C++ 与 MATLAB 混合编程总结(14)

1. 前言

因为毕业设计的需求，研究了一下，C++如何与MATLAB一起混合编程，中间走了一些弯路，这里总结一下。

我用的主要是C++如何调用MATLAB，而没有涉及MATLAB如何调用C++。

注意：根据摸索的经验，比较兼容的组合是：「Microsoft Visual Stuido Enterprise 2015 + Matlab R2015b win 32位」。其它版本的组合可能会出现这问题，那问题，你也可以自己摸索一下。用32位MATLAB的原因：VS的工程一般都是32位调试，而32位MATLAB封装成的「dll」文件是32位的，放到VS里边，都是32位，正好运行。而64位MATLAB封装的「dll」文件是64位，如果VS工程是32位，则会提示出错。

Microsoft Visual Stuido Enterprise 2015
>> Microsoft Visual Stuido Enterprise 2015
>> 密钥

Matlab R2015b win 32位
>> R2015b_win32.iso
>> crack.7z
>> MATLAB_R2015b安装+破解教程.pdf

C++调用MATLAB，主要有两种方式：(1)调用MATLAB生成的「dll」文件，对MATLAB没有那么强的依赖，可以脱离MATLAB独立运行。(2)C++调用MATLAB引擎，这个必须要有MATLAB。本质是通过C++把MATLAB命令字符串送到MATLAB的「command windows」里边，然后MATLAB运行该命令。

“方式(1)”的使用场景举例：MATLAB里边有很多封装好的函数，可能有些自己用C++不会写，这时候可以把这些函数封装成「dll」文件，放到C++里边调用。

“方式(2)”的使用场景举例：C++跑出了数据，直接调用MATLAB绘图，查看图形结果，不用把数据再导到MATLAB中画图。

2. 学会使用“方式(1)”，参考以下资料即可：

资料1：https://www.cnblogs.com/yangang92/p/5312991.html

资料2：https://www.cnblogs.com/AlgrithmsRookie/p/7049467.html

资料3：https://blog.csdn.net/hong__fang/article/details/43307701

资料4：https://blog.csdn.net/cuiguanjun/article/details/52828192

资料5：http://blog.sina.com.cn/s/blog_b3facf740101e3c7.html

因为这个方法涉及到「dll」文件，不方便在这里放例子。看完上述资料，手动操作一下，应该懂得差不多了。应该懂得如何封装成"dll“文件，并知道如何在C++里边写接口函数，调用「dll」文件了。

3. 学会使用“方式(2)”，参考以下资料即可：

资料1：http://dev.yesky.com/300/2343300.shtml

资料2：https://www.cnblogs.com/Vonng/p/4232586.html

3.1 以下是一些我做毕业设计用到的代码，可以参考一下：

3.1.1 参考代码1：

C++读取MATLAB的.m文件，并发送到MATLAB运行。

代码用到的头文件自己记得添加，包括「string、vector」等，这里只是主体代码。别忘了最主要的「engine.h」，参看3.1.2。

//C++读取MATLAB的.m文件，并发送到MATLAB运行


//打开MATLAB引擎
Engine *matlabEngine;    //定义MATLAB引擎指针
if (!(matlabEngine = engOpen(NULL)))    //测试是否启动Matlab引擎成功
{
    cout << "Can't start Matlab engine!" << endl;
    exit(1);
}


//读取文件中有效命令到"matlabCode"，并发送到MATLAB
ifstream fin;
fin.open("voronoiData.m", ios_base::in);
string matlabCode;
string buf;
string zhuShi = "%";    //** 用于查找是否有注释
string::size_type index;

while (getline(fin, buf))
{
    if (buf.empty())    //跳过文件中的空行
    {
        fin.clear();
        buf.erase();    //遇到空行，输入流被阻断，需要重置，以便后续读取
    }
    else    //判断某行是否有注释，如果有，去掉注释内容
    {
        index = buf.find(zhuShi);    //查找该行是否有注释，依据MATLAB注释关键字"%"定位
        if (index == string::npos)
        {
            buf += ";";
            matlabCode += buf;
            buf.erase();
        }
        else
        {
            string temp(buf, 0, index);    //去掉注释内容
            buf.erase();
            temp += ";";
            matlabCode += temp;
        }
    }
}
engEvalString(matlabEngine, matlabCode.c_str());    //命令发送到MATLAB
fin.close();    //关闭文件

3.1.2 参考代码2：

用C++编写代码实现MATLAB的「plot、bar」函数。

Plot.h

#pragma once

#include<vector>
#include"engine.h"
#include"CSBS.h"
#include<string>

using std::string;
using std::vector;

/*-----------------------------------------MATLAB Plot函数-----------------------------------------*/

void Plot(vector<double>& x_vec, vector<double>& y_vec, string plotCommand, Engine* matlabEngine);

