Qt 5.9 与 Matlab 2017b 混合编程基本流程
内容简介
最近在用Qt编写一个数据处理软件，涉及到很多信号处理的算法，这些都是很成熟的算法，本着找轮子的思路找可用的源程序。GitHub上相关的源代码倒是很多，但是要么缺少实例和文档、要么在Windows下编译出现问题，即便是较大的完整的源程序库，学习其使用也是个比较耗时间的事情。找来找去，最后还是决定用Matlab与Qt混合编程。
本文就介绍使用Qt 5.9和Matlab 2017b进行混合编程的基本流程，主要包括：- 如何在Matlab中将m文件编译为C++语言的DLL文件
- 如何在Qt项目中加入自定义DLL相关的LIB文件，以及MATLAB相关的LIB文件和H文件搜索路径
- MATLAB运行时DLL文件所在路径，及系统相关的环境变量设置
- 如何在Qt中调用自定义DLL中的函数，如何通过mwArray类传递输入输出参数
1. Matlab中m文件编译为C++语言的DLL文件
在MATLAB中编写一个简单的两个矩阵相加的函数matAdd.m，其代码如下：
function [C]= matAdd(A,B)
% C= matAdd(A,B)
% 两个矩阵相加
C=A+B;
end在编译m文件之前，需要保证MATLABCompiler已经设置好了编译器，在MATLAB命令行窗口中使用mbuild –setup 设置使用C编译器。
>> mbuild -setup
MBUILD 配置为使用 'Microsoft Visual C++ 2015 (C)' 以进行 C 语言编译。
要选择不同的语言，请从以下选项中选择一种命令:
mex -setup C++ -client MBUILD
mex -setup FORTRAN -client MBUILD
要使用C++编译器，就用命令 mbuild –setup C++ 设置
>> mbuild -setup C++
MBUILD 配置为使用 'Microsoft Visual C++ 2015' 以进行 C++ 语言编译。
我的电脑上安装了Visual Studio 2015，MATLAB会自己查找可用的编译器，若没有自动找到编译器，可能版本兼容问题或其他问题，可搜索相关资料解决问题。
在命令行中输入 deploytool，出现如下的对话框
“ApplicationCompiler”用于将m文件编译为exe文件直接运行，“Library Compiler”用于将m文件编译为DLL、COM组件等形式。我们要生成DLL文件，所以选择“Library Compiler”。
在上图的MATLAB Compiler窗口中，“TYPE”部分选择C++ shared Library，“EXPORTED FUNCTIONS”是需要导出的m文件，点击右侧的“Add”按钮选择编写的文件matAdd.m。右侧是MATLAB运行时库的安装打包方式，在本机上测试可选择“Runtime downloaded from web”。
保存项目为matAdd.prj，然后点击“Package”按钮进行编译和打包。
打包完成后，在项目文件matAdd.prj的目录下生成与项目同名的子目录，即\matAdd，该目录下有3个文件夹。
matAdd\for_redistribution目录下是文件MyAppInstaller_web.exe，这个是MATLAB运行时库的和本项目的安装文件，运行后可从网上下载MATLAB的运行时库进行安装，还会安装本项目生成的DLL、LIB和h文件。
matAdd\for_redistribution_files_only目录下是编译生成的.dll 、.lib和.h文件，其中.lib和.h文件是在Qt项目编译时需要用到的，.dll文件是程序运行时需要用到的。
matAdd\for_testing 目录下是用于测试的，但是dll不是可执行文件，不能直接进行进行测试。
2. Qt 5.9项目中使用matAdd.dll
2.1 Qt项目创建与UI设计
创建一个QtWidget Application项目testAdd，主窗口基于QWidget。程序运行时如下图。
2.2 库文件matAdd.lib 的加入
在项目目录下新建一个include目录，将前面编译生成的matAdd\for_redistribution_files_only目录下的matAdd.lib和matAdd.h文件复制到此目录下。
在Qt Creator里，testAdd项目节点上单击右键，选择“Add Library...”，在出现的向导中首先选择“External Library”，后续出现下图的界面，选择库testAdd\include\目录下的库文件matLib，其他选择如图。
在此对话框完成后，在testAdd.pro文件中会增加如下的几行：
win32: LIBS += -L$$PWD/include/ -lmatAdd
INCLUDEPATH += $$PWD/include
DEPENDPATH += $$PWD/include
为了方便查看matAdd.h的内容，还可以将matAdd.h文件添加到项目中，但是要注意不要修改matAdd.h文件的内容。
2.3 Matlab其他依赖库和头文件搜索路径的加入
