Qt与Matlab混合编程中mwArray数组使用详解

阳光穿透心脏的1/2处 2022-02-20 14:54 420阅读 0赞

内容简介

在《Qt 5.9 与 matlab 2017b 混合编程基本流程》里介绍了MATLAB与C++混合编程的基本流程，流程走通之后，关键就是通过DLL里的函数实现功能了。

MATLAB编译后的函数具有统一的输入输出参数的接口形式，主要是用到mwArray类型数组。在前一博文里没有对mwArray详细介绍，实际使用中还有些细节的问题，在本文里就对mwArray的使用做义工详细的介绍。

主要的内容包括：

（1） mwArray数组的创建，设置实数数据

（2） mwArray主要函数方法

（3） 给mwArray数组传递复数数据

（4） 给mwArray数组传递字符串数据

Qt 5.9 测试项目运行界面如下图所示，用到的工具和环境是：

matlab 2017b  
Qt 5.9  
MSVC 2015 64位编译器  
Windows 7 64位

1. 准备m文件，并编译生成DLL

在Matlab里编写三个m函数文件

function C= matAdd(A,B)  
% C= matAdd(A,B), 两个矩阵相加  
C=A+B;  
end

function \[C\]= matAbs(A)  
% 求矩阵各元素的绝对值或模, 若A为复数矩阵，求各个元素的模  
C=abs(A);  
end

function \[C\]= matLoadDataFile(filename)  
% 从一个文件载入数组  
C=load(filename);  
end

注意，这三个函数需要分别保存为m文件。

使用deploytool启动MATLAB Compiler，加入这3个m文件，编译为C++ Shared Library。编译项目保存为matBasics.prj，编译后的\\for\_redistribution\_files\_only目录下的文件如下图

2. Qt项目里使用matBasics.dll

2.1 Qt项目创建与.pro文件设置

在Qt Creator里创建一个Qt Widget Application，项目名称为test1，主窗口基于QMainWindow。在项目的文件目录下创建一个\\include目录，将matBasics.h和matBasics.lib文件复制到此。

通过Add Library 导入库文件matBasics.lib，并添加Matlab相关的库文件和头文件搜索路径。设MATLAB 2017b安装在D:\\MATLAB 2017b目录下，设置后的test1.pro文件如下：

QT += core gui

greaterThan(QT\_MAJOR\_VERSION, 4): QT += widgets

TARGET = test1  
TEMPLATE = app

DEFINES += QT\_DEPRECATED\_WARNINGS

SOURCES += \\  
main.cpp \\  
MainWindow.cpp \\

HEADERS += \\  
MainWindow.h \\  
include/matBasics.h \\

FORMS += \\  
MainWindow.ui

\#用户自定义的MATLAB程序的DLL库  
win32: LIBS += -L$$PWD/include/ -lmatBasics

INCLUDEPATH += $$PWD/include  
DEPENDPATH += $$PWD/include

\# Matlab 运行库的头文件  
\# .h文件搜索路径  
INCLUDEPATH += D:/MATLAB2017b/extern/include  
INCLUDEPATH += D:/MATLAB2017b/extern/include/Win64

\# 用到的MATLAB 的.lib库文件  
INCLUDEPATH += D:/MATLAB2017b/extern/lib/win64/microsoft  
DEPENDPATH += D:/MATLAB2017b/extern/lib/win64/microsoft

win32: LIBS += -LD:/MATLAB2017b/extern/lib/win64/microsoft/ -llibmex  
win32: LIBS += -LD:/MATLAB2017b/extern/lib/win64/microsoft/ -llibmx  
win32: LIBS += -LD:/MATLAB2017b/extern/lib/win64/microsoft/ -llibmat  
win32: LIBS += -LD:/MATLAB2017b/extern/lib/win64/microsoft/ -llibeng  
win32: LIBS += -LD:/MATLAB2017b/extern/lib/win64/microsoft/ -lmclmcr  
win32: LIBS += -LD:/MATLAB2017b/extern/lib/win64/microsoft/ -lmclmcrrt

2.2 matBasics.dll的初始化

在使用matBasics.dll里的函数之前，需要调用matBasics.h里的函数matBasicsInitialize()进行初始化，我们将初始化在窗口的构造函数里完成。下面是构造函数的代码：

