除了文本文件之外,其他需要按照一定的格式定义读写的文件都称为 二进制文件 。 每种格式的二进制文件都有自己的格式定义,写入数据时按照一定的顺序写入,读出时也按照相应的
每种格式的二进制文件都有自己的格式定义,写入数据时按照一定的顺序写入,读出时也按照相应的顺序读出。
例如地球物理中常用的 SEG-Y 格式文件,必须按照其标准格式要求写入数据才符合这种文件的格式规范,读取数据时也需要按照格式定义来读出。
Qt 使用 QFile 和 QDataStream 进行二进制数据文件的读写:
- QFile 负责文件的 IO 设备接口,即与文件的物理交互;
- QDataStream 以数据流的方式读取文件内容或写入文件内容。
本节以实例 samp7_2 演示二进制文件的读写,图 1 是程序运行的界面。
图 1 实例 samp7_2 的二进制文件读写功能
实例以表格形式编辑一个数据表,采用 Model/View 结构,编辑后的数据保存为二进制文件,这与前面所讲的用纯文本文件存储数据不同。
根据 QDataStream 保存文件时使用的数据编码的方式不同,可以保存为两种文件:
- 用 Qt 预定义编码保存各种类型数据的文件,定义文件后缀为“.stm”。Qt 预定义编码是指在写入某个类型数据,如整形数、字符串等到文件流时,使用 Qt 预定义的编码。可以将这种Qt预定义数据格式编码类比于 HTML 的标记符,Qt 写入某种类型数据时用了 Qt 预定义的标记符,读出数据时,根据标记符读出数据。使用 Qt 预定义编码保存的流文件,某些字节是 QDataStream 自己写入的,我们并不完全知道文件内每个字节的意义,但是用 QDataStream 可以读出相应的数据。
- 标准编码数据文件,定义文件后缀为“.dat”。在将数据写到文件时,完全使用数据的二进制原始内容,每个字节都有具体的定义,在读出数据时,只需根据每个字节的定义读出数据即可。
实例 samp7_2 具有如下功能:
- 可以在表格内编辑数据,同样的表格数据内容可以保存为两种格式的文件,Qt预定义编码文件(stm文件)和标准编码文件(dat文件);
- 界面上的表格数据可以修改,可以添加行、插入行、删除行;
- 可以读取 stm 文件或 dat 文件,虽然文件格式不一样,但对相同的界面数据表存储的文件的实质内容是一样的。
实例 samp7_2 的主窗口使用了 Model/View 结构、标准项数据模型 QStandardItemModel 和选择模型 QItemSelectionModel,界面上使用了 QTableView 组件,还有代理组件。
这些涉及Model/View的设计可参考前面章节,这些设计在前述章节里己经介绍过,不是本节的重点,不再详述。
为便于理解后面的程序,这里给出主窗口 MainWindow 类中自定义的一些变量和函数,具体如下(忽略了自动生成的一些定义):class MainWindow : public QMainWindow { private: QLabel *LabCellPos; //当前单元格行列号 QLabel *LabCellText; //当前单元格内容 QWIntSpinDelegate intSpinDelegate; //整型数,代理组件 QWFloatSpinDelegate floatSpinDelegate; //浮点数,代理组件 QWComboBoxDelegate comboBoxDelegate; //列表选择,代理组件 QStandardItemModel *theModel; //数据模型 QItemSelectionModel *theSelection; //选择模型 void resetTable (int aRowCount) ; //表格复位,设定行数 bool saveDataAsStream (QString& aFileName) ;//保存为 stm 文件 bool openDataAsStream (QString& aFileName) ;//打开 stm 文件 bool saveBinaryFile (QString& aFileName) ; //保存为 dat 文件 bool openBinaryFile (QString& aFileName) ; //打开 dat 文件 };
Qt预定义编码文件的读写
保存为stm文件
先看文件保存功能,因为从文件保存功能的代码可以看出文件内数据的存储顺序。在图 1 的窗口上编辑表格的数据后,单击工具栏上的“保存 stm 文件”,可以使用 Qt 预定义编码方式保存文件。此按钮的响应代码如下:void MainWindow::on_actSave_triggered() { //以Qt预定义编码保存数据文件 QString curPath=QDir::currentPath(); QString aFileName=QFileDialog::getSaveFileName(this,tr("选择保存文件"),curPath, "Qt预定义编码数据文件(*.stm)"); if (aFileName.isEmpty()) return; if (saveDataAsStream(aFileName)) //保存为流数据文件 QMessageBox::information(this,"提示消息","文件已经成功保存!"); } bool MainWindow::saveDataAsStream(QString &aFileName) {//将模型数据保存为Qt预定义编码的数据文件 QFile aFile(aFileName); //以文件方式读出 if (!