c++绘图——matplotlib-cpp

Author： LucasNan
发布时间：October 12, 2020
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4112 words
Categories：编程语言基础

### 一、前言

在写代码的过程中，我们有时候需要对数据进行可视化，但是对于C++来说，并没有一个像python中matplotlib一样方便使用且功能强大的绘图包。但是，我在github发现了一个名为`matplotlib-cpp`的绘图开源包，第一眼看到我以为这可能时matplotlib的C++版本，但后来仔细一看是C++调用python。将matplotlib进行了封装。但是，这对一般的数据可视化来说并不是大问题，即便运行速度会降低。

[matplotlib-cpp项目地址](https://github.com/lava/matplotlib-cpp)

### 二、使用

首先，克隆项目之后，我们来看看代码的目录结构

- contrib
- examples
- matplotlibcpp.h
- ....(not important)

`contrib`目录下有作者提供的编译方法。
`examples`目录下有一些代码示例。
`matplotlibcpp.h`只需要在代码中包含这个头文件就可以使用matplotlibcpp提供的API画图。

对于我来说，我平常使用windows10+ubuntu16.04的开发环境，因此最简单的方法就是使用cmake来构建项目。以下代码为contrib/CMakeLists.txt提供的示例。

```cmake
cmake_minimum_required(VERSION 3.7)
project (MatplotlibCPP_Test)

set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)

include_directories(${PYTHONHOME}/include)
include_directories(${PYTHONHOME}/Lib/site-packages/numpy/core/include)
link_directories(${PYTHONHOME}/libs)

add_definitions(-DMATPLOTLIBCPP_PYTHON_HEADER=Python.h)

add_executable(minimal ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/../examples/minimal.cpp)
add_executable(basic ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/../examples/basic.cpp)
add_executable(modern ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/../examples/modern.cpp)
add_executable(animation ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/../examples/animation.cpp)
add_executable(nonblock ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/../examples/nonblock.cpp)
add_executable(xkcd ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/../examples/xkcd.cpp)
add_executable(bar ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/../examples/bar.cpp)
```

需要注意`PYTHONHOME`这个变量，在ubuntu和windows10上，这个变量应该设置为你本地的python根目录。

在windows10下，需要使用`set`命令，将`PYTHONHOME`变量值设置为你python的安装目录。

```cmake
set(PYTHONHOME C:/Users/%username%/AppData/Local/Programs/Python/Python36)
```

在ubuntu下，

```cmake
find_package(PythonLibs 2.7)
target_include_directories(yourproject PRIVATE ${PYTHON_INCLUDE_DIRS})
target_link_libraries(yourproject ${PYTHON_LIBRARIES})
```

**下面是我改的CMakeLists.txt，作为参考**

```cmake
cmake_minimum_required(VERSION 3.5)
project (matplitlib_cpp_test)

set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)
IF (WIN32)
	MESSAGE(STATUS "Now is windows")
    # 改为你的python路径
	set(PYTHONHOME C:/Users/%username%/AppData/Local/Programs/Python/Python36)
	add_executable(simple_test src/simple_test.cpp)
	include_directories(${PYTHONHOME}/include)
	include_directories(${PYTHONHOME}/Lib/site-packages/numpy/core/include)
	link_directories(${PYTHONHOME}/libs)

ELSEIF (UNIX)
	MESSAGE(STATUS "Now is UNIX-like OS's.")

find_package(PythonLibs 2.7)
	add_executable(simple_test src/simple_test.cpp)
	target_include_directories(simple_test PRIVATE ${PYTHON_INCLUDE_DIRS})
	target_link_libraries(simple_test ${PYTHON_LIBRARIES})
	include_directories(/usr/local/lib/python2.7/dist-packages/numpy/core/include)

ENDIF ()

include_directories(include)

add_definitions(-DMATPLOTLIBCPP_PYTHON_HEADER=Python.h)
```

另外，你也可以直接访问我的github项目，我会将我的测试示例放在上面：[matplotlibcpp-test](https://github.com/Kevinnan-teen/My-Interesting-projects-collection/blob/master/code_test/matplitlib_cpp_test/)

编写完CMakeLists.txt之后，怎么编译呢？很简单，新建在CMakeLists.txt当前目录下新建一个名为`build`的目录，然后使用命令`cmake ..`，即可编译。

在win10下，默认生成Visual studio项目，你直接打开.sln文件编译运行即可。需要注意的是，在按下绿色三角编译运行之前，你需要看你的python是不是支持Debug，即安装python时有没有安装Debug模块，可以在你的python路径下的libs文件夹内看是否有pythonxx_d.lib 类似文件。如果你没有安装Debug功能，那么需要在Visual studio将Debug模式改为Release模式再编译。其次，你需要看你安装的python版本是32位还是64位的，同样，如果是64位，Visual studio默认生成64位的可执行文件不用修改，但是如果你的python是32位，那么需要将Visual studio生成可执行文件的配置改为32位。最后，如果编译报错`不能打开pythonxx.lib文件`，那么你需要将python路径下libs文件夹下的pythonxx.lib复制到build目录下，然后再编译。如果还遇到其他问题，就自行google吧。