/*-----------------------------------------------------------------------------------------------------*/


/*----------------------------------------------画资源分配圈-----------------------------------------*/

void CircleCenterPoint(double x, double y, Engine* matlabEngine);

/*-----------------------------------------------------------------------------------------------------*/


/*-----------------------------------------画出组内CSBS的R_sa圈------------------------------------*/

void CircleCSBS(vector<CSBS>& GroupCSBS_vec, double R_sa, Engine* matlabEngine);

/*-----------------------------------------------------------------------------------------------------*/


/*-------------------------------------------关闭一个图形--------------------------------------------*/

void closeOnefigure(Engine* matlabEngine);
/*-----------------------------------------------------------------------------------------------------*/


/*-------------------------------------------关闭所有图形--------------------------------------------*/

void closeAllfigure(Engine* matlabEngine);

/*-----------------------------------------------------------------------------------------------------*/


/*-----------------------------------------MATLAB bar函数-----------------------------------------*/

void Bar(vector<vector<double> >& my_vec2, vector<vector<double> >& compared_vec2, Engine* matlabEngine);

/*-----------------------------------------------------------------------------------------------------*/

Plot.cpp

#include"Plot.h"
#include"GlobalVariable.h"

using std::string;

/*-----------------------------------------MATLAB Plot函数-----------------------------------------*/

void Plot(vector<double>& x_vec, vector<double>& y_vec, string plotCommand, Engine* matlabEngine)
{
    //计算矩阵的列数
    int rowNum = x_vec.size();


    //计算当前编译环境一个double型数据占用几个字节
    double temp = 100;
    int byte = sizeof(temp);


    //定义mxArray数组、赋值、写入MATLAB工作空间
    mxArray *X = mxCreateDoubleMatrix(1, rowNum, mxREAL);
    mxArray *Y = mxCreateDoubleMatrix(1, rowNum, mxREAL);
    memcpy((void *)mxGetPr(X), (void*)(&x_vec.at(0)), rowNum * byte);
    memcpy((void *)mxGetPr(Y), (void*)(&y_vec.at(0)), rowNum * byte);
    engPutVariable(matlabEngine, "X", X);
    engPutVariable(matlabEngine, "Y", Y);


    //向MATLAB引擎发送绘图命令
    engEvalString(matlabEngine, plotCommand.c_str());


    //销毁mxArray数组
    mxDestroyArray(X);
    mxDestroyArray(Y);
}

/*-----------------------------------------------------------------------------------------------------*/


/*----------------------------------------------画资源分配圈-----------------------------------------*/

void CircleCenterPoint(double x, double y, Engine* matlabEngine)
{
    //计算当前编译环境一个double型数据占用几个字节
    double temp = 100;
    int byte = sizeof(temp);


    //定义mxArray数组、赋值、写入MATLAB工作空间
    mxArray *X = mxCreateDoubleMatrix(1, 1, mxREAL);
    mxArray *Y = mxCreateDoubleMatrix(1, 1, mxREAL);
    memcpy((void *)mxGetPr(X), (void*)&x, 1 * byte);
    memcpy((void *)mxGetPr(Y), (void*)&y, 1 * byte);
    engPutVariable(matlabEngine, "X", X);
    engPutVariable(matlabEngine, "Y", Y);


    //资源分配圈画图坐标
    vector<double> circleX_vec;
    vector<double>circleY_vec;
    for (double theta = 0.0; theta <= 2 * PI; theta = theta + PI / 1000.0)
    {
        double x = RS_RADIO*cos(theta);
        double y = RS_RADIO*sin(theta);
        circleX_vec.push_back(x);
        circleY_vec.push_back(y);
    }
    int rowNum = circleX_vec.size();


    //定义mxArray数组、赋值、写入MATLAB工作空间
    mxArray *circleX = mxCreateDoubleMatrix(1, rowNum, mxREAL);
    mxArray *circleY = mxCreateDoubleMatrix(1, rowNum, mxREAL);
    memcpy((void *)mxGetPr(circleX), (void*)(&circleX_vec.at(0)), rowNum * byte);
    memcpy((void *)mxGetPr(circleY), (void*)(&circleY_vec.at(0)), rowNum * byte);
    engPutVariable(matlabEngine, "circleX", circleX);
    engPutVariable(matlabEngine, "circleY", circleY);


    //向MATLAB引擎发送绘图命令
    engEvalString(matlabEngine, "plot(X,Y,'k^')");
    engEvalString(matlabEngine, "plot(circleX,circleY,'k')");


    //销毁mxArray数组
    mxDestroyArray(X);
    mxDestroyArray(Y);
    mxDestroyArray(circleX);
    mxDestroyArray(circleY);
}

