如何使用CC++语言高效解析SEGY文件？

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SEGY 文件读取与写入介绍本篇将介绍 SEGY 文件的读取与写入过程，包括 SEGY 文件的复制，并采用采样点数和二维数组的格式进行读写。

创建头文件 SegyDataIO2D.h 和 C++ 文件 SegyDataIO2D.cpp，以及主程序。

SEGY IO (2D)

本文档将介绍SEGY的读取与写入过程，即SEGY文件的复制，并且在实现过程采用采样点×道数二维数组的形式读写。

新建头文件SegyDataIO2D.h与C++文件SegyDataIO2D.cpp，以及主程序main.cpp。

1 编写头文件SegyDataIO2D.h 1.1 程序描述、调用、声明、定义

/********************************************************************** * Copyright(C) 2018,Company All Rights Reserved (1)版权说明 * * @file : SegyDataIO2D.cpp (2) 文件名 * * @brief : 实现地震数据的读、写操作 (3) 该文件主要功能简介 * * @version : 1.0 (4) 版本信息 * * @author : Fan XinRan (5) 创建作者 * * @date : 2022/2/9 星期三 (6) 创建时间 * * Others : (7) 备注、改动信息等 **********************************************************************/ //调用需要的C头文件 #include<stdio.h> //C Language header file #include<stdlib.h> #include<string.h> #include<math.h> //调用需要的C++头文件 #include<iostream> // C++ header file #include<vector> #include<algorithm> //调用非标准库 #include"alloc.h" // 用于创建多维数组 #include"segy.h" // 包含segy与bhed结构体，用于提取卷头和道头中采集、存储的信息 #define PI 3.141592654 //Constant Number Definition #define EPS 0.0000001 using namespace std; // 声明命名空间 1.2 声明函数

输入和输出均为文件指针。

bool copySeismicData2D(const char *filenameInput, const char *filenameOutput); //Copy seismic data from Inputfile to Outputfile 完整代码

/********************************************************************** * Copyright(C) 2018,Company All Rights Reserved * * @file : SegyDataIO2D.cpp * * @brief : 实现地震数据的读、写操作 * * @version : 1.0 * * @author : Fan XinRan * * @date : 2022/2/9 星期三 * * Others : **********************************************************************/ //(1)调用需要的C头文件 #include<stdio.h> // C Language header file #include<stdlib.h> #include<string.h> #include<math.h> //(2)调用需要的C++头文件 #include<iostream> // C++ header file #include<vector> #include<algorithm> //(3)调用需要的非标准库头文件 #include"alloc.h" // project header file #include"segy.h" //(4)定义全局常量 #define PI 3.141592654 // Constant Number Definition #define EPS 0.0000001 //(5)声明命名空间 using namespace std; //(6)声明函数名、输入、输出及其类型 bool copySeismicData2D(const char *filenameInput, const char *filenameOutput); //Copy seismic data from Inputfile to Outputfile 2 编写C++文件SegyDataIO2D.cpp 2.1 必要的说明

/************************************************************************************************************* Function: copySeismicData2D (1)函数名 Description: copy segy file from input data to output data (2)简要描述其功能 Input: const char *filenameInput [in] input filename (.segy) (3)输入变量及输入文件类型 Output: const char *filenameOutput[out] output filename (.segy) (4)输出变量及输出文件类型 Return: bool true program success bool false program failed (5)返回值及其说明 Author: Fan XinRan (6)创建作者 Date : 2022/2/9 (7)创建时间 Others: (8)备注、改动信息等 *************************************************************************************************************/ 2.2 定义读、写函数