MainWindow::MainWindow(QWidget \*parent) : QMainWindow(parent), ui(new Ui::MainWindow)\{ ui->setupUi(this); if (matBasicsInitialize()) //必须调用初始化 ui->plainTextEdit->appendPlainText("matlab程序DLL初始化成功."); else \{ ui->plainTextEdit->appendPlainText("\*\*\* matlab程序DLL初始化失败"); return; \} qsrand(QTime::currentTime().msec()); //初始化随机数种子\}

3. mwArray类的使用

3.1 mwArray类变量的常用构造函数

mwArray类常用的构造函数如下：

mwArray(mwSizenum\_rows,mwSizenum\_cols,mxClassIDmxID,mxComplexitycmplx=mxREAL)

num\_rows表示行数， mwSize是整数类型  
num\_cols表示列数  
mxID是mxClassID类型，表示元素的基本数据类型，常见的有如下的一些取值  
mxLOGICAL\_CLASS,  
mxCHAR\_CLASS,  
mxDOUBLE\_CLASS,  
mxSINGLE\_CLASS,  
mxINT8\_CLASS,  
mxUINT8\_CLASS,  
mxINT16\_CLASS,  
mxUINT16\_CLASS,  
mxINT32\_CLASS,  
mxUINT32\_CLASS,  
mxINT64\_CLASS,  
mxUINT64\_CLASS,

cmplx是mxComplexity类型，有mxREAL和mxCOMPLEX两种取值，标书数组元素是实数或复数，缺省为mxREAL  
3.2 mwArray类变量的定义、赋值和常用函数的意义

窗口上“矩阵A的参数”按钮的响应代码如下：

void MainWindow::on\_btnParams\_clicked()\{// 求矩阵A的各种参数, 即mwArray类的主要函数的作用 int rowCntA=ui->spinBoxA\_Row->value();//行数 int colCntA=ui->spinBoxA\_Col->value();//列数 //读取矩阵A int elementCntA=rowCntA\*colCntA;//元素个数 double \*arrayA=new double\[elementCntA\]; //一维数组 int N=0;//一维数组的元素索引号 for(int i=0;i<ui->tableA->columnCount();i++) //逐列读取，按列存储 for (int j=0; j<ui->tableA->rowCount();j++) \{ arrayA\[N\]=ui->tableA->item(j,i)->text().toDouble(); N++; \} mwArray matrixA(rowCntA,colCntA,mxDOUBLE\_CLASS, mxREAL);//定义数组 matrixA.SetData(arrayA,elementCntA); //设置数据 // mwArray类的主要函数的意义 ui->plainTextEdit->clear(); mwSize dims=matrixA.NumberOfDimensions();//矩阵的维数，标量，值1=一维序列，2=二维数组 ui->plainTextEdit->appendPlainText(tr("mwArray::NumberOfDimensions() 矩阵的维数，标量")); ui->plainTextEdit->appendPlainText(tr(" 1 表示一维矩阵， 2 表示二维矩阵")); ui->plainTextEdit->appendPlainText(tr(" matrixA.NumberOfDimensions()=%1").arg(dims)); mwArray arrayDim=matrixA.GetDimensions();//是个一维数组,元素个数=NumberOfDimensions() ui->plainTextEdit->appendPlainText(tr("\\n mwArray::GetDimensions()是矩阵的具体大小，即行数和列数")); ui->plainTextEdit->appendPlainText(" matrixA.GetDimensions()的结果:"); for(int i=1;i<=dims;i++) \{ int cnt=arrayDim.Get(dims,i);//即使dims=2， i 表示元素索引，也是可行的// int cnt=arrayDim.Get(1,i); //一维向量 ui->plainTextEdit->appendPlainText(tr(" 第%1维大小 = %2").arg(i).arg(cnt)); \} mwSize elementCnt=matrixA.NumberOfElements();//元素个数 ui->plainTextEdit->appendPlainText(tr("\\n mwArray::NumberOfElements() 元素个数=行数\*列数")); ui->plainTextEdit->appendPlainText(tr(" matrixA.NumberOfElements()=%1").arg(elementCnt));\}

这里，主要需要注意以下问题：

（1）mwArray数组的赋值

mwArray:: SetData(mxUint64\* buffer, mwSizelen) 用于给数组赋值

其中，buffer必须是一维数组，即便mwArray变量是一个二维数组，len是一维数组的元素个数，等于行数乘以列数。在给二维数组赋值时，buffer必须按列存储数据（见代码内容）

