Qt 框架下 C++ 调用 MATLAB 程序

发表： 2022-01-27 分类：学习本文字数： 4.7k 阅读时长 ≈ 4 分钟

最近 Qt 项目中需要使用相对复杂的算法，因自身功力尚浅暂时无法使用 C/C++ 实现复杂算法，经过查找发现 Qt 可以通过某些途径实现 MATLAB 算法的调用，对于我这种算法小白十分友好，遂将 Qt 与 MATLAB 混合编程方法做一些简单记录。说是 QT 与 MATLAB 的混合编程，其实质仍是 C++ 对 MATLAB 程序的调用。

1、C++ 调用 MATLAB 的几种方法

在 Qt 框架下有多种 C++ 调用 MATLAB 程序的方法，下面进行简单介绍。

（1）调用 MATLAB 独立引擎

MATLAB Engine API 提供了 C++ 调用 MATLAB 程序的接口，C++ 程序通过 API 能够启动 MATLAB、调用 MATLAB 函数以及在 MATLAB 和 C++ 程序之间交换数据。通过查阅貌似这种方法比较适合于图表绘制，且运行时依赖 MATLAB 环境，比较受限。详细介绍可以参考 MATLAB Engine API for C++。

（2）MATLAB 代码转换为 C/C++ 代码

MATLAB 中集成了 MATLAB Coder（编码器），用于将 MATLAB 代码转换为 C/C++ 代码，可以方便地将 MATLAB 程序移植到需要的平台上。具体介绍和实现方法参考 MATLAB Coder。

（3）将 MATLAB 程序生成共享库

MATLAB Compiler 中包含 Library Compiler，可以将 MATLAB 程序打包生成动态共享库（DLL），方便在其他程序语言中调用使用MATLAB功能。

本篇文章主要围绕第三种方法展开，下面依次对 MATLAB 生成共享库，Qt 调用MATLAB DLL的具体方法进行介绍。

2、MATLAB 生成 DLL文件

2.1 编译环境配置

Qt 在 Windows 平台的编译环境一般有两种，分别为 MinGW 和 MSVC，为使 DLL 文件的编译平台与 Qt 保持一直，在配置时需要选择相同的编译器，且位数必须一致，比如我使用的环境均为MSVC2019 64bit。MSVC 可以通过安装 Visual Studio 进行配置，网上相关资料很多，不再赘述；MinGW 可以在 MATLAB 附加功能中安装，打开附加功能管理器后，直接搜索Mingw即可。

在 MATLAB 命令行窗口，使用mbuild –setup命令查看 MATLAB 中可以配置的编译环境。

如果没有可选编译器，需要自行配置后进行下一步操作。

输入命令后，会显示当前可配置的编译器，如下图所示。

根据自己的需要选择编译器，这里我选择 Microsoft Visual C++ 2019，并选择 C++ 语言，依次

点击相应选项，最终配置为如图所示即可。

上述两步也可以合并为一步，命令为 mbuild -setup C++，直接选择编译器。

2.2 打包生成 DLL 文件

为方便展示，先使用 MATLAB 编写一个两个数相加的函数，文件名为 add_matlab.m，具体代码如下：

1
2
3

function c = add_matlab(a,b)
c = a + b;
end

在 MATLAB 命令行窗口输入deploytool命令，弹出如下对话框。

选择Library Compiler编译器，如下图所示。

TYPE选择C++ Shared Library，EXPORTED FUNCTIONS选择要编译的文件，这里选择前面编写好的add_matlab.m文件，如下所示。

选择完成后，点击Package按钮，选择编译后的文件放置位置，开始编译打包，稍等片刻即可完成，输出目录中有如下三个文件夹。

for_testing 目录下的文件，用于测试。

for_redistribution目录中程序MyAppInstaller_web.exe用于安装 MATLAB 运行时库和本项目生成的 DLL 、LIB 和 H 文件，将程序部署至没有 MATLAB 环境中电脑时，可以使用此方法。

for_redistribution_files_only目录中的 DLL 、LIB 和 H 文件，就是在 Qt 项目中要使用的文件。H 和 LIB 文件用于 Qt 程序调用，DLL 文件用于保障程序运行。有文章说 v2 目录中的 .ctf 文件在较低版本的 MATLAB 中影响 DLL 接口中的初始化函数，较高版本的MATLAB不需要。在无法初始化时，可以将该文件与 DLL 文件一同放入 debug 文件夹下尝试解决。