#include "SegyDataIO2D.h" bool copySeismicData2D(const char *filenameInput, const char *filenameOutput){ //实现代码 ... } （1） 定义待使用的结构体变量、数值型变量

bhed 与 segy均为定义在segy.h中的结构体(structure)，分别包含了二进制卷头信息与道头信息，使用成员访问运算符.获取其内容；

使用unsigned int 声明整型变量，使用long long 或__int64声明segy文件字节数、地震道字节数，防止数据量超出范围，并且尽可能初始化变量。

bhed fileheader; // file header 卷头 segy traceheader; // trace header 道头 unsigned int nt=0; // number of sample 采样点数 unsigned int sizefileheader=sizeof(fileheader); // size of fileheader; unsigned int sizetraceheader=sizeof(traceheader); // size of traceheader; unsigned int ncdp = 0; // number of cdp 道数 long long size_file = 0; //size of input file long long size_trace = 0; //size of per-trace （2）新建指针变量

在读、写地震道数据这一任务中，需要用到输入指针、输出指针、地震道数据指针以及道头指针，四个指针变量。与1-1 SEGY IO相比多定义了一个关于traceheader的指针变量，用于存放道头信息。

FILE *fpinput = NULL; // input file pointer FILE *fpoutput = NULL; //output file pointer float **dataInput = NULL; //input data pointer 注意此处**dataInput前有两个"*"，表示的是二级指针 segy *traceheaderArray = NULL; //traceheader pointer （3）打开输入、输出文件指针并判空

fpinput = fopen(filenameInput, "rb"); //open input file pointer fpoutput = fopen(filenameOutput,"wb"); //open output file pointer if(fpinput==NULL){ //如果文件指针为NULL printf("Cannot open %s file\n", filenameInput); //打印“文件打开失败” return false; //结束程序 } if(fpoutput==NULL){ printf("Cannot open %s file\n", filenameOutput); return false; } //读写操作 ... //fopen()与fclose()成对出现，在对文件的操作完成后切记关闭文件 fclose(fpinput); //close input file pointer fclose(fpoutput); //close output file pointer （4）读取/计算卷、道信息

fread(&fileheader,sizefileheader,1,fpinput); // 从输入流(fpinput)中读取卷头信息到指定地址---->fileheader nt = fileheader.hns; //从卷头信息中获取采样点数 _fseeki64(fpinput,0,SEEK_END); // 从文件末尾偏移这个结构体0个长度给文件指针fpinput，即fpinput此时指向文件尾 size_file = _ftelli64(fpinput); // 返回当前文件位置，即文件总字节数 size_trace = nt*sizeof(float)+sizetraceheader; // 每一道的字节数 = 采样点字节数+道头字节数 ncdp = (size_file - (long long)sizefileheader)/size_trace; // 道数 = （文件总字节数 - 卷头字节数）/每一道的字节数 _fseeki64(fpinput,sizefileheader,SEEK_SET); // 从文件开头偏移sizefileheader（卷头字节数）个长度给指针fpinput，即fpinput此时指向第一道的开始 fwrite(&fileheader, sizefileheader, 1, fpoutput); // 先写入卷头

1. fread() 从给定流读取数据到指针所指向的数组中；

   fread(*ptr, size, nmemb,*stream)

   • ptr -- 指向带有最小尺寸 size*nmemb 字节的内存块的指针；
   • size -- 要读取的每个元素的大小，以字节为单位。
   • nmemb -- 元素的个数，每个元素的大小为 size 字节；
   • stream -- 指向 FILE 对象的指针。

2. fwrite(*ptr, size, nmemb,*stream) 参数与fread()相同，把ptr所指向的数组中的数据写入到给定流stream中；

3. _fseeki64的用法与fseek相同，表示从文件指定位置偏移一定字节数；前者具有更高的兼容性；

4. _ftelli64与ftell同理，返回给定流的当前文件位置；

   _fseeki64(*stream, offset, whence)

   • stream -- 指向 FILE 对象的指针；

     

   • offset -- 相对 whence 的偏移量，以字节为单位；

   • whence -- 表示开始添加偏移 offset 的位置。一般定义为SEEK_SET（文件开头）、SEEK_CUR（文件指针的当前位置）、SEEK_END（文件末尾）三类常量。