/*-----------------------------------------------------------------------------------------------------*/


/*-----------------------------------------画出组内CSBS的R_sa圈------------------------------------*/

void CircleCSBS(vector<CSBS>& GroupCSBS_vec, double R_sa, Engine* matlabEngine)
{
    //计算当前编译环境一个double型数据占用几个字节
    double temp = 100;
    int byte = sizeof(temp);


    for (auto iCSBS = GroupCSBS_vec.begin(); iCSBS != GroupCSBS_vec.end(); iCSBS++)
    {
        //R_sa圈画图坐标
        double x = iCSBS->GetPosition().GetX();
        double y = iCSBS->GetPosition().GetY();
        vector<double> circleX_vec;
        vector<double>circleY_vec;
        for (double theta = 0.0; theta <= 2 * PI; theta = theta + PI / 1000.0)
        {
            double x1 = x + R_sa * cos(theta);
            double y1 =y + R_sa * sin(theta);
            circleX_vec.push_back(x1);
            circleY_vec.push_back(y1);
        }
        int rowNum = circleX_vec.size();


        //定义mxArray数组、赋值、写入MATLAB工作空间
        mxArray *circleX = mxCreateDoubleMatrix(1, rowNum, mxREAL);
        mxArray *circleY = mxCreateDoubleMatrix(1, rowNum, mxREAL);
        memcpy((void *)mxGetPr(circleX), (void*)(&circleX_vec.at(0)), rowNum * byte);
        memcpy((void *)mxGetPr(circleY), (void*)(&circleY_vec.at(0)), rowNum * byte);
        engPutVariable(matlabEngine, "circleX", circleX);
        engPutVariable(matlabEngine, "circleY", circleY);


        //向MATLAB引擎发送绘图命令
        engEvalString(matlabEngine, "plot(circleX,circleY,'r-')");


        //销毁mxArray数组
        mxDestroyArray(circleX);
        mxDestroyArray(circleY);
    }
}

/*-----------------------------------------------------------------------------------------------------*/


/*-------------------------------------------关闭一个图形--------------------------------------------*/

void closeOnefigure(Engine* matlabEngine)
{
    engEvalString(matlabEngine, "close");
}

/*-----------------------------------------------------------------------------------------------------*/


/*-------------------------------------------关闭所有图形--------------------------------------------*/

void closeAllfigure(Engine* matlabEngine)
{
    engEvalString(matlabEngine, "close all");
}

/*-----------------------------------------------------------------------------------------------------*/


/*-----------------------------------------MATLAB bar函数-----------------------------------------*/

void Bar(vector<vector<double> >& my_vec2, vector<vector<double> >& compared_vec2, Engine* matlabEngine)
{
    int lineNum = my_vec2.size();
    int rowNum = my_vec2[0].size();

    //计算当前编译环境一个double型数据占用几个字节
    double temp = 100;
    int byte = sizeof(temp);

    //定义mxArray数组、赋值、
    mxArray *X = mxCreateDoubleMatrix(lineNum, rowNum, mxREAL);
    mxArray *Y = mxCreateDoubleMatrix(lineNum, rowNum, mxREAL);


    //赋值；mxArray数据赋值顺序是一列一列来，而不是一行一行来
    auto ptrX = mxGetPr(X);    //获取指向X实部的指针(指向实部第一个元素)
    auto ptrY = mxGetPr(Y);    //获取指向Y实部的指针(指向实部第一个元素)
    for (int j = 0; j < rowNum; j++)
    {
        for (int i = 0; i < lineNum; i++)
        {
            *ptrX = my_vec2[i][j];
            *ptrY = compared_vec2[i][j];
            ptrX++;
            ptrY++;
        }
    }


    //写入MATLAB工作空间
    engPutVariable(matlabEngine, "X", X);
    engPutVariable(matlabEngine, "Y", Y);


    //向MATLAB引擎发送绘图命令
    string plotCommand = "figure;y_label={'0%','10%','20%','30%','40%','50%','60%','70%','80%','90%','100%'};subplot(1,2,1);bar(X,'stack');title('my');set(gca, 'YTickLabel',y_label);subplot(1,2,2);bar(Y,'stack');title('compared');set(gca, 'YTickLabel',y_label);colormap(bone);legend('资源分配前的子信道','算法分配的子信道','资源分配后仍需要的子信道');";
    engEvalString(matlabEngine, plotCommand.c_str());
}

/*-----------------------------------------------------------------------------------------------------*/

其中，「string plotCommand」就是MATLAB的绘图命令，比如如下调用「Plot」的方法：

Plot(X, SD_ReuseRB, "figure(3);hold on;box on;grid on;xlabel('number of CSBS');ylabel('SD');plot(X,Y,'r-o');", matlabEngine);

未完 ......

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