好链接可以详细描述这些术语：status、form、access、recl？

- john_science

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当我说“C++”二进制文件时，我指的只是由C++程序编写的原始、平面的二进制文件。文件格式可以是任何形式，一个由1字节整数行和列填充的平面二进制文件。显然，我的主要问题是尝试在Fortran中读取二进制文件，如果该文件没有通常的Fortran头，则会出现问题。 - john_science

Fortran直接读写二进制文件中没有额外的头信息！使用顺序非格式化文件会得到记录控制字，但是直接IO非格式化文件就像它们可以。将8字节实数写入磁盘将会给你一个恰好包含这八个字节的文件。 - haraldkl

@haraldkl已经击败了我。只有顺序访问文件才能给你额外的位数，而不知道这一点导致我遭受了很多调试的痛苦。 - Tim Whitcomb

谢谢，Haraldkl。我刚试了一下，你说得完全正确。那是很重要的信息。如果那是一个帖子，你会得到一个点赞。 - john_science

请参阅 https://dev59.com/Hmoy5IYBdhLWcg3wJKoq#8751662。 - M. S. B.

Answer 1

我不太喜欢这么做，但是如果我希望在这篇文章中找到答案，前进的方向并不清晰。因此，以下是前进的方法。

简短的版本

在Fortran 77/90中，要打开一个标准的Fortran二进制文件，你可能会写：

OPEN (5, FILE="myFile.txt")

但是要打开一个扁平的非Fortran二进制文件，你需要编写类似以下的代码：

OPEN(5, file="myFile.txt", form='unformatted', access='direct', recl=1)

这种差异是因为Fortran风格的二进制文件在每个“记录”周围都有4字节的头部和尾部。这些头/尾描述了记录中包含的数据大小。（在最常见的情况下，你遇到的每个二进制文件只会有一个记录。）

详细说明

Fortran假设许多默认的open参数。实际上，我们的原始示例可以以以下冗长形式编写，以显示所有默认值。

OPEN (5, FILE="myFile.txt") 
OPEN (5, FILE="myFile.txt", FORM="FORMATTED", 
     +   ACCESS="SEQUENTIAL", STATUS="UNKNOWN")

让我们来看看每个参数：

• FORM 定义了一个文件是由文本 (form='formatted') 还是二进制数据 (form='unformatted') 组成。

• ACCESS 定义了您是按顺序 (access='sequential') 还是按任意顺序 (access='direct') 从文件中读取数据。

• RECL 定义了每个记录需要的字节数。例如，recl=1 表示记录长度为 1 个字节，可能是 1 字节的整数。

• STATUS 定义了文件是否已经存在。参数 STATUS="UNKNOWN" 表示该文件可能尚不存在，但如果不存在，则将创建它。如果您想防止写入旧文件的可能性，请使用： STATUS="OLD"。同样，如果您知道文件尚不存在，则应使用： STATUS="NEW"。

更多信息：

这些打开语句也会影响接下来的读/写/关闭语句。在我的原始帖子中，我需要知道如果打开直接访问文件，则必须写入直接访问文件。（也就是说，在您的二进制文件中不会包含Fortran头/尾。）然而，Fortran 的默认功能是创建带有 Fortran 标头和脚注的顺序访问文件。

有关 Fortran 77/90 中的 open 语句的更多信息，请参阅以下在线资源：

Bishop 大学 Lin Jinsen 的一个不错的页面（非常感谢）。

IBM 官方编译器的略微更正式的文档。

- john_science

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这是一个老问题，但扩展答案以包括如何从“非Fortran二进制文件”读取记录的示例将是有用的。特别是，涉及读取派生类型的情况，我猜这是处理二进制文件时常见的情况。另一个问题是是否可以一次读取整个派生类型数组（即，我一次将整个文件读入数组中）。 - M.E.

Answer 2

注意，给定 recl 的记录长度默认为带有非格式化记录的 4 字节字数（至少在 Intel 编译器上，请使用 byterecl 指定其他选项），因此您可能需要指定编译器选项或使用 recl=1。

就目前代码而言，使用非格式化和直接读取，您只需要选择适当的记录长度即可确保正确读取数据。但是，某些 FORTRAN 编译器不总是对非格式化二进制文件进行友好处理，我建议您今后采用 HDF5 。

如果可用，您的编译器可以允许 recordtype='stream'：

open (id, file=file_name, status='old', form='unformatted' &
        , access='stream', iostat=ios)
! read (id, pos=1) someValue

- user7116

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感谢您指定recl默认为Intel编译器的4字节字。奇怪的是，我在英特尔文档中找不到它的提及。 - umbersar

Answer 3

您可以使用access='stream'命令告诉open在Fortran 2003中使用新的Stream IO模式。

- Kleist

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你为什么还在使用Fortran 77？现在几乎没有编译器无法编译F90的了。请问需要帮助吗？ - haraldkl

@haraldkl - 然而，有很多无知的用户拒绝学习新版本，坚持使用F77，不管听起来多么愚蠢。为什么不用Fortran IV呢？我总是这样问。 - Rook

你可以使用F77将现有代码编译成静态库，然后将其链接到F90项目中。 - bdforbes

几乎没有向后兼容性问题，通过在打开语句中使用流关键字，您甚至不必使用自由格式文件，可以坚持使用固定格式。唯一的问题是，F77编译器将无法处理打开处理。但是我不知道这可能会在哪台机器上引起问题，因为F90现在相当老了，编译器有时间适应;)如果需要证据，请指向标准，我认为F90中唯一删除的功能是H-Format描述符之类的。无论如何，编译器很可能仍然支持甚至那个。 - haraldkl

在F2003中，我认为计算跳转和算术if已被删除。有关哪些编译器支持哪些功能的概述，请查看http://fortranwiki.org/fortran/show/Fortran+2003+status，确实有三个指示不支持流IO的编译器：Absoft、HP和PathScale... - haraldkl

Answer 4

如果您无法使用流访问，则必须使用直接访问。请参见此问题中的链接。

- Vladimir F Героям слава