（2）mwSize mwArray::NumberOfDimensions()函数返回一个整数标量，表示数组的维数

返回值为1表示一维数组，2表示二维数组。

程序测试各种情况下都返回2，即便是一个行向量或列向量。

（3）mwArray mwArray ::GetDimensions()返回一个数组，表示数组各维数的大小，对于向量或二维数组，返回值都是两个元素。第1个元素表示行数，第2个元素表示列数。

（4）mwSize mwArray::NumberOfElements() 返回数组的元素个数，等于行数乘以列数

（5）mwArray的其他常用函数

bool IsComplex() const 返回值表示数组是不是复数类型

bool IsEmpty() const 返回值表示数组是否为空

bool IsNumeric() const 返回值表示矩阵是否为数值型

1行1列的数组的参数

1行4列的数组的参数

3行1列的数组的参数

3.3 mwArray数组数据的读取

界面上“C=A”按钮的响应代码如下，其功能是将数组A直接复制给数组C，并读取出C的内容进行显示。

void MainWindow::on\_btnAssign\_clicked()\{//C=A,用操作符赋值 int rowCnt=ui->spinBoxA\_Row->value(); int colCnt=ui->spinBoxA\_Col->value(); int elementCnt=rowCnt\*colCnt;//元素个数 mwArray matrixA(rowCnt,colCnt,mxDOUBLE\_CLASS, mxREAL);//定义数组，2行，3列，double类型 //读取数组A， double \*arrayA; arrayA=new double\[elementCnt\]; int N=0; for(int i=0;i<ui->tableA->columnCount();i++) for (int j=0; j<ui->tableA->rowCount();j++) \{// matrixA(j,i)=ui->tableA->item(j,i)->text().toDouble(); //不能如此赋值 arrayA\[N\]=ui->tableA->item(j,i)->text().toDouble(); N++; \} matrixA.SetData(arrayA,elementCnt); //读取结果// mwArray matrixC(rowCnt,colCnt,mxDOUBLE\_CLASS, mxREAL);//定义数组，2行，3列，double类型 mwArray matrixC=matrixA; ui->spinBoxC\_Row->setValue(rowCnt); ui->spinBoxC\_Col->setValue(colCnt); int dim=2; //数组维数，表示二维数组 N=1; for(int i=1; i<=colCnt;i++) for(int j=1; j<=rowCnt;j++) \{// double value=matrixC(j,i); //直接用数组下标索引，第j行，第i列// double value=matrixC(N); //直接按元素序号读取,第N个元素// double value=matrixA.Get(dim,j,i); //按照dim维数数组读出，获取第j行，第i列的数据 double value=matrixA.Get(dim,N); //按照dim维数数组读出，读取序号为N的元素 N++; QTableWidgetItem \*item=new QTableWidgetItem(QString::asprintf("%.0f",value)); item->setTextAlignment(Qt::AlignHCenter | Qt::AlignVCenter); ui->tableC->setItem(j-1,i-1,item); \}\}

这段代码注意以下问题：

（1）matrixA使用了SetData()函数赋值

mwArray matrixA(rowCnt,colCnt,mxDOUBLE\_CLASS, mxREAL); matrixA.SetData(arrayA,elementCnt);

（2）matrixC直接用了mwArray 的“=”操作符赋值，即

mwArray matrixC=matrixA;

（3）mwArray数组元素的读取

可以使用mwArray::Get()函数读取数组的元素，

例如，对于二维数组，采用Get()函数读取数据的代码一般是

int dim=2; // 二维数组double value=matrixA.Get(dim,j,i); //按照dim维数数组读出，第j行， 第i列

也可以不用行号、列号，而用序号读取，如

int dim=2; // 二维数组double value=matrixA.Get(dim,N); //按照dim维数数组读出，第N个元素

这里的N是按列排列的元素的总的序号。对于二维数组，还是按照行号、列号更直观一些。

也可以直接使用mwArray的“()”操作符读取数组元素，如

double value=matrixC(j,i); //直接用数组下标索引，第j行，第i列 double value=matrixC(N); //直接按元素序号读取, 第N个元素

