C/C++与Matlab混合编程

由于实验室项目遗留问题，可能为了图matlab绘图方便，前面的开发人员在C++核心代码外加了一层matlab外壳，在matlab里调用C++方法，并使用matlab绘图显示。当我接手这份代码之后，在Windows上调试发现了几个难以忍受的问题，
1. matlab调用之前必须将c++代码编译成二进制文件，如此一来在matlab里就没法调试，不得不使用Visual Studio的附加进程调试，需要频繁来回切换VS和maltab；
2. 使用附加进程调试时如果C++程序崩溃，导致matlab必须重启，而matlab重启速度之慢无法忍；
3. 全速运行起来速度之慢无法忍。

综上所述，决定将代码全部移植到C++下。综合考虑，移植到C++下，可能存在以下两个问题：图像读取与转换和计算结果可视化。

图像加载与转换

项目是有关图像处理的，matlab提供非常便捷的图像转换和处理库，在C++下没有这些API，也不可能自己从头实现这些基础功能，自然而然选择了OpenCV这样的第三方库。

1. 下载OpenCV2.4.9 for Windows，解压到OPENCV_ROOT(自定义路径)；
2. 在VS2012里指定头文件路径为：OPENCV_ROOT/build/include；库文件路径：OPENCV_ROOT/build/x64/vc11/lib；
3. 从OPENCV_ROOT/build/x64/vc11/bin拷贝opencv_core249d.dll,opencv_core249.dll,opencv_highgui249d.dll和opencv_highgui249.dll到VS工程目录(工程为x64，x86工程)；

4. 在代码中添加如下代码表明用到的库文件

    #ifdef _DUBUG
       #pragma comment(lib, "opencv_core249d.lib")
       #pragma comment(lib, "opencv_highgui249d.lib")
    #else
       #pragma comment(lib, "opencv_core249.lib")
       #pragma comment(lib, "opencv_highgui249.lib")
    #endif

5. 加载和显示图像

   
   #include 
   
   int main(void){
       cv::Mat img = cv::imread("test_image.jpg", CV_LOAD_IMAGE_GRAYSCALE);
       cv::namedWindow("imageWindow");
       cv::imshow("imageWindow", img);
       cv::destroyWindow("imageWindow");
       return 0;
   }

可视化

项目最终有可视化的需求，而用C++做可视化成本太高，MATLAB在这方面独特的优势。在调试阶段应该使用尽可能方便的方法验证算法，于是决定在C++中调用MATLAB引擎绘图。MATLAB引擎函数库是MATLAB提供引擎方式接口的一系列程序的集合，它允许用户用自己的C/C++语言或FORTRAN语言应用程序中对MATLAB进行调用。engine.h头文件中定义了9个引擎函数。在VS2012里调用MATLAB引擎操作方式如下：

1. 创建和MATLAB版本一致的C++工程，如，我的MATLAB是x64的，就创建x64的C++工程，这样才能保证调用的动态库版本正确；

2. 在VS2012中添加MATLAB的头文件路径，如：C:\Program Files\MATLAB\R2014a\extern\include；添加库文件路径，如：C:\Program Files\MATLAB\R2014a\extern\lib\win64\microsoft，添加可执行文件路径，如：C:\Program Files\MATLAB\R2014a\bin\win64;

3. 在代码中调用MATLAB引擎函数，为了使用方便，我对部分引擎函数做了一些封装，如下：

   /*
    * MatlabEngine.h
    * this file is a C++ wrap of some MATLAB engine methods.
    * it depends on the MATLAB installed on you machine.
    * DATE: 2016.05.15
    * AUTHOR: Lai Shaofa
    * EMAIL: [email protected]
    */
    # ifndef _MATLAB_ENGINE_H_
    # define _MATLAB_ENGINE_H_
   
    #include 
    #include "engine.h"
   
    #pragma comment(lib, "libeng.lib")
    #pragma comment(lib, "libmx.lib")
    #define     MAX_BUFFFER_SIZE (1024)
   
   class MatlabEngine {
   
   private:
       Engine *ep;
       char buffer[MAX_BUFFFER_SIZE];
   
   public:
       /*
        * constructor: open matlab engine and set engine input/output buffer
        */
       MatlabEngine(){
           if ((ep = engOpen("")) == NULL)
           {
               fprintf(stderr, "\nCan't start MATLAB engine\n");
               exit(1);
           }
           engOutputBuffer(ep, buffer, MAX_BUFFFER_SIZE);
       }
   
       /*
        * destructor: close matlab engine
        */
       ~MatlabEngine()    {
           engClose(ep);
       }
   
       /*
        * matCreate: create a matrix
        * @row: row of matrix
        * @col: column of matrix
        * NOTE: remember to call @matDestory to avoid memory leak
        */
       mxArray* matCreate(const int32_t row, const int32_t col) {
           assert(row>0 && col>0);
           return mxCreateDoubleMatrix(row, col, mxREAL); 
       }
   
       /*
        * @matDestroy: destroy a matrix to release memory
        * @mat: matrix to be destroyed.
        */
       void matDestroy(mxArray* mat) {
           assert(mat!=NULL);
           mxDestroyArray(mat);
           mat = NULL;
       }
   
       /*
        * matPutVariable: put a variable to matlab engine with the name @matName
        * @matName: name of variable,it used by matlab engine to identify the @mat
        * @mat: matrix to be put
        * @src: c/c++ source data pointer
        * @size: size of source data
        */
       void matPutVariable(const char* matName, const mxArray* mat, const void* src, const size_t size) {
           assert(matName!=NULL);
           assert(mat!=NULL);
           assert(src!=NULL && size>0);
           memcpy((void*)mxGetPr(mat), src, size);
           engPutVariable(ep, matName, mat);
       }
   
       /*
        * @matExecute: execute a matlab command in string format.
        * @cmd: command string.
        */
       void matExecute(const char * cmd) {
           assert(cmd != NULL);
           engEvalString(ep, cmd);
       }
   
       char* matGetOutput() {
           return buffer;
       }
   };

   4.在main函数中实例化引擎类并调用引擎方法：

    #include 
    #include "MatlabEngine.h"
    using namespace std;
   
   int main(void){
       MatlabEngine engine;
       double _x[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
       double _y[] = {1, 4, 9, 16, 25};
       mxArray* x = engine.matCreate(1, 5);
       mxArray* y = engine.matCreate(1, 5);
       engine.matPutVariable("x", x, _x, sizeof(_x));
       engine.matPutVariable("y", y, _y, sizeof(_y));
       engine.matExecute("plot(x, y, '-*b', 'linewidth', 1)");
       engine.matExecute("grid on, axis equal");
       engine.matDestroy(x);
       engine.matDestroy(y);
       return 0;
   }