如何用Python读取Fortran生成的无格式二进制文件？

问题背景 #

用户通过以下Fortran代码生成无格式二进制文件myFile.xyz：

PROGRAM main_program
    implicit none

    open (10, form='unformatted', file='myFile.xyz')
        write(10) 1
        write(10) 400, 400, 1
            write(10) 1.0d0, 1.25d0, 1.50d0, 1.75d0, 2.0d0, 2.25d0
            write(10) 3.0d0, 3.25d0, 3.50d0, 3.75d0, 4.0d0, 4.25d0, 4.50d0, 4.75d0, 5.00d0
    close(10)
END

尝试用Python的numpy.fromfile直接读取时，因不了解Fortran无格式文件的特性导致读取失败。

核心原因 #

Fortran的unformatted无格式二进制文件会为每个write语句生成一个记录，每个记录的首尾会添加一个整数（通常为4字节int32，部分64位环境下为8字节int64），标记该记录的字节长度。用户的代码中有4个write，对应4个独立记录，每个记录都包含首尾的长度标记。

原Python代码错误地将所有数据视为float64类型读取，而实际上记录开头的长度标记是整数类型，后续数据的类型也与写入时一致（前两个记录是整数，后两个是双精度浮点数），导致类型不匹配，读取结果混乱。

正确读取代码 #

方法一：按记录逐个读取（推荐） #

import numpy as np

file_path = "myFile.xyz"

with open(file_path, "rb") as f:
    # 读取第一个记录：单个整数1
    rec_len = np.fromfile(f, dtype=np.int32, count=1)[0]
    int1 = np.fromfile(f, dtype=np.int32, count=1)[0]
    _ = np.fromfile(f, dtype=np.int32, count=1)
    
    # 读取第二个记录：三个整数400, 400, 1
    rec_len = np.fromfile(f, dtype=np.int32, count=1)[0]
    ints = np.fromfile(f, dtype=np.int32, count=3)
    _ = np.fromfile(f, dtype=np.int32, count=1)
    
    # 读取第三个记录：6个双精度浮点数
    rec_len = np.fromfile(f, dtype=np.int32, count=1)[0]
    floats1 = np.fromfile(f, dtype=np.float64, count=6)
    _ = np.fromfile(f, dtype=np.int32, count=1)
    
    # 读取第四个记录：9个双精度浮点数
    rec_len = np.fromfile(f, dtype=np.int32, count=1)[0]
    floats2 = np.fromfile(f, dtype=np.float64, count=9)
    _ = np.fromfile(f, dtype=np.int32, count=1)

# 合并结果
integers_data = np.concatenate([[int1], ints])
float_values = np.concatenate([floats1, floats2])

print("提取的整数数据：", integers_data)
print("提取的双精度浮点数数据：", float_values)

注意事项 #

• 如果运行时出现读取长度不匹配的错误，说明你的环境中记录长度用的是8字节整数，将代码中的np.int32替换为np.int64即可。
• 每个记录的长度标记值等于该记录内容的字节数，比如第一个记录内容是1个int32（4字节），所以记录长度标记为4。

输出结果 #

运行上述代码后，会得到正确的提取结果：

提取的整数数据： [  1 400 400   1]
提取的双精度浮点数数据： [1.   1.25 1.5  1.75 2.   2.25 3.   3.25 3.5  3.75 4.   4.25 4.5  4.75 5.  ]

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Prof. Dumbledore