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在 C/C++ 客户端中管理 MATLAB 数据

MATLAB 数组

MATLAB® Runtime 使用单一对象类型:MATLAB 数组。所有 MATLAB 变量(包括标量、向量、矩阵、字符数组、元胞数组、结构体和对象)都存储为 MATLAB 数组。在 MATLAB Production Server™ C/C++ 客户端 API 中,MATLAB 数组被声明为 mpsArray 类型。mpsArray 结构体包含有关数组的以下信息:

  • 类型

  • 维度

  • 与数组关联的数据

  • 如果是数值,则变量是实数还是复数

  • 如果稀疏,其索引和非零最大元素

  • 如果是结构体或对象,则字段数和字段名称

要访问 mpsArray 结构体,请使用 mpsArray API 函数。这些函数使您能够创建、读取和查询有关客户端使用的 MATLAB 数据的信息。

注意

mpsArray API 镜像 MATLAB Compiler SDK™ 和 MATLAB 外部接口使用的 mxArray API。

数据存储

MATLAB 以列主(按列)编号方案存储数据。MATLAB 在内部首先存储第一列的数据元素,然后存储第二列的数据元素,依此类推,直到最后一列。

例如,给定矩阵:

a=['house'; 'floor'; 'porch']
a =
   house
   floor
   porch

其尺维度为:

size(a)
ans =
     3     5

其数据存储为:

a 1-by-15 row vector with elements h f p o l o u o r s o c e r h

如果矩阵是 N 维的,则 MATLAB 表示 N 主序的数据。考虑一个三维大写字母数组,其尺寸为 4×2×3。您可以在三页 4×2 矩阵中可视化数据,如下图所示:

Page 1: A through H. Page 2: I through P. Page 3: Q through X.

MATLAB 内部按以下顺序表示此三维数组的数据:

ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWX
01234567891011121314151617181920212223

mpsCalcSingleSubscript() 函数使用 N 维下标创建从数组的第一个元素到所需元素的偏移量。

注意

MATLAB 索引从 1 开始,而 C 索引从 0 开始。

MATLAB 类型

复数双精度矩阵

复数双精度非稀疏矩阵为 double 类型,维数为 m×n,其中 m 是行数,n 是列数。数据存储为两个双精度数字向量 - 一个包含实部数据,一个包含虚部数据。指向该数据的指针分别称为 pr(指向实数数据的指针)和 pi(指向虚数数据的指针)。非复数矩阵是 piNULL 的矩阵。

数值矩阵

数值矩阵是单精度浮点整数,可以是 8 位、16 位、32 位和 64 位,有符号和无符号。数据以与双精度矩阵相同的方式存储在两个向量中。

逻辑矩阵

logical 数据类型分别使用数字 truefalse 表示逻辑 10 状态。某些 MATLAB 函数和运算符返回逻辑 1 或逻辑 0 来指示某个条件是否为真。例如,语句 (5 * 10) > 40 返回逻辑 1 值。

MATLAB 字符数组

MATLAB 字符数组属于 char 类型,其存储方式与无符号 16 位整数类似,但没有虚部数据组件。与 C 不同,MATLAB 字符数组不以空值终止。

元胞数组

元胞数组是 MATLAB 数组的集合,其中每个 mpsArray 称为一个元胞,从而可以将不同类型的 MATLAB 数组存储在一起。元胞数组的存储方式与数值矩阵类似,只是数据部分包含指向 mpsArray 的单个指针向量。此向量的成员称为元胞。每个元胞可以是任何受支持的数据类型,甚至是另一个元胞数组。

结构体

结构是 MATLAB 数组,其元素由文本字段指示符访问。

以下是在 MATLAB 中如何创建结构体的示例:

S.name = 'Ed Plum';
S.score = 83;
S.grade = 'B+'

创建一个具有三个字段的标量结构体:

 S = 
    name: 'Ed Plum'
    score: 83
    grade: 'B+'

1×1 结构体的存储方式与 1×n 元胞数组相同,其中 n 是结构体中的字段数。数据向量的成员称为字段。每个字段都与存储在 mpsArray 中的名称相关联。

多维数组

多维数组是一个整数向量,其中每个元素都是相应维度的大小。数据的存储与矩阵相同。任何类型的 MATLAB 数组都可以是多维的。

空数组

任何类型的 MATLAB 数组都可以为空。空的 mpsArray 至少有一个维度等于零。例如,类型为 mpsArray 的双精度 double,其中 mn 等于 0,而 prNULL,是一个空数组。

稀疏矩阵

稀疏矩阵与 MATLAB 中的满矩阵具有不同的存储约定。参数 prpi 仍然是双精度数字数组,但这些数组只包含非零数据元素。还有三个附加参数:

  • nzmax 是一个整数,包含 irpr 以及(如果存在)pi 的长度。它是稀疏矩阵中非零元素的最大数量。

  • ir 指向长度为 nzmax 的整数数组,其中包含 prpi 中对应元素的行索引。

  • jc 指向长度为 n+1 的整数数组,其中 n 是稀疏矩阵中的列数。jc 数组包含列索引信息。如果稀疏矩阵的第 j 列有任何非零元素,则 jc[j] 是第 ir 列中第一个非零元素在 prpi(以及 j,如果存在)中的索引,而 jc[j+1] - 1 是该列中最后一个非零元素的索引。对于稀疏矩阵的第 j 列,jc[j] 是所有前列中非零元素的总数。jc 数组的最后一个元素 jc[n] 等于 nnz,即整个稀疏矩阵中非零元素的数量。如果 nnz 小于 nzmax,则可以将更多非零条目插入数组中,而无需分配更多存储空间。

使用数据类型

您可以用 C/C++ 编写 MATLAB Production Server 客户端应用程序,接受 MATLAB 支持的任何类或数据类型(请参阅 MATLAB 类型)。

小心

MATLAB Runtime 不会检查用 C/C++ 创建的 MATLAB 数据结构体的有效性。使用无效语法创建 MATLAB 数据结构体可能会导致意外行为。

声明数据结构

要处理 MATLAB 数组,请使用类型 mpsArray。以下语句声明一个名为 mpsArraymyData

mpsArray *myData;

要定义 myData 的值,请使用 mpsCreate* 函数之一。一些有用的数组创建例程是 mpsCreateNumericArray()mpsCreateCellArray()mpsCreateCharArray()。例如,以下语句分配一个 m×1 浮点 mpsArray 并初始化为 0

myData = mpsCreateDoubleMatrix(m, 1, mpsREAL);

C/C++ 程序员应该注意 MATLAB 数组中的数据是按列主序排列的。(有关插图,请参阅数据存储。)使用 mpsGet* 数组访问例程从 mpsArray 读取数据。

操作数据

mpsGet* 数组访问例程获取对 mpsArray 中数据的引用。使用这些例程来修改客户端应用程序中的数据。每个函数提供对 mpsArray 中特定信息的访问。一些有用的函数是 mpsGetData()mpsGetPr()mpsGetM()mpsGetString()。以下语句将输入字符数组 prhs[0] 读入 C 样式字符串 buf

char *buf;
int buflen;
int status;
buflen = mpsGetN(prhs[0])*sizeof(mpsChar)+1;
buf = malloc(buflen);
status = mpsGetString(prhs[0], buf, buflen);