3.3 mwArray复数型数组赋值

mwArray也可以是复数性数组，定义数组时使用mxCOMPLEX 类型。

mwArray mwArray::real() 获取数组的实部，也是一个mwArray类型数组

mwArray mwArray::imag() 获取数组的虚部，也是一个mwArray类型数组

下面是界面上“A+B\*j复数矩阵求模”按钮的响应代码，它将矩阵A作为复数矩阵的实部，矩阵B作为实数矩阵的虚部，然后代用DLL里的matAbs()函数求模。

void MainWindow::on\_btnAbs\_clicked()\{// A+B\*j复数矩阵求模 int rowCntA=ui->spinBoxA\_Row->value(); int colCntA=ui->spinBoxA\_Col->value(); int rowCntB=ui->spinBoxB\_Row->value(); int colCntB=ui->spinBoxB\_Col->value(); if ((rowCntA != rowCntB || (colCntA != colCntB))) \{ QMessageBox::critical(this, "错误", "矩阵A和B的维数不一致，不能构造复数矩阵", QMessageBox::Ok,QMessageBox::NoButton); return; \} //读取矩阵A int elementCntA=rowCntA\*colCntA;//元素个数 double \*arrayA=new double\[elementCntA\]; //一维数组 int N=0;//一维数组的元素索引号 for(int i=0;i<ui->tableA->columnCount();i++) //逐列读取，序列化存储到一维数组 for (int j=0; j<ui->tableA->rowCount();j++) \{ arrayA\[N\]=ui->tableA->item(j,i)->text().toDouble(); N++; \} mwArray matrixComplex(rowCntA,colCntA,mxDOUBLE\_CLASS, mxCOMPLEX);//定义数组，行，列，double类型复数矩阵 matrixComplex.Real().SetData(arrayA,elementCntA); //为复数矩阵的实部赋值 //读取数组B int elementCntB=rowCntB\*colCntB;//元素个数 double \*arrayB=new double\[elementCntB\]; N=0; for(int i=0;i<ui->tableB->columnCount();i++) //逐列读取，序列化存储到一维数组 for (int j=0; j<ui->tableB->rowCount();j++) \{ arrayB\[N\]=ui->tableB->item(j,i)->text().toDouble(); N++; \} matrixComplex.Imag().SetData(arrayB,elementCntB); //为复数矩阵的虚部赋值 //计算, 复数矩阵的模 int rowCntC=rowCntA; int colCntC=colCntA; mwArray matrixAbs(rowCntC,colCntC,mxDOUBLE\_CLASS, mxREAL);//定义数组，行，列，double类型 int nargout=1;//输出变量个数 matAbs(nargout,matrixAbs,matrixComplex); //读取结果 ui->spinBoxC\_Row->setValue(rowCntC); ui->spinBoxC\_Col->setValue(colCntC); int dim=2; //按照二维数组读出matrixC for(int i=1; i<=colCntC;i++) for(int j=1; j<=rowCntC;j++) \{ double value=matrixAbs.Get(dim,j,i); //二维数组,第j行，第i列的数据 QTableWidgetItem \*item=new QTableWidgetItem(QString::asprintf("%.4f",value)); item->setTextAlignment(Qt::AlignHCenter | Qt::AlignVCenter); ui->tableC->setItem(j-1,i-1,item); \}\}

若是要读取复数型数组的内容，也是通过mwArray::real()和mwArray::imag()分别获取其实部和虚部数组，再读取元素的方法就是一样的了。

3.4 mwArray传递字符串数据

创建的matBasics.dll中的函数matLoadDataFile()是接收一个txt文件名，通过load指令载入文件，并作为数组返回。

function \[C\]= matLoadDataFile(filename)  
% 从一个文件载入数组  
C=load(filename);  
end

在matlab的指令窗口里生成一个随机数矩阵，并保存为文本文件

>> B=10\*rand(3,4)  
B =  
7.0936 6.797 1.19 3.4039  
7.5469 6.551 4.9836 5.8527  
2.7603 1.6261 9.5974 2.2381

>> save dataA.txt B -ascii

matBasics.h文件里的 matLoadDataFile()函数的原型是：

bool MW\_CALL\_CONV mlxMatLoadDataFile(int nlhs, mxArray \*plhs\[\], int nrhs, mxArray \*prhs\[\]);

