matIo库及.mat数据格式介绍

一.概述

1..mat数据格式

(1).mat 是 MATLAB 软件的标准二进制数据存储格式,用于保存变量、矩阵、数组、结构体等数据类型。其名称源于 "MATLAB Data" 的缩写,最初设计为高效存储和加载 MATLAB 环境中的数据,后来逐渐成为科学计算、工程分析等领域的通用数据格式之一。

(2).mat 格式的发展与版本演变

a.早期版本(.mat v4, v5)

v4 格式(MATLAB 4.0 之前):仅支持基本数据类型,采用 ASCII 或二进制存储,结构简单但功能有限。

v5 格式(MATLAB 5.0+,1997 年推出):引入二进制存储标准,支持更复杂的数据类型(如细胞数组、对象),并采用分层结构存储数据。

b.HDF5 格式(.mat v7.3 及以上,2006 年推出)

从 MATLAB 7.3(R2006b)开始,.mat 文件基于 HDF5(Hierarchical Data Format 5) 标准构建,支持存储超过 2GB 的大数据集,兼容性和稳定性显著提升。

(3).mat 文件的核心结构

a.数据组织方式

.mat 文件以键值对(Key-Value) 形式存储数据,每个变量对应一个唯一的名称(Key)和数据内容(Value)。

数据以分层结构组织,支持嵌套结构体(Struct)、细胞数组(Cell Array)等复杂数据类型。

b.HDF5 格式的技术特点

分层存储:类似文件系统的目录结构,可存储多维数组、元数据、属性等。

压缩与分块:支持数据压缩(如 gzip)和分块存储,优化大数据集的读写效率。

跨平台兼容性:HDF5 是国际通用标准,可在不同操作系统和软件间共享数据。

(4)LMS Test.Lab 软件也支持.mat导入文件。

2.matIo库介绍

a.matIo 是一个用于读写 MATLAB .mat 文件的开源 C 语言库,旨在为非 MATLAB 环境提供高效、灵活的 .mat 文件处理能力。它支持读取和写入多种版本的 .mat 文件(包括 v4、v5 和基于 HDF5 的 v7.3 格式),使开发者能够在 C/C++、Python、R 等语言中直接操作 .mat 数据,无需依赖 MATLAB 环境。

b.网址:https://github.com/tbeu/matio

C.编译:用qt工程直接打开zlib和matio工程中的CmakeList.txt文件即可直接编译。

二..mat库读写

1.使用matIo库读写.mat文件

QT代码示例:

#include <QCoreApplication>

#include <matio.h>

#include <QDebug>

void readMatFile(const QString &filename) {

mat_t *mat = Mat_Open(filename.toLocal8Bit().data(), MAT_ACC_RDONLY);

if (!mat) {

qWarning() << "无法打开文件:" << filename;

return;

}

matvar_t *var;

while ((var = Mat_VarReadNextInfo(mat)) != nullptr) {

qDebug() << "找到变量:" << var->name << "类型:" << var->class_type;

if (var->class_type == MAT_C_DOUBLE && var->data_type == MAT_T_DOUBLE) {

double *data = static_cast<double*>(var->data);

qDebug() << "数据维度:" << var->dims[0] << "x" << var->dims[1];

qDebug() << "示例数据:" << data[0] << data[1];

}

Mat_VarFree(var);

}

Mat_Close(mat);

}

void writeMatFile(const QString &filename) {

mat_t *mat = Mat_CreateVer(filename.toLocal8Bit().data(), nullptr, MAT_FT_MAT5);

if (!mat) {

qWarning() << "创建文件失败";

return;

}

// 创建double矩阵

double data[] = {1.0, 2.0, 3.0, 4.0};

size_t dims[2] = {2, 2};

matvar_t *matvar = Mat_VarCreate(

"matrix", MAT_C_DOUBLE, MAT_T_DOUBLE,

2, dims, data, MAT_F_DONT_COPY_DATA

);

Mat_VarWrite(mat, matvar, MAT_COMPRESSION_ZLIB);

Mat_VarFree(matvar);

// 创建字符串

const char *str = "Hello from Qt6";

matvar = Mat_VarCreate(

"message", MAT_C_CHAR, MAT_T_UTF8,

1, new size_t[1]{strlen(str)}, (void*)str, 0

);

Mat_VarWrite(mat, matvar, MAT_COMPRESSION_ZLIB);

Mat_VarFree(matvar);

Mat_Close(mat);

}

int main(int argc, char *argv[]) {

QCoreApplication a(argc, argv);

const QString filename = "demo.mat";

// 写入示例

writeMatFile(filename);

qDebug() << "文件写入完成";

// 读取示例

qDebug() << "\n读取文件内容:";

readMatFile(filename);

return 0;

}

2.python读写.mat文件

需要使用 scipy.io 库(需提前安装 scipy):

python代码:

import scipy.io as sio

读取 .mat 文件

mat_data = sio.loadmat('data.mat')

保存为 .mat 文件

sio.savemat('output.mat', {'variable': data_array})

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