(aFile.open(QIODevice::WriteOnly | QIODevice::Truncate))) return false; QDataStream aStream(&aFile); aStream.setVersion(QDataStream::Qt_5_9); //设置版本号,写入和读取的版本号要兼容 qint16 rowCount=theModel->rowCount(); //数据模型行数 qint16 colCount=theModel->columnCount(); //数据模型列数 aStream<<rowCount; //写入文件流,行数 aStream<<colCount;//写入文件流,列数 //获取表头文字 for (int i=0;i<theModel->columnCount();i++) { QString str=theModel->horizontalHeaderItem(i)->text();//获取表头文字 aStream<<str; //字符串写入文件流,Qt预定义编码方式 } //获取数据区的数据 for (int i=0;i<theModel->rowCount();i++) { QStandardItem* aItem=theModel->item(i,0); //测深 qint16 ceShen=aItem->data(Qt::DisplayRole).toInt(); aStream<<ceShen;// 写入文件流,qint16 aItem=theModel->item(i,1); //垂深 qreal chuiShen=aItem->data(Qt::DisplayRole).toFloat(); aStream<<chuiShen;//写入文件流, qreal aItem=theModel->item(i,2); //方位 qreal fangWei=aItem->data(Qt::DisplayRole).toFloat(); aStream<<fangWei;//写入文件流, qreal aItem=theModel->item(i,3); //位移 qreal weiYi=aItem->data(Qt::DisplayRole).toFloat(); aStream<<weiYi;//写入文件流, qreal aItem=theModel->item(i,4); //固井质量 QString zhiLiang=aItem->data(Qt::DisplayRole).toString(); aStream<<zhiLiang;// 写入文件流,字符串 aItem=theModel->item(i,5); //测井 bool quYang=(aItem->checkState()==Qt::Checked); aStream<<quYang;// 写入文件流,bool型 } aFile.close(); return true; }自定义函数 saveDataAsStream() 将表格的数据模型 theModel 的数据保存为一个 stm 文件。代码首先是创建 QFile 对象 aFile 打开文件,然后创建 QDataStream 对象 aStream 与 QFile 对象关联。
在开始写数据流之前,为 QDataStream 对象 aStream 设置版本号,即调用 setVersion() 函数,并传递一个 QDataStream::Version 枚举类型的值:
aStream.setVersion(QDataStream::Qt_5_9);
这表示 aStream 将以 QDataStream::Qt_5_9 版本的预定义类型写文件流。注意,以 Qt 的预定义类型编码保存的文件需要指定流版本号,因为每个版本的 Qt 对数据类型的编码可能有差别,需要保证写文件和读文件的流版本是兼容的。
接下来,就是按照需要保存数据的顺序写入文件流。例如在文件开始,先写入行数和列数两个qint16的整数。因为行数和列数关系到后面的数据是如何组织的,因此在读取文件数据时,首先读取这两个整数,然后根据数据存储方式的约定,就知道后续数据该如何读取了。向文件写入数据时,直接用流的输入操作,如:
aStream<<rowCount; //写入文件流,行数
aStream<<colCount; //写入文件流,列数
数据流写入数据时都使用运算符“<<”,不论写的是 qint16、qreal 还是字符串。除了可以写入基本的数据类型外,QDataStream 流操作还可以写入很多其他类型的数据,如 QBrnsh、QColor, QImage、QIcon 等,这些称为可序列化的数据类型(Serializing Qt Data Types)。
QDataStream 以流操作写入这些数据时,我们并不知道文件里每个字节是如何存储的,但是知道数据写入的顺序,以及每次写入数据的类型。在文件数据读出时,只需按照顺序和类型对应读出即可。
stm文件格式
根据 saveDataAsStream() 函数的代码,可知 Qt 预定义编码保存的 stm 文件的格式,如表 2 所示。从表 2 中可以知道 stm 文件的数据存储顺序和类型,但是并不知道 qint16 类型的数据存储为几个字节以及 QString 类型的数据是如何定义长度和字符内容的,其实也不需要知道这些具体的存储方式,在从文件读出时,只需按照表 2 的顺序和类型读出数据即可。
读取stm文件
