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C++改写Matlab源码实践二之【传递表格数据】————附带详细讲解和示例

2023-05-16

文章目录

  • 0 背景
  • 1 Matlab有用代码提取
  • 2 转换为C++
    • 2.1 设定变量类型
    • 2.2 预先和定义声明变量
  • 3 改写转换后的C++代码
    • 3.1 指定输入的文件
    • 3.2 改写处理`Data`和`Data1`结构的数据
  • 4 福利

0 背景

本文是Matlab代码转C++的第二篇，目的是把一个更为复杂的Matlab项目代码转换为C++，以便打包成动态链接库，以供Java或C++调用。转换的难点，在于需要大量改写转换后的代码，把固定的输入数据，转成可以指定文件的方法，并把对数据结构做适当的处理以便调用放获取数据。

以下是文件的目录结构，untitled.m调用了从上往下的前三个.m文件，并且untitled.m文件中的内容比较多，改写起来也不容易。
在这里插入图片描述

matlab运行后的结果（我们需要做的就是把matlab代码转成C++，然后使用其他语言调用C++代码，可以得到输出表格中的数据）：

在这里插入图片描述

1 Matlab有用代码提取

以下为Matlab项目入口的untitled.m的部分原代码：

function varargout = untitled(varargin)
% UNTITLED MATLAB code for untitled.fig
%      UNTITLED, by itself, creates a new UNTITLED or raises the existing
%      singleton*.
%
%      H = UNTITLED returns the handle to a new UNTITLED or the handle to
%      the existing singleton*.
%
%      UNTITLED('CALLBACK',hObject,eventData,handles,...) calls the local
%      function named CALLBACK in UNTITLED.M with the given input arguments.
%
%      UNTITLED('Property','Value',...) creates a new UNTITLED or raises the
%      existing singleton*.  Starting from the left, property value pairs are
%      applied to the GUI before untitled_OpeningFcn gets called.  An
%      unrecognized property name or invalid value makes property application
%      stop.  All inputs are passed to untitled_OpeningFcn via varargin.
%
%      *See GUI Options on GUIDE's Tools menu.  Choose "GUI allows only one
%      instance to run (singleton)".
%
% See also: GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES

% Edit the above text to modify the response to help untitled

% Last Modified by GUIDE v2.5 25-May-2022 11:48:46

% Begin initialization code - DO NOT EDIT
gui_Singleton = 1;
gui_State = struct('gui_Name',       mfilename, ...
                   'gui_Singleton',  gui_Singleton, ...
                   'gui_OpeningFcn', @untitled_OpeningFcn, ...
                   'gui_OutputFcn',  @untitled_OutputFcn, ...
                   'gui_LayoutFcn',  [] , ...
                   'gui_Callback',   []);
if nargin && ischar(varargin{1})
    gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1});
end

if nargout
    [varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});
else
    gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});
end
% End initialization code - DO NOT EDIT


% --- Executes just before untitled is made visible.
function untitled_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)
% This function has no output args, see OutputFcn.
% hObject    handle to figure
% eventdata  reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles    structure with handles and user data (see GUIDATA)
% varargin   command line arguments to untitled (see VARARGIN)
set(handles.Dimension,'String','');
set(handles.Numbers,'String','');
set(handles.Clusters,'String','');
set(handles.Iteration,'String','');
% Choose default command line output for untitled
handles.output = hObject;

% Update handles structure
guidata(hObject, handles);

% UIWAIT makes untitled wait for user response (see UIRESUME)
% uiwait(handles.figure1);


% --- Executes on button press in Load.
function Load_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject    handle to Load (see GCBO)
% eventdata  reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles    structure with handles and user data (see GUIDATA)
% 数据载入控制
global data;
global data1;
[f,p]=uigetfile('*.mat');
filepath=[p,f]; %filepath即为文件路径
load(filepath); 
data = Data;
data1 = Data1;
set(handles.Dimension,'String',num2str(size(Data,2)));
set(handles.Numbers,'String',num2str(size(Data,1)));

