C++的Matlab接口转换方法详解

在C++程序中调用Matlab函数可以通过Matlab Engine实现。Matlab Engine是Matlab提供的可供C++程序通过调用库函数调用Matlab函数的接口。

在使用Matlab Engine时，需要对数据类型进行转换，本文介绍使用Matlab Engine调用Matlab函数时的数据类型转换方法。

1. Matlab引擎初始化

使用Matlab Engine命名空间中的engOpen初始化Matlab引擎。

#include "engine.h"
...
Engine *ep;
if (!(ep = engOpen(NULL))) {
    fprintf(stderr, "\nCannot open Matlab Engine\n");
    return EXIT_FAILURE;
}

2. C++和Matlab数据类型转换

在C++程序中，常见的数据类型包括整型、双精度浮点型、字符型等，而在Matlab中，还包括矩阵、结构体等数据类型。因此需要进行数据类型转换。

2.1 整型转换

在C++中，整型可以直接传递给Matlab。

int a = 10;
engPutVariable(ep, "a", mxCreateDoubleScalar((double)a));

其中，mxCreateDoubleScalar将整型转换为Matlab中的双精度浮点型。使用engPutVariable将变量传递给Matlab。

2.2 双精度浮点型转换

双精度浮点型需要使用mxCreateDoubleMatrix进行转换。

double d = 3.14;
mwSize dims[] = { 1, 1 };
mxArray *dblArray = mxCreateDoubleMatrix(1, 1, mxREAL);
memcpy((void *)mxGetPr(dblArray), (void *)&d, sizeof(double));
engPutVariable(ep, "d", dblArray);

其中，mxCreateDoubleMatrix将双精度浮点型转换为矩阵类型，mxGetPr返回矩阵的实数部分指针。

2.3 字符串转换

Matlab中的字符串类型为mxArray类型，使用mxCreateString将C++的字符串转换为Matlab中的字符串类型。

std::string str = "hello, world!";
engPutVariable(ep, "s", mxCreateString(str.c_str()));

2.4 矩阵数据类型转换

mwSize m = 2, n = 2;
double a[4] = { 1, 2, 3, 4 };
mxArray *mat = mxCreateDoubleMatrix(m, n, mxREAL);
memcpy((void *)mxGetPr(mat), (void *)a, sizeof(double) * m * n);
engPutVariable(ep, "A", mat);

以上代码将一个2x2的矩阵传递给Matlab。

2.5 结构体类型转换

struct st {
    const char *name;
    double value;
};

struct st s[2] = {
    {"x", 1.0},
    {"y", 2.0}
};

mxArray *struct_array = mxCreateStructMatrix(2, 1, 2, field_names);
mxSetField(struct_array, 0, "name", mxCreateString(s[0].name));
mxSetField(struct_array, 0, "value", mxCreateDoubleScalar(s[0].value));
mxSetField(struct_array, 1, "name", mxCreateString(s[1].name));
mxSetField(struct_array, 1, "value", mxCreateDoubleScalar(s[1].value));
engPutVariable(ep, "struct_array", struct_array);

以上代码将一个结构体数组传递给Matlab。

3. 示例

以下是一个调用Matlab函数的示例。

C++代码：

Engine *ep = engOpen(NULL);
if (!ep) {
    fprintf(stderr, "Can't open Matlab Engine\n");
    return EXIT_FAILURE;
}

// put arguments
int a = 10;
double b = 3.14;
mwSize dims[] = { 1, 2 };
double c[2] = { 1, 2 };
char *func_name = "myfunc";
engPutVariable(ep, "a", mxCreateDoubleScalar(a));
engPutVariable(ep, "b", mxCreateDoubleScalar(b));
engPutVariable(ep, "c", mxCreateDoubleMatrix(1, 2, mxREAL));
memcpy((void *)mxGetPr(var), (void *)c, sizeof(c));
engPutVariable(ep, "test_struct", mxCreateStructMatrix(1, 1, 0, NULL));
engEvalString(ep, "test_struct.name = 'hello';");
engEvalString(ep, "test_struct.value = 1.0;");
// call Matlab function
engEvalString(ep, "res = myfunc(a, b, c, test_struct);");
// get result
mxArray *res = engGetVariable(ep, "res");
// do something with res
// ...
// free memory
mxDestroyArray(res);
engClose(ep);

Matlab代码：

function res = myfunc(a, b, c, s)
    res = a + b + sum(c) + s.value;
end

以上代码将传递整型、双精度浮点型、矩阵、结构体等类型的数据给Matlab，并调用Matlab函数，将结果返回给C++程序。