与其他接口函数的参数形式也是一样的，只是输入参数\*prhs\[\] 需要传递字符串表示的文件名，返回数组plhs的行数、列数是未知的。

Qt 编写程序界面上的“打开数组txt文件”按钮的响应代码如下：

void MainWindow::on\_btnOpenFile\_clicked()\{//传递字符串型数据 QString aFileName=QFileDialog::getOpenFileName(this,"打开文件","","txt文件(\*.txt)"); if (aFileName.isEmpty()) return; ui->plainTextEdit->clear(); ui->plainTextEdit->appendPlainText(aFileName); //打开文件，并在plainTextEdit里显示 QString str; QFile aFile(aFileName); //以文件方式读出 if (aFile.open(QIODevice::ReadOnly | QIODevice::Text)) //以只读文本方式打开文件 \{ QTextStream aStream(&aFile); //用文本流读取文件 while (!aStream.atEnd()) \{ str=aStream.readLine();//读取文件的一行 ui->plainTextEdit->appendPlainText(str); //添加到文本框显示 \} aFile.close();//关闭文件 \} //使用DLL里的matLoadDataFile()打开文件，并返回数组 char\* charStr=aFileName.toLocal8Bit().data(); mwArray matrixFilename(charStr);//字符串数据赋值 mwArray matrixC(mxDOUBLE\_CLASS, mxREAL);//返回值是未知大小的数组 int nargout=1;//输出变量个数 matLoadDataFile(nargout,matrixC,matrixFilename); //读取结果数组 mwSize dims=matrixC.NumberOfDimensions();//矩阵的维数,2表示二维数组 mwArray arrayDim=matrixC.GetDimensions();//各维的具体大小 int rowCnt=arrayDim.Get(dims,1); //行数 int colCnt=arrayDim.Get(dims,2); //列数 ui->spinBoxC\_Row->setValue(rowCnt); ui->spinBoxC\_Col->setValue(colCnt); for(int i=1; i<=colCnt;i++) for(int j=1; j<=rowCnt;j++) \{ double value=matrixC(j,i); //直接用数组下标索引，可行 QTableWidgetItem \*item=new QTableWidgetItem(QString::asprintf("%.4f",value)); item->setTextAlignment(Qt::AlignHCenter | Qt::AlignVCenter); ui->tableC->setItem(j-1,i-1,item); \}\}

这段代码先通过Qt的QFileDialog对话框选择文件并显示其内容，

这段代码要注意以下内容：

（1）字符串数据的mwArray数组的赋值

通过QFileDialog::getOpenFileName()获取需要打开的文件名aFileName，aFileName是QString类型，转换为char\*类型变量charStr，定义数组matrixFilename时直接在构造函数里赋值。代码如下：

QString aFileName=QFileDialog::getOpenFileName(this,"打开文件","","txt文件(\*.txt)"); char\* charStr=aFileName.toLocal8Bit().data(); mwArray matrixFilename(charStr);//字符串数据赋值

（2）未知行数、列数的mwArray的定义

调用matLoadDataFile()函数打开的数组的行列数是不确定的，所以定义返回数组matrixC时未指定行数和列数，定义和调用DLL里函数的代码如下：

mwArray matrixC(mxDOUBLE\_CLASS, mxREAL);//返回值是未知大小的数组 int nargout=1;//输出变量个数 matLoadDataFile(nargout,matrixC,matrixFilename);

（3）未知大小的mwArray数组的数据读取

matrixC数组的大小预先是不知道的，调用matLoadDataFile()函数返回数组matrixC后，需要通过一些函数获取数组的行数和列数，才可以从数组里完整的读出数据。获取数组大小的代码如下：

mwSize dims=matrixC.NumberOfDimensions();//矩阵的维数,2表示二维数组 mwArray arrayDim=matrixC.GetDimensions();//各维的具体大小 int rowCnt=arrayDim.Get(dims,1); //行数 int colCnt=arrayDim.Get(dims,2); //列数 ui->spinBoxC\_Row->setValue(rowCnt); ui->spinBoxC\_Col->setValue(colCnt);

选择文件并打开后的运行效果如下图所示。

【本文实例Qt 5.9项目完整源程序下载地址】https://download.csdn.net/download/hongandyi/10416823

或百度网盘下载： https://pan.baidu.com/s/1pM2PxrH