% --- Executes on button press in Reset.
function Reset_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject    handle to Reset (see GCBO)
% eventdata  reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles    structure with handles and user data (see GUIDATA)
set(handles.Dimension,'String','');
set(handles.Numbers,'String','');
set(handles.Clusters,'String','');
set(handles.Iteration,'String','');

% --- Executes on button press in Perform.
function Perform_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject    handle to Perform (see GCBO)
% eventdata  reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles    structure with handles and user data (see GUIDATA)
global data;
global data1;
Cope = get(handles.Iteration,'String');
   if isempty(Cope)
    pause(0.25);
    h=msgbox('请先填写最大迭代次数（50-500）');
    uiwait(h,5);
   else
[~,~,Phi] = PROMETHEE(data);
% clf;
% axes();
bar(handles.Net,Phi)
box off
% set(gca,'XTick',[20 40 60 80 100 120 140 160])
set(get(gca,'YLabel'),'String','The Net Outranking Flow','FontSize',16,'FontWeight','demi','LineWidth',1.5,'FontName','Times New Roman');
T=str2num(get(handles.Iteration,'String'));
[Ss,Uu,V,objFcn,ddmin,times,iter] = myfcm(Phi', T);
% figure(2)
% clf;
bar(handles.ObjFunction,Ss)
box off
set(gca,'Xtick',[1 2 3 4 5 6 7 8 9],'XTicklabel',num2str([2 3 4 5 6 7 8 9 10]'))
ylabel('Objective Function','FontSize',16,'FontWeight','demi','LineWidth',1.5,'FontName','Times New Roman')
xlabel('Number of Clusters','FontSize',16,'FontWeight','demi','LineWidth',1.5,'FontName','Times New Roman')
[~,OptClus]=min(Ss);
set(handles.Clusters,'String',num2str(OptClus+1));
membership = Uu{2};
for i=1:size(data,1)
    [~,Label(i)]=max(membership(:,i));
end
% res1 = cell(length(find(Label==3)),1);
% res2 = cell(length(find(Label==2)),1);
% res3 = cell(length(find(Label==1)),1);
% res4 = cell(length(find(Label==4)),1);
% res5 = cell(length(find(Label==5)),1);
% OFva1 = cell(length(find(Label==3)),1);
% OFva2 = cell(length(find(Label==2)),1);
% OFva3 = cell(length(find(Label==1)),1);
% OFva4 = cell(length(find(Label==4)),1);
% OFva5 = cell(length(find(Label==5)),1);
% OFva
Resnet = cell(1,3);
Resnet{1} = Phi(find(Label==1));
Resnet{2} = Phi(find(Label==2));
Resnet{3} = Phi(find(Label==3));

meanOF = [mean(Resnet{1}) mean(Resnet{2}) mean(Resnet{3})];
[~,iii] = sort(meanOF,'descend');
[~,c]=sort(Resnet{iii(1)},'descend');
indexc = find(Label==iii(1));
indexc = indexc(c);
[~,c]=sort(Resnet{iii(3)},'descend');
indexc3 = find(Label==iii(3));
indexc3 = indexc3(c);
[~,c]=sort(Resnet{iii(2)},'descend');
indexc2 = find(Label==iii(2));
indexc2 = indexc2(c);
% OFval1=Phi(indexc);
% OFval3=Phi(indexc3);
% OFval2=Phi(indexc2);

Result1 = cell(size(data,1),1);
Result1{1} = 'rank 1';
for i=2:length(indexc)+1
    Result1{i}=data1{indexc(i-1)};
end
% Num = size(data,1);
% xlswrite('Res1.xls',res1,2,'A1');
% xlswrite('Res1.xls',OFval1,1,['A',num2str(length(res11)+1)]);

Result1{1+length(indexc)} = 'rank 2';
for i=2:length(indexc2)+1
    Result1{i+length(indexc)}=data1{indexc2(i-1)};
%     OFval2{i}=Phi(indexc2(i));
end
% xlswrite('Res1.xls',res2,1,'C1');
% xlswrite('Res1.xls',OFval2,2,['A',num2str(length(res22)+1)]);
Result1{1+length(indexc)+length(indexc2)} = 'rank 3';
for i=2:length(indexc3)+1
    Result1{i+length(indexc)+length(indexc2)}=data1{indexc3(i-1)};
%     OFval3{i}=Phi(indexc3(i));
end
% for i=1:length(res22)+length(res33)+length(res11)
%     Result1{i}
% end
% xlswrite('Res1.xls',Result1);
% Res1=xlsread('Res1.xls');%读取文件datafile.xlsx，并存入data中
set(handles.ResultTable,'data',Result1);%将data中的文件以Data的形式设置在句柄为uitable1的表格中。
   end
% xlswrite('Res1.xls',OFval3,3,['A',num2str(length(res33)+1)]);


