< NCNN-Lession-7 > Mat类的实现

开始

这一节我们终于要学习Mat类．大家可以看到，这个类的名字”Mat”其实和Opencv中常用的Mat类是一样的名字，但二者不是同一个东西，一个是ncnn的Mat类，一个是Opencv的Mat类，大家要注意．好，废话不多说，我们再插上一个小红旗（压压惊）：

作用

Mat类的作用其实存放神经网络需要处理的数据，这些数据一般包含一下几种(不限于)：

• 输入图片
• 模型的weight和bias
• 模型处理的top_blob和bottom_blob

Mat好处在于如下(不限于)：

• 方便的构建数据，如根据长宽高构建不同维度的数据．
• 方便的索引数据，如按照channel索引数据．
• 可以很方便的获取数据信息，如维度，长，宽等等．
• 可以很方便的拷贝数据，如clone方法

实现

首先不废话，先上个Mat的概况图：

上图中，右半部分是Mat类所包含的必要的成员变量，左半部分是Mat所包含的必要的成员函数．

成员函数很简单，名字和类型都在上图中有写到，这里就不再做过多的说明．下面我们着重说一下Mat类的成员函数．

我们从开辟内存的函数Ｍat::create来说起．我看先来看一下它的实现：

inline void Mat::create(int _w, int _h, int _c, size_t _elemsize, int _elempack,          
                        Allocator* _allocator) {                                                           
    if (dims == 3 && w == _w && h == _h && c == _c && elemsize == _elemsize &&            
        elempack == _elempack && allocator == _allocator)                                 
        return;                                                                           
                                                                                          
    release();                                                                            
    elemsize = _elemsize;                                                                 
    elempack = _elempack;                                                                 
    allocator = _allocator;                                                               
                                                                                          
    dims = 3;                                                                             
    w = _w;                                                                               
    h = _h;                                                                               
    c = _c;                                                                           //pad_y
    cstep = alignSize((size_t)w * h * elemsize, 16) / elemsize;                           
                                                                                          
    if (total() > 0) {    
        //pad_z
        size_t totalsize = alignSize(total() * elemsize, 4);                              
        //pad_x
        data = fastMalloc(totalsize + (int)sizeof(*refcount));                                                       
        refcount = (int*)(((unsigned char*)data) + totalsize);                            
        *refcount = 1;                                                                    
    }                                                                               
}                                                                               

上述函数针对一个三维的数组开辟空间，三个维度分别为长h，宽w和通道数c(channel)．

其中cstep使用了AlignSize()函数，它的含义是计算出一个大于步长数字且该数可以刚好被对齐数(16)整除，这个数字其实就是每一个channel所包含的字节空间数．

计算这个数字的目的是为了进行另外一个维度的对齐，也就是空间尺寸上的对齐．我们在上一节中讲到，alllocator中的alignPtr函数做到了首地址上的对齐．

由于每一个元素的字节数是elemsize，所以一共需要申请的空间如下：

size_t tmp_size = c*  cstep * elemsize
size_t totalsize = alignSize(tmp_size, 4);   

关于具体的空间分配情况，我做了一个如下的表格来说明，假如说我们申请了一个(2x2x4)的Mat,具体的空间分配方式如下所示

head	pad_x	(head_use)elemsize	elemsize	elemsize	elemsize	pad_y	pad_y…	(x)
(x)	(x)	(channel2)elemsize	elemsize	elemsize	elemsize	pad_y	pad_y…	(x)
(x)	(x)	(channel3)elemsize	elemsize	elemsize	elemsize	pad_y	pad_y…	(x)
(x)	(x)	(channel4)elemsize	elemsize	elemsize	elemsize	pad_y	pad_y…	pad_z…

下面对上面的表格做一个说明：

• 其中head代表总的申请空间的地址．

• pad_x是为了让使用的空间的首地址能够对齐来进行的把head指针向前推移的操作，

• elemsize是每一个元素占用的空间．

• pad_y是为了使得申请的cstep得到空间上的对齐而额外pad的空间，pay_z是为了使的申请的total_size对对齐而额外pad的空间．

• (x)没有任何意义，请跳过

• 上个分为4行表示主要是因为我们的channel共有４个，每一行代表一个channel，在实际的内存中，这四行其实是连续的．

下面我们说一下channel这个函数，这个函数其实是构造了一个Mat对象，只不过把Mat对象的数据指针给移动到了对应的位置上:

inline Mat Mat::channel(int _c) {                                                         
    return Mat(w, h, (unsigned char*)data + cstep * _c * elemsize, elemsize, elempack, allocator);     
}                                                                                                      

其他的函数都是大同小异，大家可以看今天的示例代码．

最后还要说一下，Mat类中定义了一个重载类型转化符，当Mat类被某个指针强制转化的时候，其实是返回了它的成员函数data的指针被强制转化的结果：

template <typename T>         
inline Mat::operator T*() {   
    return (T*)data;          
}                             

有的同学可能注意到Mat这个类还有两个的参数没有说，那就是elempack和refcount，我们这一节暂时不讲．

代码示例

测试程序在这里．

代码结构如下：