除了自己编译生成的DLL相关的.lib文件和头文件，要编译此Qt项目，还需要用到MATLAB的几个.lib文件和.h文件。
我的电脑上，MATLAB2017b安装在D:\ MATLAB2017b目录下，在testAdd.pro文件中需要加入如下的设置：
# .h文件搜索路径
INCLUDEPATH += D:/MATLAB2017b/extern/include
INCLUDEPATH += D:/MATLAB2017b/extern/include/Win64
# 用到的MATLAB 的.lib库文件 及其搜索路径
INCLUDEPATH += D:/MATLAB2017b/extern/lib/win64/microsoft
DEPENDPATH += D:/MATLAB2017b/extern/lib/win64/microsoft
win32: LIBS += -LD:/MATLAB2017b/extern/lib/win64/microsoft/ -llibmex
win32: LIBS += -LD:/MATLAB2017b/extern/lib/win64/microsoft/ -llibmx
win32: LIBS += -LD:/MATLAB2017b/extern/lib/win64/microsoft/ -llibmat
win32: LIBS += -LD:/MATLAB2017b/extern/lib/win64/microsoft/ -llibeng
win32: LIBS += -LD:/MATLAB2017b/extern/lib/win64/microsoft/ -lmclmcr
win32: LIBS += -LD:/MATLAB2017b/extern/lib/win64/microsoft/ -lmclmcrrt
注意，若路径名称中含有空格，需要使用quote()，如
#INCLUDEPATH+=$$quote(D:/MATLAB2017b/extern/include)
2.4 系统环境变量的设置
额外加入的一些库实际上对应于MATLAB运行时的一些DLL文件，这些运行时文件主要在以下几个目录下，所以要保证这些目录添加到了Windows的环境变量PATH里。
D:\MATLAB2017b\runtime\win64;
D:\MATLAB2017b\bin\win64;
若是程序发布到没有安装MATLAB的电脑上，需要用Matlab Compiler编译生成的安装包，本例就是 matAdd\for_redistribution目录下的MyAppInstaller_web.exe。
若只是要独立安装MATLAB运行时库，在MATLAB 命令行里输入 mcrinstaller可以得到离线的MATLAB运行时库安装文件的路径。
>> mcrinstaller
ans ='D:\MATLAB2017b\toolbox\compiler\deploy\win64\MCRInstaller.exe'
2.5 编写使用DLL内函数matAdd()的代码
在Qt Creator里，为widget.ui上的按钮编写如下的代码。
void Widget::on_btnAdd_clicked()
{
if (!matAddInitialize()) //DLL 初始化
{
ui->lineEdit_C->setText("DLL initialization failed");
return;
}
double vectA[]={1,2,3}; //向量A
double vectB[]={5,6,7}; //向量B
int rowCnt=1; //行数
int colCnt=3; //列数
int elementCnt=3; //元素个数
mwArray matrixA(rowCnt,colCnt,mxDOUBLE_CLASS, mxREAL);//定义数组
matrixA.SetData(vectA,elementCnt); //将C++ 的一维数组存储到 MATLAB的二维数组
mwArray matrixB(rowCnt,colCnt,mxDOUBLE_CLASS, mxREAL);//定义数组
matrixB.SetData(vectB,elementCnt); //
//计算
mwArray matrixC(rowCnt,colCnt,mxDOUBLE_CLASS, mxREAL);//定义数组，double类型
int nargout=1;//输出变量个数
matAdd(nargout,matrixC,matrixA,matrixB);//C=A+B
//读取结果
int dim=2; //按照二维数组读出matrixC
double av=matrixC.Get(dim,1,1); //第1行，第1列
double bv=matrixC.Get(dim,1,2);// 第1行，第2列
double cv=matrixC.Get(dim,1,3); // 第1行，第3列
// int dim=1; //按照向量读出matrixC
// double av=matrixC.Get(dim,1); //第1个元素
