Matlab API 从 C++ 读取 .mat 文件，使用 STL 容器

Posted 2023-03-12

【中文标题】Matlab API 从 C++ 读取 .mat 文件，使用 STL 容器

【英文标题】：Matlab API reading .mat file from c++, using STL container

【发布时间】：2014-12-01 19:14:00

【问题描述】：

我必须从 c++ 中读取一些 .mat 数据文件，我通读了文档，但我想知道如何以干净优雅的方式处理数据，例如使用std:vector(.mat文件大小适中(10M~1G)，但内存问题要认真对待)

我的功能是这样的：

#include <stdio.h>
#include "mat.h"
#include <vector>

int matread(const char *file, const vector<double>& pdata_v) 

MATFile *pmat;

pmat=matOpen("data.mat","r");
if (pmat == NULL) 
    printf("Error opening file %s\n", file);
    return(1);

mxArray *pdata = matGetVariable(pmat, "LocalDouble");

// pdata -> pdata_v

mxDestroy pa1;  // clean up
return 0;

所以，问题是，我怎样才能有效且安全地从 mxArray *pdata 数组复制到向量 pdata_v？

【问题讨论】：

文件很大？内存可能是个问题？我们在谈论什么大小的文件？ fgets 并自己跟踪文件指针似乎是一种可行的方法。是的，它很难，但不会对记忆造成压力，而且速度很快。

使用 MATLAB 中的fwrite 并将数据以 C++ 可以轻松读取的简单二进制格式（甚至是内存映射）要容易得多。

【参考方案1】：

可以先获取mxArray *pdata的数据指针，然后将数据复制到vector<double> pdata_v：

double *ptr = (double *) mxGetData(pdata);
pdata_v.resize(numOfData);
memcpy(&pdata_v[0], ptr, numOfData*sizeof(double));

---

ps1：要特别注意，在 MATLAB 中，矩阵是 col-major 的。所以如果pdata 存储[1 2 3; 4 5 6]，pdata_v 将是1 4 2 5 3 6。

ps2：如果要更改其内容，请将const vector<double>& pdata_v 更改为vector<double>& pdata_v。

【讨论】：

感谢 ps1&2！我可以问一下，而不是 memcpy（在我看来更像 c，它是否容易出错？），使用 pdata_v(ptr,ptr+num_elements) 之类的东西是否安全？

@lorniper 如果你正确使用它会很安全，尽管它比你提到的 C++ 风格更容易出错。 :)

您的解决方案编译成功但给出“分段错误 11”，我提到的方式在编译时给出错误：“不匹配调用 (std::vector)(double*& ,double*)"

@lorniper 在此之前，请确保您已为 vector<double> pdata_v 分配内存，例如pdata_v.resize(numOfData).

@lorniper：如果你想使用该语法，你可以调用vector::assign 为：pdata_v.assign(ptr, ptr+num); 其中double *ptr = mxGetPr(pdata); 和size_t num = mxGetNumberOfElements(pdata);

【参考方案2】：

这是另一个想法。如果您对 C++ 代码中的裸指针过敏（顺便说一句，它们没有问题），您可以将裸指针包装在 boost 或 C++11 智能指针中，并使用删除器调用正确的mxDestroyArray()，当指针超出范围。这样您就不需要副本，您的用户代码也不需要知道如何正确解除分配。

typedef shared_ptr<mxArray> mxSmartPtr;

mxSmartPtr readMATarray(MATFile *pmat, const char *varname)

    mxSmartPtr pdata(matGetVariable(pmat, varname),
                     mxDestroyArray);  // set deleter
    return pdata;


int some_function() 
    mxSmartPtr pdata = readMATarray(pmat, "LocalDouble");
    ...
    // pdata goes out of scope, and mxDestroy automatically called

取自这里的想法：http://www.boost.org/doc/libs/1_56_0/libs/smart_ptr/sp_techniques.html#incomplete

【讨论】：

充分利用 C++11 shared_ptr 来简化使用。我正在记下这个！

【参考方案3】：

这里是一个使用MAT-API的例子：

test_mat.cpp

#include "mat.h"
#include <iostream>
#include <vector>

void matread(const char *file, std::vector<double>& v)

    // open MAT-file
    MATFile *pmat = matOpen(file, "r");
    if (pmat == NULL) return;

    // extract the specified variable
    mxArray *arr = matGetVariable(pmat, "LocalDouble");
    if (arr != NULL && mxIsDouble(arr) && !mxIsEmpty(arr)) 
        // copy data
        mwSize num = mxGetNumberOfElements(arr);
        double *pr = mxGetPr(arr);
        if (pr != NULL) 
            v.reserve(num); //is faster than resize :-)
            v.assign(pr, pr+num);
        
    

    // cleanup
    mxDestroyArray(arr);
    matClose(pmat);


int main()

    std::vector<double> v;
    matread("data.mat", v);
    for (size_t i=0; i<v.size(); ++i)
        std::cout << v[i] << std::endl;
    return 0;

首先我们构建独立程序，并将一些测试数据创建为 MAT 文件：

>> mex -client engine -largeArrayDims test_mat.cpp

>> LocalDouble = magic(4)
LocalDouble =
    16     2     3    13
     5    11    10     8
     9     7     6    12
     4    14    15     1

>> save data.mat LocalDouble

现在我们运行程序：

C:\> test_mat.exe
16 
5 
9 
4 
2 
11 
7 
14 
3 
10 
6 
15 
13 
8 
12 
1 

【讨论】：

完全符合我的预期！只是一点，为什么 matGetVariable 而不是 matGetNextVariable ？如果从 mat 文件中读取多个向量，哪个更好？

@lorniper：我想让这个例子保持简单。基本上，当您想按名称检索特定变量时，您使用matGetVariable。如果要遍历 MAT 文件中所有保存的变量，请在循环内使用 matGetNextVariable。查看 MATLAB 附带的 matdgns.c 示例（查看 $MATLABROOT/extern/examples/eng_mat/ 文件夹）

对于导入/导出功能非常有用。不错！

@Amro 只能在 Matlab 本身中使用 mat.h 吗？我们不能在不同的 IDE 中使用它吗？

@Sndn 当然可以。 mex -client engine 是used for convenience，您可以通过指定所需的headers and libs 自行构建应用程序。注意mex -v .. 显示了实际的编译器调用。