下面是工具栏按钮“打开 stm 文件”的响应代码及相关函数代码,选择需要打开的 stm 文件后,主要是调用自定义函数 openDataAsStream() 将其打开:void MainWindow::on_actOpen_triggered() { QString curPath=QDir::currentPath(); //调用打开文件对话框打开一个文件 QString aFileName=QFileDialog::getOpenFileName(this,tr("打开一个文件"),curPath, "流数据文件(*.stm)"); if (aFileName.isEmpty()) return; // if (openDataAsStream(aFileName)) //保存为流数据文件 QMessageBox::information(this,"提示消息","文件已经打开!"); } bool MainWindow::openDataAsStream(QString &aFileName) { //从Qt预定义流文件读入数据 QFile aFile(aFileName); //以文件方式读出 if (!(aFile.open(QIODevice::ReadOnly))) return false; QDataStream aStream(&aFile); //用文本流读取文件 aStream.setVersion(QDataStream::Qt_5_9); //设置流文件版本号 qint16 rowCount,colCount; aStream>>rowCount; //读取行数 aStream>>colCount; //列数 this->resetTable(rowCount); //表格复位 //获取表头文字 QString str; for (int i=0;i<colCount;i++) aStream>>str; //读取表头字符串 //获取数据区文字, qint16 ceShen; qreal chuiShen; qreal fangWei; qreal weiYi; QString zhiLiang; bool quYang; QStandardItem *aItem; QModelIndex index; for (int i=0;i<rowCount;i++) { aStream>>ceShen;//读取测深, qint16 index=theModel->index(i,0); aItem=theModel->itemFromIndex(index); aItem->setData(ceShen,Qt::DisplayRole); aStream>>chuiShen;//垂深,qreal index=theModel->index(i,1); aItem=theModel->itemFromIndex(index); aItem->setData(chuiShen,Qt::DisplayRole); aStream>>fangWei;//方位,qreal index=theModel->index(i,2); aItem=theModel->itemFromIndex(index); aItem->setData(fangWei,Qt::DisplayRole); aStream>>weiYi;//位移,qreal index=theModel->index(i,3); aItem=theModel->itemFromIndex(index); aItem->setData(weiYi,Qt::DisplayRole); aStream>>zhiLiang;//固井质量,QString index=theModel->index(i,4); aItem=theModel->itemFromIndex(index); aItem->setData(zhiLiang,Qt::DisplayRole); aStream>>quYang;//bool index=theModel->index(i,5); aItem=theModel->itemFromIndex(index); if (quYang) aItem->setCheckState(Qt::Checked); else aItem->setCheckState(Qt::Unchecked); } aFile.close(); return true; } void MainWindow::resetTable(int aRowCount) { //表格复位,先删除所有行,再设置新的行数,表头不变 theModel->removeRows(0,theModel->rowCount()); //删除所有行 theModel->setRowCount(aRowCount);//设置新的行数 QString str=theModel->headerData(theModel->columnCount()-1, Qt::Horizontal,Qt::DisplayRole).toString(); for (int i=0;i<theModel->rowCount();i++) { //设置最后一列 QModelIndex index=theModel->index(i,FixedColumnCount-1); //获取模型索引 QStandardItem* aItem=theModel->itemFromIndex(index); //获取item aItem->setCheckable(true); aItem->setData(str,Qt::DisplayRole); aItem->setEditable(false); //不可编辑 } }读取 stm 文件的数据之前也必须设置 QDataStream 的流版本号,应该等于或高于数据保存时的流版本号。
然后就是按照表 2 所示的写入数据时的顺序和类型,相应地读出每个数据。文件里最早的两个数据是表格的行数和列数,读出这两个数据,就能知道数据的行数和列数,并调用自定义函数 resetTable() 给数据模型复位,并设置其行数。
然后将保存的每行数据读入到数据模型的每个项中,这样窗口上的 QTableView 组件就可以显示数据了。