% 净值

下面是转换后的代码(找到原代码中输出的部分，然后做适当修改后，改写成方法，该方法可以调用其他方法)：

function [Result1, Clusters, Phi, Ss] = Perform(data,data1,T)
    [~,~,Phi] = PROMETHEE(data);
    [Ss,Uu,~,~,~,~] = myfcm(Phi', T);
    [~,OptClus] = min(Ss);
    Clusters = OptClus+1;
    membership = Uu{2};

    dataSize=size(data,1);
    Label=coder.nullcopy(zeros(1,dataSize));
    for i=1:dataSize
        [~,Label(i)]=max(membership(:,i));
    end
    Resnet = cell(1,3);
    Resnet{1} = Phi(Label==1);
    Resnet{2} = Phi(Label==2);
    Resnet{3} = Phi(Label==3);

    meanOF = [mean(Resnet{1}) mean(Resnet{2}) mean(Resnet{3})];
    [~,iii] = sort(meanOF,'descend');
    [~,c]=sort(Resnet{iii(1)},'descend');
    indexc = find(Label==iii(1));
    indexc = indexc(c);
    [~,c]=sort(Resnet{iii(3)},'descend');
    indexc3 = find(Label==iii(3));
    indexc3 = indexc3(c);
    [~,c]=sort(Resnet{iii(2)},'descend');
    indexc2 = find(Label==iii(2));
    indexc2 = indexc2(c);

    Result1 = cell(dataSize,1);
    for i=1:dataSize
        Result1{i}='000';
    end

    Result1{1} = 'rank 1';
    
    
    for i=2:length(indexc)+1
        Result1{i}=data1{indexc(i-1)};
    end

    Result1{1+length(indexc)} = 'rank 2';
    for i=2:length(indexc2)+1
        Result1{i+length(indexc)}=data1{indexc2(i-1)};
    end
    Result1{1+length(indexc)+length(indexc2)} = 'rank 3';
    for i=2:length(indexc3)+1
        Result1{i+length(indexc)+length(indexc2)}=data1{indexc3(i-1)};
    end
end

2 转换为C++

参考之前的方法，做C++代码转换，需要注意的时，在设定变量类型时，需要做适当修改，不能使用原始的自动化生成的变量。

2.1 设定变量类型

如果使用了自动检测的，就会爆出如下的错误：

在这里插入图片描述
这是改写前的数据类型：

在这里插入图片描述
这是改写后的数据类型：
在这里插入图片描述

2.2 预先和定义声明变量

这是原始版本：

indexc = find(Label==iii(1));
indexc = indexc(c);

Result1{1} = 'rank 1';
for i=2:length(indexc)+1
    Result1{i}=data1{indexc(i-1)};
end

这是改写后的版本：

Result1 = cell(dataSize,1);
dataSize=size(data,1);
    
for i=1:dataSize
   Result1{i}='000';
end

Result1{1} = 'rank 1';
for i=2:length(indexc)+1
   Result1{i}=data1{indexc(i-1)};
end

3 改写转换后的C++代码

转换出来的C++代码的示例代码并不能直接使用，我们需要对其进行修改。

下面是转换后的示例代码example/main.cpp(只有固定的输入【定死了的.mat文件】、输出)：

static void main_Perform()
{
  coder::array<cell_wrap_0, 2U> data1;
  coder::array<cell_wrap_0, 1U> Result1;
  coder::array<double, 2U> Phi;
  coder::array<double, 2U> data;
  double Ss[9];
  double Clusters;
  // Initialize function 'Perform' input arguments.
  // Initialize function input argument 'data'.
  data = argInit_UnboundedxUnbounded_real_T();
  // Initialize function input argument 'data1'.
  data1 = argInit_1xUnbounded_cell_wrap_0();
  // Call the entry-point 'Perform'.
  Perform(data, data1, argInit_real_T(), Result1, &Clusters, Phi, Ss);
}

