QT和matlab混合编程实现加法运算

2021-10-28 23:35:14

1. 内容简介

师兄留下了一些matlab编写的程序，老师希望用Qt绘制界面，matlab完善算法功能，两者混合编程。任务布置下来，对于编程能力薄弱的我是一个极大的挑战，参考网上很多大佬的文档，初步实现了一个小小的自测试混合编程，中间也遇到了很多问题，在此记录一下，给自己警醒也希望可以给后来者提供一些帮助。

2. 软件环境

2.1QT编译器

软件环境很重要，不然很容易遇到各种问题，很多大佬实现混合编程时在QT中使用的是MSVC编译器，考虑到我这边有一部分Qt程序已经使用MinGW编写好了，不想再切换成MSVC编译修改，所以决定使用Qt5.10.1的MinGW编译器（32位）。

2.2Matlab2015b（32位）
2.3Visual studio 2015

3.主要流程

3.1如何在Matlab中将m文件编译为C++语言的DLL文件
3.2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
3.3MATLAB运行时DLL文件所在路径，及系统相关的环境变量设置
3.4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

4.具体步骤

4.1Matlab中m文件编译为C++语言的DLL文件

在MATLAB中编写一个简单的myFunc.m，其代码如下：

function C=myFunc(A,B)
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 ©’ 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
QT和matlab混合编程实现加法运算
“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”。
QT和matlab混合编程实现加法运算
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myFunc.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myFunc.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myFunc.prj的目录下生成与项目同名的子目录，即\myFunc，该目录下有3个文件夹。
QT和matlab混合编程实现加法运算
muFunc\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。QT和matlab混合编程实现加法运算

4.2 Qt 5.10.1项目中使用myFunc.dll
4.2.1Qt项目创建

创建一个QtWidget Application项目test01，类名是Test，主窗口基于QWidget。

4.2.2库文件myFunc.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myFunc\for_redistribution_files_only目录下的myFunc.lib，myFunc.h文件复制到此目录下。
在Qt Creator里，myFunc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myFunc\include\目录下的库文件matLib，其他选择如图。QT和matlab混合编程实现加法运算
在此对话框完成后，在test01.pro文件中会增加如下的几行：

win32: LIBS += -L$$PWD/include/ -lmyFunc
INCLUDEPATH += $$PWD/include
DEPENDPATH += $$PWD/include
4.2.3Matlab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，MATLAB2015b安装在C:\Program Files (x86)\MATLAB\R2015b目录下，在test01.pro文件中需要加入如下的设置：

INCLUDEPATH += $$quote(C:/Program Files (x86)/MATLAB/R2015b/extern/include)

DEPENDPATH += $$quote(C:/Program Files (x86)/MATLAB/R2015b/extern/include)

LIBS+= -L$$quote(C:/Program Files (x86)/MATLAB/R2015b/extern/lib/win32/microsoft) -llibmx

LIBS+= -L$$quote(C:/Program Files (x86)/MATLAB/R2015b/extern/lib/win32/microsoft) -llibmat

LIBS+= -L$$quote(C:/Program Files (x86)/MATLAB/R2015b/extern/lib/win32/microsoft) -lmclmcr

LIBS+= -L$$quote(C:/Program Files (x86)/MATLAB/R2015b/extern/lib/win32/microsoft) -lmclmcrrt

除此之外，由于使用的时MinGW的编译器，还需要在头文件中添加

DEFINES += __MW_STDINT_H__

这个东西是针对matlab的mclmcr.h头文件中第170行到第190行中编译器的一些宏的设定，一般来说如果是mingW编译器我们一般写+= MING_W，但是这个头文件中并没有给出mingW编译器的情况，所以一般选择加上上面这行代码，选择一个编译器的类型。

4.2.4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。

C:\Program Files (x86)\MATLAB\R2015b\runtime\win32;
C:\Program Files (x86)\MATLAB\R2015b\bin
C:\Program Files (x86)\MATLAB\R2015b\extern\lib\win32\microsoft
D:\Qt\5.10.1\msvc2015\bin