在ubuntu下，cmake之后会生成Makefile文件，使用`make`命令进行编译即可。

### 三、测试结果

#### 3.1 简单曲线

```cpp
#include "matplotlibcpp.h"

namespace plt = matplotlibcpp;

int main() {
    plt::plot({1,3,2,4});
    plt::show();
}
```

![](http://kevinnan.org.cn/usr/uploads/2020/10/3874249818.png)

#### 3.3 动态曲线

```cpp
#define _USE_MATH_DEFINES
#include <cmath>
#include "matplotlibcpp.h"

namespace plt = matplotlibcpp;

int main()
{
    int n = 1000;
    std::vector<double> x, y, z;

for(int i=0; i<n; i++) {
        x.push_back(i*i);
        y.push_back(sin(2*M_PI*i/360.0));
        z.push_back(log(i));

if (i % 10 == 0) {
            // Clear previous plot
            plt::clf();
            // Plot line from given x and y data. Color is selected automatically.
            plt::plot(x, y);
            // Plot a line whose name will show up as "log(x)" in the legend.
            plt::named_plot("log(x)", x, z);

// Set x-axis to interval [0,1000000]
            plt::xlim(0, n*n);

// Add graph title
            plt::title("Sample figure");
            // Enable legend.
            plt::legend();
            // Display plot continuously
            plt::pause(0.01);

plt::save("./dynamic_curve.png");
        }
    }
}
```

![](http://kevinnan.org.cn/usr/uploads/2020/10/3641729577.png)

更多示例可以访问该github项目。

### 四、参考资料

[1] [matplotlib-cpp](https://github.com/lava/matplotlib-cpp)

[2] [C++调用matplotlib](https://mangoroom.cn/cpp/call-matplotlib-on-cpp.html)

Last modification：January 20th, 2021 at 05:53 pm

c++绘图——matplotlib-cpp

LucasNan • 2020 年 10 月 12 日

### 一、前言

[matplotlib-cpp项目地址](https://github.com/lava/matplotlib-cpp)

### 二、使用

首先，克隆项目之后，我们来看看代码的目录结构

- contrib
- examples
- matplotlibcpp.h
- ....(not important)

对于我来说，我平常使用windows10+ubuntu16.04的开发环境，因此最简单的方法就是使用cmake来构建项目。以下代码为contrib/CMakeLists.txt提供的示例。

```cmake
cmake_minimum_required(VERSION 3.7)
project (MatplotlibCPP_Test)

set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)

include_directories(${PYTHONHOME}/include)
include_directories(${PYTHONHOME}/Lib/site-packages/numpy/core/include)
link_directories(${PYTHONHOME}/libs)

add_definitions(-DMATPLOTLIBCPP_PYTHON_HEADER=Python.h)

需要注意`PYTHONHOME`这个变量，在ubuntu和windows10上，这个变量应该设置为你本地的python根目录。

在windows10下，需要使用`set`命令，将`PYTHONHOME`变量值设置为你python的安装目录。

```cmake
set(PYTHONHOME C:/Users/%username%/AppData/Local/Programs/Python/Python36)
```

在ubuntu下，

```cmake
find_package(PythonLibs 2.7)
target_include_directories(yourproject PRIVATE ${PYTHON_INCLUDE_DIRS})
target_link_libraries(yourproject ${PYTHON_LIBRARIES})
```

**下面是我改的CMakeLists.txt，作为参考**

```cmake
cmake_minimum_required(VERSION 3.5)
project (matplitlib_cpp_test)

ELSEIF (UNIX)
	MESSAGE(STATUS "Now is UNIX-like OS's.")

ENDIF ()

include_directories(include)

add_definitions(-DMATPLOTLIBCPP_PYTHON_HEADER=Python.h)
```

编写完CMakeLists.txt之后，怎么编译呢？很简单，新建在CMakeLists.txt当前目录下新建一个名为`build`的目录，然后使用命令`cmake ..`，即可编译。

在ubuntu下，cmake之后会生成Makefile文件，使用`make`命令进行编译即可。

### 三、测试结果

#### 3.1 简单曲线

```cpp
#include "matplotlibcpp.h"

namespace plt = matplotlibcpp;

int main() {
    plt::plot({1,3,2,4});
    plt::show();
}
```

![](http://kevinnan.org.cn/usr/uploads/2020/10/3874249818.png)

#### 3.3 动态曲线

```cpp
#define _USE_MATH_DEFINES
#include <cmath>
#include "matplotlibcpp.h"

namespace plt = matplotlibcpp;

int main()
{
    int n = 1000;
    std::vector<double> x, y, z;

for(int i=0; i<n; i++) {
        x.push_back(i*i);
        y.push_back(sin(2*M_PI*i/360.0));
        z.push_back(log(i));

// Set x-axis to interval [0,1000000]
            plt::xlim(0, n*n);

// Add graph title
            plt::title("Sample figure");
            // Enable legend.
            plt::legend();
            // Display plot continuously
            plt::pause(0.01);

plt::save("./dynamic_curve.png");
        }
    }
}
```

![](http://kevinnan.org.cn/usr/uploads/2020/10/3641729577.png)

更多示例可以访问该github项目。

### 四、参考资料

[1] [matplotlib-cpp](https://github.com/lava/matplotlib-cpp)

[2] [C++调用matplotlib](https://mangoroom.cn/cpp/call-matplotlib-on-cpp.html)

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