下面我们进行改写。

3.1 指定输入的文件

需要读取的ranking.mat文件的结构如下：
请添加图片描述

Data1中存储100个字符串大学名称：
在这里插入图片描述

Data中则是一个100x5的分数矩阵：

在这里插入图片描述

我们使用mat.h中的方法，读取mat文件并判断结构：

  const char* matPath= "/Users/mac/Matlab/UniversityRankTest/codegen/lib/Perform/ranking.mat";	
	
  MATFile* pmatFile = matOpen(matPath, "r");

  if (pmatFile == NULL)
  {
    printf("mat数据读取失败！");
    return ;
  }

  matData = matGetVariable(pmatFile, "Data");

  if (matData == NULL)
  {
    printf("结构体中Data数据不存在！");
    return ;
  }

  matData1 = matGetVariable(pmatFile, "Data1");

  if (matData1 == NULL)
  {
    printf("结构体中Data1数据不存在！");
    return ;
  }

  matClose(pmatFile);

3.2 改写处理Data和Data1结构的数据

下面是改写处理Data的数据（把写死的维度数据，改成变动的实际获取；被注释的部分为原始代码）：

coder::array<double, 2U> argInit_UnboundedxUnbounded_real_T(mxArray* data)
{
  coder::array<double, 2U> result;
  // Set the size of the array.
  // Change this size to the value that the application requires.
  
  //原始部分
  result.set_size(2, 2);

  int N = mxGetN(data);
  int M = mxGetM(data);
  result.set_size(M, N);

  double* test = mxGetPr(data);
	
	//原始部分
  // Loop over the array to initialize each element.
//  for (int idx0{0}; idx0 < result.size(0); idx0++) {
//    for (int idx1{0}; idx1 < result.size(1); idx1++) {
//      // Set the value of the array element.
//      // Change this value to the value that the application requires.
//      result[idx0 + result.size(0) * idx1] = argInit_real_T();
//    }
//  }

  for (int idx0{0}; idx0 < M; idx0++) {
    for (int idx1{0}; idx1 < N; idx1++) {
      // Set the value of the array element.
      // Change this value to the value that the application requires.
      result[idx0 + M * idx1] = test[idx0 + M * idx1];
      //        std::cout<<result[idx0 + M * idx1]<<" ";
    }
  }

  return result;
}

下面是改写处理Data1的数据：


coder::array<cell_wrap_0, 2U> argInit_1xUnbounded_cell_wrap_0(mxArray* data)
{
  coder::array<cell_wrap_0, 2U> result;
  // Set the size of the array.
  // Change this size to the value that the application requires.

//原始部分
  result.set_size(1, 2);

  int N = mxGetN(data);
  result.set_size(1, N);

//原始部分
  // Loop over the array to initialize each element.
//  for (int idx0{0}; idx0 < 1; idx0++) {
//    for (int idx1{0}; idx1 < result.size(1); idx1++) {
//      // Set the value of the array element.
//      // Change this value to the value that the application requires.
//      result[idx1] = argInit_cell_wrap_0();
//    }
//  }

  for (int idx1{0}; idx1 < N; idx1++) {
    mxArray * test = mxGetCell(data, idx1);
    result[idx1] = argInit_cell_wrap_0(test);
  }

  return result;
}

//获得元包中的字符串数据
cell_wrap_0 argInit_cell_wrap_0(mxArray* data)
{
  cell_wrap_0 result;
  // Set the value of each structure field.
  // Change this value to the value that the application requires.
  //result.f1 = argInit_1xUnbounded_char_T();

  std::string str = mxArrayToString(data);

  int N = mxGetN(data);

  result.f1 = argInit_1xUnbounded_char_T(str, N);

  return result;
  
  //下面为原始数据
//  cell_wrap_0 result;
//  // Set the value of each structure field.
//  // Change this value to the value that the application requires.
//  result.f1 = argInit_1xUnbounded_char_T();
//  return result;
}