4.2.5编写使用DLL内函数myFunc()的代码
    QLibrary myLib("myFunc.dll");
    typedef bool MW_CALL_CONV(*Fun)(int,class mwArray const &,class mwArray const &,class mwArray const &);
    Fun myFunc = (Fun) myLib.resolve("?myFunc@@YAXHAAVmwArray@@ABV1@1@Z");

    if(!myFuncInitialize())
    {
        qDebug()<<"could not initialize libmyfuncdll\n";
        exit(0);
    }
    QString result;
    double para1,para2;
    para1=ui->lineEdit->text().toDouble();
    para2=ui->lineEdit_2->text().toDouble();
    mwArray a(1,1,mxDOUBLE_CLASS);
    mwArray b(1,1,mxDOUBLE_CLASS);
    mwArray c(1,1,mxDOUBLE_CLASS);
    a(1,1)=para1;
    b(1,1)=para2;
    myFunc(1,c,a,b);
    result=c.ToString();
    ui->lineEdit_3->setText(result);

还要记得在test.h头文件中添加

#include <QLibrary>
#include "myFunc.h"
#include <QDebug>

最后，将myFunc.dll文件复制粘贴到编译生成的debug文件夹下，到此为止，所有准备工作都完成了。
对于

QLibrary myLib("myFunc.dll");
typedef bool MW_CALL_CONV(*Fun)(int,class mwArray const &,class mwArray const &);
Fun myFunc = (Fun) myLib.resolve("?myFunc@@YAXHAAVmwArray@@ABV1@1@Z");

需要说明的是由于matlab使用vs的msvc编译器生成的dll文件，生成后我们使用mingW调用，但生成的头文件中指定各种编译器对应的情况，但唯独没有MinGW，这就导致了在使用MinGW编译器时我们使用了：

DEFINES += MW_STDINT_H

使用msvc编译器调用matlab生成的dll时，编译器会自动识别函数名，因此也不需要使用resolve函数。

4.2.6编译和运行

在lineEdit中输入任意数字，点击计算按钮，就可以看到结果了！
QT和matlab混合编程实现加法运算
QT和matlab混合编程实现加法运算

5 特别提醒

刚开始向别人学习按照步骤操作的时候，遇到了一些问题和注意事项：
1、Qt的编译器一定要注意，是MSVC还是MinGW很重要，不同的编译器需要添加的代码是不一样的，如果Qt选择MSVC64位的，电脑安装的VS也要是64位的，并且Matlab的版本年份一般要高于VS的版本年份，比如选择matlab2017b和VS2015两个64位进行搭配，避免在mbuild-setup时出现matlab无法识别VS的情况。
2、编译没有错误，运行的时候出现强制结束程序。可能是如下两个原因：
第一个原因：请参考https://blog.csdn.net/hongandyi/article/details/79427078
第二个原因：请下载一个的Dependency Walker 2.2查看dll文件，resolve的文件名是否一致，程序强制退出，这个问题卡了我好久，后来发现下面的@1@Z，我打成了@@Z。改正过来，程序正常运行。
QLibrary myLib(“myFunc.dll”);
typedef bool MW_CALL_CONV(*Fun)(int,class mwArray const &,class mwArray const &,class mwArray const &);
Fun myFunc = (Fun) myLib.resolve("?myFunc@@YAXHAAVmwArray@@ABV1@1@Z");
建议参考：https://blog.csdn.net/Justice132/article/details/83830151

6 代码链接

https://download.csdn.net/download/China_Rocky/12205984

7 总结

Qt调用matlab动态链接库
好处：
1、qt做界面，matlab做算法，二者相得益彰
2、相对于将算法C++化，这样做当然节约时间和成本
缺点：
程序执行速度慢，容易出错，步骤比较繁琐

补充：后来遇到一个问题，就是matlab中有多个m文件，m1文件是主程序文件，它的函数参数是其他m文件的函数，而不是矩阵或数组，在调用过程中编译没有出错，运行时程序崩溃。如果遇到这种情况，是因为参数类型不匹配的关系，声明中的参数是矩阵类型，而代入的实参是函数，只需要把matlab程序中的函数参数去掉，重新生成dll文件并替换掉include文件夹中原来的dll文件，然后在Qt中直接调用即可。

谢谢链接中诸多大佬的总结，通过学习，避免了很多问题，但是自己在实现的过程中，也遇到了各种各样的问题，看到网上主要是QtMSVC编译下matlab混合编程比较多，而MinGW编译下的混合编程较少，步骤流程有欠完善，所以写了这篇文章，也是我写的第一篇博客，希望可以帮助到有需要的朋友！不足之处，还请多多指教！

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