在MATLAB中如何提高fwrite和fprintf函数的I/O性能

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3 R6 I) ]7 a# d, Y' |% [  U今天我们将讨论下著名的fwrite（fprintf）函数，它们是用来进行二进制（文本）文件写入操作的。由于fwrite函数是底层I/O函数，且使用十分频繁，很多用户会质疑，它怎么可能还有性能提升的空间，要是有MathWorks早就更新了。

Flushing 和 Buffer

  G; k5 ~8 W9 p- R9 ?不像C/C++语言，在MATLAB中调用fwirte（fprintf）函数时，MATLAB会自动刷新（flush）输出缓存（buffer），这一点MATLAB的帮助文档没有正面直接了当的说明，只是在fopen函数中隐晦的涉及

$ b  Y2 A6 w0 ~

( x* m/ O, l# p4 i7 C9 }. c看到这里，很多用户估计应该猜到了该怎么做了。在写入数据的时候，假如没有缓存（buffer），那么每次调用fwrite函数，就需要进行一次文件写入操作，这种方式将严重降低I/O性能！
7 ?3 p" k2 @# X2 ^4 ^  m1 H$ N
下面看一组比较数据，首先我们没有使用缓存方式
4 p6 E) j8 ?( E, R3 J7 x1 o, r

• data = randi(250,1e6,1);  % 生成一组数据，用来测试I/O性能
• % 标准形式，没有应用缓存输出 - 慢
• fid = fopen('demo.dat', 'wb'); % w是小写，b表示二进制
• tic, for idx = 1:length(data), fwrite(fid,data(idx)); end, toc
• fclose(fid);
• Elapsed time is 14.983201 seconds.
  

+ @" `. ?, ^! p4 Z+ d
+ b; Z/ Q, t3 c' A8 i消耗了大概15s，下面看看使用缓存的方式
/ K0 R/ Z2 E& R' m

• % 缓存输出模式 – 快3倍
• fid = fopen('demo.dat', 'Wb'); % 注意W是大写，b表示二进制
• tic, for idx = 1:length(data), fwrite(fid,data(idx)); end, toc
• fclose(fid);
• Elapsed time is 5.616357 seconds.
  / e  u8 ^- q( g4 b, T

2 F# R4 s" t: S
$ P3 @7 {4 X" u9 M使用缓存后时间缩短至5.6s，看来效率提高了不少呀！
$ \! F9 V0 z2 J
我们无法理解MathWorks为什么将fopen默认设置为非缓存模式，但也许有他们的理由吧！不过当您在写大型数据文件的时候，推荐还是使用缓存模式（'w'）吧！

# u  f" p% t3 w1 d7 aChunking I/O

( j& h8 F) B0 D" R2 R* \! G使用缓存进行写操作，其实就是为了减少数据文件的访问次数，因此在MATLAB中，假如先将所有的数据都准备好，然后一次性调用fwrite函数将其写入文件中
. M# h! D8 ^3 d

• fid = fopen('demo.dat', 'wb'); % 注意是小写w
• tic, fwrite(fid,data); toc
• fclose(fid);
• Elapsed time is 0.034816 seconds.
  : {" G" X* e9 {5 o2 m- n) v1 [

( N1 \9 d  J, }5 m/ W# U
可以看出即使是非缓存模式，写入30ms的效率还是很高的。

但是假如我们读写的是网络文件，由于网络原因可能需要较长的时间，此时将大数据拆开成很多小块，然后分块处理是一个明智的选择。
" V( s. K* ^1 ^2 ~! _" n9 U& |
3 _9 U+ ^- D9 H! A

• h = waitbar(0, 'Saving data...', 'Name','Saving data...');
• cN = 100;  % number of steps/chunks
• % Divide the data into chunks (last chunk is smaller than the rest)
• dN = length(data);
• dataIdx = [1 : round(dN/cN) : dN, dN+1];  % cN+1 chunk location indexes
• % Save the data
• fid = fopen('test.dat', 'Wb');
• for chunkIdx = 0 : cN-1
•   % Update the progress bar
•   fraction = chunkIdx/cN;
•   msg = sprintf('Saving data... (%d%% done)', round(100*fraction));
•   waitbar(fraction, h, msg);
•   % Save the next data chunk
•   chunkData = data(dataIdx(chunkIdx+1) : dataIdx(chunkIdx+2)-1);
•   fwrite(fid,chunkData);
• end
• fclose(fid);
• close(h);
  

6 x" ~# B- _3 h# _4 G
总的来说，本文中的技术同时适用于fprintf和fwrite函数，但是存储和读取二进制文件（fwrite/fread）远远快于文本文件（fprintf/fscanf/textscan），因此如果数据不是为了人为可读，尽量使用二进制保存！
1 H% I0 J1 `; m/ [0 B$ D  |

  M( m' P4 v* @

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在MATLAB中如何提高fwrite和fprintf函数的I/O性能