使用 QDataStream 的流操作方式读写文件的特点如下:
- 读写操作都比较方便,支持读写各种数据类型,包括 Qt 的一些类,还可以为流数据读写扩展自定义的数据类型。读写某种类型的数据时,只要是流支持即可,而在文件内部是如何存储的,用户无需关心,由Qt预定义。
- 写文件和读文件时必须保证使用的流版本兼容,即流的版本号相同,或读取文件的流版本 号高于写文件时的流版本号。这是因为在不同的流版本中,流支持的数据类型的读写方式 可能有所改变,必须保证读写版本的兼容。
- 用这种方式保存文件时,写入数据采用 Qt 预定义的编码,即写入文件的二进制编码是由 Qt 预定义的,写多少个字节、字节是什么样的顺序,用户是不知道的。如果是由 QDataStream 读取数据,只需按类型读出即可。
但是,如果由这种方法创建的文件是用于交换的,需要 用其他的编程语言(如Matlab)来读取文件内容,则存在问题了。因为其他语言并没有与Qt的流写入完全一致的流读出功能,例如,其他语言并不知道 Qt 保存的 QString 或 QFont 的内容是如何组织的。
标准编码文件的读写
保存为dat文件
前面是釆用 Qt 预定义编码读写 stm 文件,这种方法使用简单,但是文件的格式不完全透明,不能创建用于交换的通用格式文件。创建通用格式文件(即文件格式完全透明,每个字节都有具体的定义,如 SEG-Y 文件)的方法是以标准编码方式创建文件,使文件的每个字节都有具体的定义。用户在读取这种文件时,按照文件格式定义读取出每个字节数据并做解析即可,不管使用什么编程语言都可以编写读写文件的程序。
主窗口工具栏上的“保存 dat 文件”按钮将表格中的数据保存为标准编码的文件,文件后缀是“.dat”。保存 dat 文件的代码是:
void MainWindow::on_actSaveBin_triggered() {//保存二进制文件 QString curPath=QDir::currentPath(); //调用打开文件对话框选择一个文件 QString aFileName=QFileDialog::getSaveFileName(this,tr("选择保存文件"),curPath,"二进制数据文件(*.dat)"); if (aFileName.isEmpty()) return; if (saveBinaryFile(aFileName)) //保存为流数据文件 QMessageBox::information(this,"提示消息","文件已经成功保存!"); } bool MainWindow::saveBinaryFile(QString &aFileName) { //保存为纯二进制文件 QFile aFile(aFileName); //以文件方式读出 if (!(aFile.open(QIODevice::WriteOnly))) return false; QDataStream aStream(&aFile); //用文本流读取文件 aStream.setByteOrder(QDataStream::LittleEndian);//windows平台 qint16 rowCount=theModel->rowCount(); qint16 colCount=theModel->columnCount(); aStream.writeRawData((char *)&rowCount,sizeof(qint16)); //写入文件流 aStream.writeRawData((char *)&colCount,sizeof(qint16));//写入文件流 //获取表头文字 // QString str; QByteArray btArray; QStandardItem *aItem; for (int i=0;i<theModel->columnCount();i++) { aItem=theModel->horizontalHeaderItem(i); //获取表头item QString str=aItem->text(); //获取表头文字 btArray=str.toUtf8(); //转换为字符数组 aStream.writeBytes(btArray,btArray.length()); //写入文件流,长度uint型,然后是字符串内容 } //获取数据区文字 qint8 yes=1,no=0; //分别代表逻辑值 true和false for (int i=0;i<theModel->rowCount();i++) { aItem=theModel->item(i,0); //测深 qint16 ceShen=aItem->data(Qt::DisplayRole).toInt();//qint16类型 aStream.writeRawData((char *)&ceShen,sizeof(qint16));//写入文件流 aItem=theModel->item(i,1); //垂深 qreal chuiShen=aItem->data(Qt::DisplayRole).toFloat();//qreal 类型 aStream.writeRawData((char *)&chuiShen,sizeof(qreal));//写入文件流 aItem=theModel->item(i,2); //方位 qreal fangWei=aItem->data(Qt::DisplayRole).toFloat(); aStream.writeRawData((char *)&fangWei,sizeof(qreal)); aItem=theModel->item(i,3); //位移 qreal weiYi=aItem->data(Qt::DisplayRole).toFloat(); aStream.writeRawData((char *)&weiYi,sizeof(qreal)); aItem=theModel->item(i,4); //固井质量 QString zhiLiang=aItem->data(Qt::DisplayRole).toString(); btArray=zhiLiang.toUtf8(); aStream.writeBytes(btArray,btArray.length()); aItem=theModel->item(i,5); //测井取样 bool quYang=(aItem->checkState()==Qt::Checked); //true or false if (quYang) aStream.writeRawData((char *)&yes,sizeof(qint8)); else aStream.writeRawData((char *)&no,sizeof(qint8)); } aFile.close(); return true; }
字节序
在保存为标准编码的二进制文件时,无须指定 QDataStream 的版本,因为不会用到 Qt 的类型预定义编码,文件的每个字节的意义都是用户自己定义的。但是如有必要,需要为文件指定字节顺序,如:aStream.setByteOrder(QDataStream::LittleEndian);
字节顺序分为大端字节序和小端字节序,小端字节序指低字节数据存放在内存低地址处,高字节数据存放在内存高地址处;大端字节序则相反。基于 X86 平台的计算机是小端字节序的,所以 Windows 系统是小端字节序,而有的嵌入式平台或工作站平台则是大端字节序的。读取一个文件时,首先需要知道它是以什么字节序存储的,这样才可以正确的读出。
setByteOrder() 函数的参数是 QDataStream::ByteOrder 枚举类型常量,QDataStream::BigEndian 是大端字节序,QDataStream::LittleEndian 是小端字节序。
writeRawData()函数
QdataStream 采用函数 writeRawData() 将数据写入数据流,在保存 qint8、qintl6、qreal 等类型的数据时都使用这个函数,其函数原型是:int QDataStream::writeRawData(const char *s, int len)
其中参数 s 是一个指向字节型数据的指针,len 是字节数据的长度。调用 writeRawData() 函数将会向文件流连续写入 len 个字节的数据,这些字节数据保存在指针 s 指向的起始地址里。例如,将 qint16 类型变量 rowCount 写入文件的语句是:
qint16 rowCount=theModel->rowCount();
aStream.writeRawData((char *)SrowCount,sizeof(qintl6));
writeBytes()函数
在将字符串数据写入文件时,使用的是 writeBytes() 函数,而不是 writeRawData()。下面是 writeBytes() 函数的原型定义:
QDataStream SQDataStream::writeBytes(const char *s, uint len)
其中参数 s 是一个指向字节型数据的指针,len 是字节数据的长度。writeBytes() 在写入数据时,会先将 len 作为一个 quint32 类型写入数据流,然后再写入 len 个从指针 s 获取的数据。writeBytes() 适合于写入字符串数据,因为在写入字符串之前要先写入字符串的长度,这样在读取文件时,就能知道字符串的长度,以便正确读出字符串。
例如,下面的代码将字符串“Depth”写入文件流:
QString str="Depth"; QByteArray btArray=str.toUtf8(); aStream.writeBytes(btArray,btArray.length());文件中实际保存的内容见表 3。前 4 个字节是 quint32 类型的整数,表示保存数据的字节个数,这里是 5,表示后续有 5 个字节数据。从第5字节开始,是保存的字符串”Depth”的每个字符的 ASCII 码。
由于写入文件的字符串的长度一般是不固定的,因此如果以 writeRawData() 函数写入文件,只会写入字符串的内容,而没有表示字符串的长度。在文件读出时,如果不己知字符串长度,则难以正确读出字符串内容。而 writeBytes() 函数首先写入了字符串的长度,在读取文件时,先从前四个字节读出字符串长度,知道数据有多少个字节就可以正确读出了。
QDataStream 提供了与 writeBytes() 对应的函数 readBytes(),它可以自动读取长度和内容,适用于字符串数据的读取。
dat文件格式
用 saveBinaryFile() 函数保存数据为标准编码二进制文件,文件后缀为“.dat”。根据 saveBinaryFile() 函数的内容,dat 文件的格式见表 4。15 第2行各列数据 qint8 1 是否测井取样
在表 4 中,可以看到文件内的每个字节都是有具体定义的,这样,无论用什么语言编写一个文件读取的程序,只要按照这个格式来读取,都可以正确读出文件内容。
dat 文件的数据是否是按照表 4 所示的顺序存储的呢?可以创建一个简单的数据表格,保存为 dat 后缀的文件,然后用显示文件二进制内容的软件来查看,如 UltraEdit 或 WinHex,这些软件在分析文件格式,编写文件读写程序时特别有用。
读取dat文件