//逐个获取大学字符串数据
coder::array<char, 2U> argInit_1xUnbounded_char_T(std::string data, int N)
{
  coder::array<char, 2U> result;
  // Set the size of the array.
  // Change this size to the value that the application requires.
  result.set_size(1, 2);
  result.set_size(1, N);

  // Loop over the array to initialize each element.
//  for (int idx0{0}; idx0 < 1; idx0++) {
//    for (int idx1{0}; idx1 < result.size(1); idx1++) {
//      // Set the value of the array element.
//      // Change this value to the value that the application requires.
//      result[idx1] = argInit_char_T();
//    }
//  }

  for (int idx1{0}; idx1 < N; ++idx1) {
    result[idx1] = data[idx1];
    //std::cout<<result[idx1]<<" ";
  }

  return result;
}

最后是获得double数组的数据：

//ss数据
  for (int i = 0; i < 9; ++i) {
    SsData[i] = Ss[i];
  }

  bestGroupNum = Clusters;//最佳分组
//phi数据
  for (int idx0{0}; idx0 < 100; idx0++) {
    PhiData[idx0] =  Phi[idx0];
  }

最后，我们来对比一个原始版本（Matlab自动生成的代码）和改写后的代码版本：

原始版本：

static void main_Perform()
{
  coder::array<cell_wrap_0, 2U> data1;
  coder::array<cell_wrap_0, 1U> Result1;
  coder::array<double, 2U> Phi;
  coder::array<double, 2U> data;
  double Ss[9];
  double Clusters;
  // Initialize function 'Perform' input arguments.
  // Initialize function input argument 'data'.
  data = argInit_UnboundedxUnbounded_real_T();
  // Initialize function input argument 'data1'.
  data1 = argInit_1xUnbounded_cell_wrap_0();
  // Call the entry-point 'Perform'.
  Perform(data, data1, argInit_real_T(), Result1, &Clusters, Phi, Ss);
}

改写后的代码版本：

void main_Perform(int iterationNum, const char* matPath, char** univRank, double PhiData[], double SsData[], double& bestGroupNum)
{
  coder::array<cell_wrap_0, 2U> data1;
  coder::array<cell_wrap_0, 1U> Result1;
  coder::array<double, 2U> Phi;
  coder::array<double, 2U> data;
//  double Phi[100];
  double Ss[9];
  double Clusters;

  mxArray* matData = NULL;
  mxArray * matData1 = NULL;

  MATFile* pmatFile = matOpen(matPath, "r");

  if (pmatFile == NULL)
  {
    printf("mat数据读取失败！");
    return ;
  }

  matData = matGetVariable(pmatFile, "Data");

  if (matData == NULL)
  {
    printf("结构体中Data数据不存在！");
    return ;
  }

  matData1 = matGetVariable(pmatFile, "Data1");

  if (matData1 == NULL)
  {
    printf("结构体中Data1数据不存在！");
    return ;
  }

  matClose(pmatFile);

  // Initialize function 'Perform' input arguments.
  // Initialize function input argument 'data'.
  data = argInit_UnboundedxUnbounded_real_T(matData);
  // Initialize function input argument 'data1'.
  data1 = argInit_1xUnbounded_cell_wrap_0(matData1);

  // Call the entry-point 'Perform'.
  Perform(data, data1, iterationNum, Result1, &Clusters, Phi, Ss);

//  for(int i = 0;i < 101;i++){
//    univRank[i] = (char*)malloc(sizeof (char) * 256);
//  }

  for(int i = 0;i < 101;i++){
    univRank[i] = (char*)malloc(sizeof (char) * 256);
  }

  for (int i = 0; i < 101; ++i) {
    std::string tmp = Result1[i].f1.operator std::string();
    strcpy(univRank[i], tmp.c_str());
  }

  for (int i = 0; i < 9; ++i) {
    SsData[i] = Ss[i];
  }

  bestGroupNum = Clusters;

  for (int idx0{0}; idx0 < 100; idx0++) {
    PhiData[idx0] =  Phi[idx0];
  }


}

4 福利

matlab原码、c++转换后代码的资源链接， 提取码: 5vjp

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