3、Qt 框架下 C++ 调用 DLL

3.1 创建 Qt 项目，添加外部库

创建一个 Qt 项目，在项目文件目录下新建一个名为matlab_libs（文件夹名可以自定义随便取），将 MATLAB 编译生成的for_redistribution_files_only目录下的文件全部拷贝至该文件夹下。

右键点击 Qt 项目目录名，选择添加库、外部库

库文件选择Matlab_libs中的add_matlab.lib，点击下一步完成 Qt 外部库的添加。

完成后会在项目 .pro 文件中添加如下信息：

3.2 添加 MATLAB 其他依赖库和头文件路径

Qt 项目编译时，不仅需要自己添加的 MATLAB 编译后的库文件，还需要其他 MATLAB 依赖库文件，在工程 .pro 文件中添加如下内容：

# MATLAB 用到的.lib库文件 及其搜索路径
win32: LIBS += -LD:/Matlab/extern\lib/win64/microsoft/ -llibmx
win32: LIBS += -LD:/Matlab/extern\lib/win64/microsoft/ -llibmat
win32: LIBS += -LD:/Matlab/extern\lib/win64/microsoft/ -llibeng
win32: LIBS += -LD:/Matlab/extern\lib/win64/microsoft/ -lmclmcr
win32: LIBS += -LD:/Matlab/extern\lib/win64/microsoft/ -lmclmcrrt
win32: LIBS += -LD:/Matlab/extern\lib/win64/microsoft/ -llibmex

INCLUDEPATH += D:/Matlab/extern\lib/win64/microsoft
DEPENDPATH += D:/Matlab/extern\lib/win64/microsoft

# .h文件搜索路径
INCLUDEPATH += D:/Matlab/extern/include
INCLUDEPATH += D:/Matlab/extern/include/win64

上述路径根据自己安装位置进行替换，需要注意的是，文件路径中不得有空格，若有空格可以使用 quote()，如下：

1	INCLUDEPATH+=$$quote(D:/Matlab/extern/include/win64)

3.3 环境配置

本文中使用的 Qt 版本为 Qt5.9.9。

如果要发布程序或者运行在没有 MATLAB 环境的电脑需要安装 MATLAB 运行库，可以通过for_redistribution目录中MyAppInstaller_web.exe程序进行安装，也可以直接下载运行库安装程序，下载的运行库必须和生成 DLL 文件的 MATLAB 软件是同一个版本，MATLAB 运行库链接：https://ww2.mathworks.cn/products/compiler/matlab-runtime.html，
运行库的安装根据提示一直点击确定即可。

3.4 调用生成的 add_matlab DLL 库函数

（1）初始化库函数

编写一个加法窗口程序，在调用 add_matlab() 函数前，必须先使用 add_matlabInitialize() 函数初始化库函数。

（2）MATLAB 编译生成的 DLL 函数接口，保存在add_matlab.h文件中，add_matlab() 函数如下：

1	extern LIB_add_matlab_CPP_API void MW_CALL_CONV add_matlab(int nargout, mwArray& c, const mwArray& a, const mwArray& b);

nargout 为函数输出参数的个数，表示其后面紧跟着 nargout 个输出参数。

其他参数为 MATLAB 程序中自定义的输入输出参数，数据类型均为mwArray类。

（3）mwArray类

mwArray类是用于将输入/输出参数传递给 MATLAB Compiler SDK 生成的 C++ 函数的类，具体可以参考mwArray Class。

3.5 编译运行

具体代码如下：

#include "mainwindow.h"
#include "ui_mainwindow.h"
#include <QDebug>

#include "add_matlab.h"

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
    : QMainWindow(parent)
    , ui(new Ui::MainWindow)
{
    ui->setupUi(this);

    if(!add_matlabInitialize()){
        qDebug("add_matlab unsuccessfully initialized");
        return;
    }
}

MainWindow::~MainWindow()
{
    delete ui;
}

void MainWindow::on_pushButton_clicked()
{
    QString result;

    mwArray a(1,1,mxDOUBLE_CLASS);
    mwArray b(1,1,mxDOUBLE_CLASS);
    mwArray c(1,1,mxDOUBLE_CLASS);

    a(1,1)=ui->LE1->text().toInt();
    b(1,1)=ui->LE2->text().toInt();

    add_matlab(1,c,a,b);
    result = c.ToString();
    ui->LE3->setText(result);
    qDebug()<<result;
}

运行效果如下：

完整项目仓库地址：https://github.com/leafiness/Qt_MATLAB

参考：

[1] MATLAB Engine API for C++
[2] MATLAB Coder
[3] Library Compiler
[4] mwArray Class
[5] Qt调用MATLAB 生成的dll经验分享