对于保存的 dat 文件,主窗口工具栏上的“打开dat文件”按钮可以打开保存的 dat 文件,下面是打开 dat 文件的函数 openBinaryFile() 的代码:bool MainWindow::openBinaryFile(QString &aFileName) {//打开二进制文件 QFile aFile(aFileName); //以文件方式读出 if (!(aFile.open(QIODevice::ReadOnly))) return false; QDataStream aStream(&aFile); //用文本流读取文件 aStream.setByteOrder(QDataStream::LittleEndian); qint16 rowCount,colCount; aStream.readRawData((char *)&rowCount, sizeof(qint16)); aStream.readRawData((char *)&colCount, sizeof(qint16)); this->resetTable(rowCount); //获取表头文字,但是并不利用 char *buf; uint strLen; //也就是 quint32 for (int i=0;i<colCount;i++) { aStream.readBytes(buf,strLen);//同时读取字符串长度,和字符串内容 QString str=QString::fromLocal8Bit(buf,strLen); //可处理汉字 } //获取数据区数据 QStandardItem *aItem; qint16 ceShen; qreal chuiShen; qreal fangWei; qreal weiYi; QString zhiLiang; qint8 quYang; //分别代表逻辑值 true和false QModelIndex index; for (int i=0;i<rowCount;i++) { aStream.readRawData((char *)&ceShen, sizeof(qint16)); //测深 index=theModel->index(i,0); aItem=theModel->itemFromIndex(index); aItem->setData(ceShen,Qt::DisplayRole); aStream.readRawData((char *)&chuiShen, sizeof(qreal)); //垂深 index=theModel->index(i,1); aItem=theModel->itemFromIndex(index); aItem->setData(chuiShen,Qt::DisplayRole); aStream.readRawData((char *)&fangWei, sizeof(qreal)); //方位 index=theModel->index(i,2); aItem=theModel->itemFromIndex(index); aItem->setData(fangWei,Qt::DisplayRole); aStream.readRawData((char *)&weiYi, sizeof(qreal)); //位移 index=theModel->index(i,3); aItem=theModel->itemFromIndex(index); aItem->setData(weiYi,Qt::DisplayRole); aStream.readBytes(buf,strLen);//固井质量 zhiLiang=QString::fromLocal8Bit(buf,strLen); index=theModel->index(i,4); aItem=theModel->itemFromIndex(index); aItem->setData(zhiLiang,Qt::DisplayRole); aStream.readRawData((char *)&quYang, sizeof(qint8)); //测井取样 index=theModel->index(i,5); aItem=theModel->itemFromIndex(index); if (quYang==1) aItem->setCheckState(Qt::Checked); else aItem->setCheckState(Qt::Unchecked); } aFile.close(); return true; }
字节序
在流创建后,需要用 setByteOrder() 函数指定字节序,并且与写入文件时用的字节序一致。readRawData()函数
在读取基本类型数据时,使用 QDataStream 的 readRawData() 函数,该函数原型为:int QDataStream::readRawData(char *s, int len)
它会读取 len 个字节的数据,并且保存到指针 s 指向的存储区。例如:
qint16 rowCount;
aStream.readRawData((char *)SrowCount, sizeof(qintl6));
readBytes()函数
读取字符串时使用 readBytes() 函数,它是与 writeBytes() 功能对应的函数,其函数原型为:QDataStream SQDataStream::readBytes(char *&s, uint &len)
对应表格 3,使用 readBytes() 函数时,会先自动读取前 4 个字节数据作为 quint32 的数据,并赋值给 len 参数,因为 len 是以引用方式传递的参数,所以,len 返回读取的数据的字节数。然后根据 len 的大小读取相应字节的数据,存储到指针 s 指向的存储区。