（5）遍历每一条地震道，读、写数据

dataInput=alloc2float(nt,ncdp); // 分配nt*ncdp（采样点数×道数）所需的内存空间，用来存放二维地震道数据 //其中，alloc2float是卸载alloc.h中的函数，创建一个float型的二维数组 //dataInput为二级指针，可简记为dataInput指向每一行的开头 memset(dataInput[0], 0, nt*ncdp * sizeof(float)); // 从第一行的开头开始，将内存块中nt*ncdp个字符赋值为0 // dataInput指向每行开头，而dataInput[0]则为整个二维数组的起始位置 // 在内存的动态存储区中分配ncdp个长度为sizetraceheader的连续空间 traceheaderArray = (segy*)calloc(ncdp,sizetraceheader); //逐道读取道头与地震道数据 for(int itrace = 0; itrace < ncdp; itrace++){ fread(&traceheaderArray[itrace],sizetraceheader,1,fpinput); // &traceheaderArray[itrace]为第itrace道的地址，读取该道头信息 fread(dataInput[itrace],nt * sizeof(float),1,fpinput); // dataInput[itrace]指向列开头，并读取nt个采样点的信息 }//end for(int itrace = 0; itrace < ncdp; itrace++) //逐道写入道头与地震道数据 for (int itrace = 0; itrace < ncdp; itrace++) { fwrite(&traceheaderArray[itrace], sizetraceheader, 1, fpoutput); // 写入该道头信息 fwrite(dataInput[itrace], nt * sizeof(float), 1, fpoutput); // 写入nt个采样点的信息 }//end for(int itrace = 0; itrace < ncdp; itrace++) // 在每个条件语句末尾的"}"添加备注，便于寻找和区分 //在写操作完成后释放内存 free(traceheaderArray); // free traceheader pointer free2float(dataInput); // free data input pointer

1. alloc2float(nt,ncdp)：创建nt*ncdp个元素的二维数组，并分配内存；

2. memset()，将某一块内存中的内容全部设置为指定值， 通常为新申请的内存做初始化工作。

   void memset(void *ptr, int c, size_t n)，复制字符 c（一个无符号字符）到参数ptr所指向的字符串的前 n 个字符；

   • str -- 指向要填充的内存块；
   • c -- 要被设置的值；
   • n -- 要被设置为该值的字符数。

完整代码

/***************************************************************************** Function: copySeismicData2D Description: copy segy file from input data to output data Input: const char *filenameInput [in] input filename (.segy) Output: const char *filenameOutput[out] output filename (.segy) Return: bool true program success bool false program failed Author: Fan XinRan Date : 2022/2/9 Others: *****************************************************************************/ #include "SegyDataIO2D.h" bool copySeismicData2D(const char *filenameInput, const char *filenameOutput){ bhed fileheader; // file header segy traceheader; // trace header unsigned int nt=0; // number of sample unsigned int sizetraceheader=sizeof(traceheader); // size of traceheader; unsigned int sizefileheader=sizeof(fileheader); // size of fileheader; unsigned int ncdp = 0; // number of cdp long long size_file = 0; //size of input file long long size_trace = 0; //size of per-trace FILE *fpinput = NULL; // input file pointer FILE *fpoutput = NULL; //output file pointer float *dataInput = NULL; //input data pointer segy *traceheaderArray = NULL; //traceheader pointer fpinput = fopen(filenameInput, "rb"); //open input file pointer fpoutput = fopen(filenameOutput,"wb"); //open output file pointer if(fpinput==NULL){ printf("Cannot open %s file\n", filenameInput); return false; } if(fpoutput==NULL){ printf("Cannot open %s file\n", filenameOutput); return false; } fread(&fileheader,sizefileheader,1,fpinput); nt = fileheader.hns; _fseeki64(fpinput,0,SEEK_END); size_file = _ftelli64(fpinput); size_trace = nt*sizeof(float)+sizetraceheader; ncdp = (size_file - (long long)sizefileheader)/size_trace; _fseeki64(fpinput,sizefileheader,SEEK_SET); fwrite(&fileheader, sizefileheader, 1, fpoutput); dataInput = alloc2float(nt,ncdp); memset(dataInput[0], 0, nt*ncdp * sizeof(float)); traceheaderArray = (segy*)calloc(ncdp,sizetraceheader); for(int itrace = 0; itrace < ncdp; itrace++){ fread(&traceheaderArray[itrace],sizetraceheader,1,fpinput); fread(dataInput[itrace],nt*sizeof(float),1,fpinput); }//end for(int itrace = 0; itrace < ncdp; itrace++) for (int itrace = 0; itrace < ncdp; itrace++) { fwrite(&traceheaderArray[itrace], sizetraceheader, 1, fpoutput); fwrite(dataInput[itrace], nt * sizeof(float), 1, fpoutput); }//end for(int itrace = 0; itrace < ncdp; itrace++) free(traceheaderArray); free(dataInput); // free data input pointer fclose(fpinput); //close input file pointer fclose(fpoutput); //close output file pointer return true; } 3 主函数main.cpp及运行结果