// double bv=matrixC.Get(dim,2); //第2个元素
// double cv=matrixC.Get(dim,3); //第3个元素
QString str=QString::asprintf("%.0f, %.0f, %.0f", av,bv,cv);
ui->lineEdit_C->setText(str);
}
（1）DLL的初始化
在使用matAdd.dll里的函数之前，必须先初始化。matAddInitialize()是matAdd.h文件里面的库初始化函数。
（2）matAdd函数的输入输出参数
mwArray是MATLAB的数组类，MATLAB编译生成的DLL的接口函数的参数都是采用mwArray类型，例如matAdd.h文件中的函数matAdd()的函数原型为：
extern LIB_matAdd_CPP_API void MW_CALL_CONV matAdd(int nargout, mwArray& C, const mwArray& A, const mwArray& B);- int nargout 是输出参数个数，表示后面紧跟着的nargout个变量是输入参数，由matAdd.m文件可知，matAdd()有1个输出参数C
mwArray &C 输出参数，对应于matAdd.m文件里的输出参数C
mwArray &A, const mwArray &B 两个输入参数，对应于matAdd.m文件里的两个输入参数A 和B
由m文件的函数编译生成的C++函数都是这样的参数定义顺序，格式比较统一。
（3）mwArray类的使用
Qt 程序要调用matAdd.dll里的函数matAdd()，就需要按照函数原型传递输入和输出参数，主要是mwArray类的使用。例输入参数数组matrixA的定义和传递数据的代码是：
mwArray matrixA(rowCnt,colCnt,mxDOUBLE_CLASS, mxREAL);
matrixA.SetData(vectA,elementCnt);
语句matrixA.SetData(vectA,elementCnt)将 一维向量vectA的数据内容赋值给matrixA，元素个数为elementCnt，等于行数*列数。即使matrixA是一个二维数组，使用SetData赋值时，输入vectA也必须是一个向量，是逐列存储的。
同样赋值matrixB，定义返回矩阵matrixC。
调用matAdd()函数进行计算的代码是：
int nargout=1;//输出变量个数
matAdd(nargout,matrixC,matrixA,matrixB);//C=A+B
得到matrixC之后，需要读取出matrixC的数据内容进行显示。
读取mwArray的某个元素的值用mwArray::Get()函数。函数的第一个变量表示数组维数，维数为1表示数组是向量，获取元素只需一个索引即可，matrixC是一维向量，可以用下面的代码读取数据：
int dim=1; //按照向量读出matrixC
double av=matrixC.Get(dim,1); //第1个元素
double bv=matrixC.Get(dim,2); //第2个元素
double cv=matrixC.Get(dim,3); //第3个元素
维数为2表示数组是二维数组，获取一个元素需要行号和列号。matrixC是向量，也可以看做只有1行的二维数组，所以下面的代码也是可行的
int dim=2; //按照二维数组读出matrixC
double av=matrixC.Get(dim,1,1); //第1行，第1列
double bv=matrixC.Get(dim,1,2);// 第1行，第2列
double cv=matrixC.Get(dim,1,3); // 第1行，第3列
注意：mwArray数组的下标都是从1开始的，与C/C++的数组元素下标从0开始不同。
2.6 编译和运行
代码无语法错误后编译并运行，但是运行时闪退。这是Matlab2017b的一个少见的错误，在本人另一篇博文《Matlab 2017b编译成exe或DLL文件后无法运行的问题及其解决方法》里有描述和解决办法。
注意：在Qt Creator里编译时，应选择MSVC2015 64bit编译器，因为在Matlab里是用MSVC 201564位编译生成的DLL文件，若在Qt里使用其他的32位编译器将无法正常运行。
编译后，还需要将3个DLL文件复制到编译后的\release目录下，才可以正常运行。其中，matAdd.dll就是我们在MATLAB里编译生成的DLL。另外的SSLEAY32.DLL和LIBEAY32.DLL是从Matlab的安装目录 \bin\win64下复制过来的。
一切正常后，运行时点击“matAdd()计算”按钮，就可以得到计算结果。
本文Qt 5.9 测试项目完整源码下载地址：
http://download.csdn.net/download/hongandyi/10268476
或 https://pan.baidu.com/s/1brdfC31
参考：
Matlab 2017b编译成exe或DLL文件后无法运行的问题及其解决方法