#include"ReadSeismic.h" void main(){ copySeismicData2D("Demo.segy","Output2.segy"); }

运行主函数后，程序会读入Demo.segy，再写入到Output2.segy，从而完成对SEGY文件的复制。

附录 I 二维数组的动态内存分配方法 a.非连续分配

首先arr是一个二级指针，为arr分配xDim空间，每一维都是一个指向数组的指针，且每个数组内部的地址空间是连续的，但是数组之间的地址空间没有连续性。

void malloc2D_1(int **&a) { a = new int*[xDim]; // new的作用与malloc类似，分配一个一维数组的内存块 for(int i=0;i<xDim;i++) a[i] = new int[yDim]; // 对一维数组的每一个元素继续分配内存块 assert(a!=NULL); } int main() { int **arr = NULL; // 声明一个二级指针 malloc2D_1(arr); // 执行分配内存操作 }

释放

需要逐个数组释放

void free2D_1(int **a) { for(int i=0;i<xDim;i++) free(a[i]); } b.连续分配

void malloc2D_2(int **&a) { a = (int **)malloc( xDim * sizeof(int *) ); // 分配xDim字符的内存用来存放一级指针 a[0] = (int *)malloc( xDim * yDim * sizeof(int) ); // 分配xDim * yDim个元素所需的内存空间 for(int i=1;i<xDim;i++) { a[i] = a[i-1] + yDim; // 例如a[0]指向二维数组起始位置，a[1]=a[0]+yDim，则指向下一行(第一行)的开头，以此类推... } assert(a!=NULL); } int main() { int **arr = NULL; malloc2D_2(arr); }

释放

只需要释放两个分配内存的指针即可

void free2D_2(int **a) { free(a[0]); free(a); } II 两种索引方法

假设创建一个100×100的二维数组，并且每一行的数值等于其行号：

行号\列号 0 1 2 ... 97 98 99 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 ... ... ... ... 98 98 98 98 98 98 98 98 99 99 99 99 99 99 99 99

以此为例，分别介绍两种索引方法。

a.以一维数组方式索引

int nrow = 100; int ncol = 100; // 声明行号和列号 float *a1 = (float*)calloc(nrow*ncol,sizeof(float));// 分配nrow*ncol个元素所需的内存空间，将起始地址指向a1 for (int irow = 0; irow < nrow; irow++) // 遍历行 { for(int icol = 0; icol < ncol; icol++){ // 遍历列 a1[irow*ncol + icol] = irow; // 在一维数组上依据行、列计算索引，为指定地址赋值 } } b.以二维数组方式索引

float **a2 = alloc2float(ncol, nrow); // 利用alloc2float函数分配nrow*ncol个元素所需的内存空间，a2指向每行的起始位置 memset(a2[0],0,ncol*nrow*sizeof(float)); // 数组初始化为0 for (int irow = 0; irow < nrow; irow++) { for (int icol = 0; icol < ncol; icol++) { a2[irow][icol] = irow; // 以二维数组的方式定位行、列 printf("%f\n", a2[irow][icol]); } }