opencv MatExpr MatOp

opencv提供了很多Mat的操作，其中涉及到两个重要的类：MatOp和MatExpr

C++: MatExpr abs(const Mat& m)

C++: void absdiff(InputArray src1, InputArray src2, OutputArray dst)

C = abs(A-B) is equivalent to absdiff(A, B, C)

C = abs(A) is equivalent to absdiff(A, Scalar::all(), C)

C++: void add(InputArray src1, InputArray src2, OutputArray dst, InputArray mask=noArray(), int dtype=-)

C++: void addWeighted(InputArray src1, double alpha, InputArray src2, double beta, double gamma, Out-

putArray dst, int dtype=-)

C++: void bitwise_and(InputArray src1, InputArray src2, OutputArray dst, InputArray mask=noArray())

C++: void bitwise_not(InputArray src, OutputArray dst, InputArray mask=noArray())

C++: void bitwise_or(InputArray src1, InputArray src2, OutputArray dst, InputArray mask=noArray())

C++: void bitwise_xor(InputArray src1, InputArray src2, OutputArray dst, InputArray mask=noArray())

C++: void calcCovarMatrix(const Mat* samples, int nsamples, Mat& covar, Mat& mean, int flags, int

ctype=CV_64F)

C++: void cartToPolar(InputArray x, InputArray y, OutputArray magnitude, OutputArray angle, bool an-

gleInDegrees=false)

C++: void magnitude(InputArray x, InputArray y, OutputArray magnitude)

C++: bool checkRange(InputArray a, bool quiet=true, Point* pos=, double minVal=-DBL_MAX, double

maxVal=DBL_MAX )

C++: void compare(InputArray src1, InputArray src2, OutputArray dst, int cmpop)

C++: void completeSymm(InputOutputArray mtx, bool lowerToUpper=false)

C++: void convertScaleAbs(InputArray src, OutputArray dst, double alpha=, double beta=)

C++: int countNonZero(InputArray src)

C++: Mat cvarrToMat(const CvArr* arr, bool copyData=false, bool allowND=true, int coiMode= )

C++: void dct(InputArray src, OutputArray dst, int flags=)

C++: void idct(InputArray src, OutputArray dst, int flags=)

C++: void dft(InputArray src, OutputArray dst, int flags=, int nonzeroRows=)

C++: void idft(InputArray src, OutputArray dst, int flags=, int nonzeroRows=)

C++: void divide(InputArray src1, InputArray src2, OutputArray dst, double scale=, int dtype=-)

C++: double determinant(InputArray mtx)

C++: bool eigen(InputArray src, OutputArray eigenvalues, int lowindex=-, int highindex=-)

C++: void exp(InputArray src, OutputArray dst)

C++: void extractImageCOI(const CvArr* arr, OutputArray coiimg, int coi=- )

C++: void insertImageCOI(InputArray coiimg, CvArr* arr, int coi=- )

C++: void flip(InputArray src, OutputArray dst, int flipCode)

C++: void gemm(InputArray src1, InputArray src2, double alpha, InputArray src3, double gamma, OutputArray dst, int flags= )

C++: ConvertData getConvertElem(int fromType, int toType)

C++: int getOptimalDFTSize(int vecsize)

C++: void inRange(InputArray src, InputArray lowerb, InputArray upperb, OutputArray dst)

C++: double invert(InputArray src, OutputArray dst, int flags=DECOMP_LU)

C++: void log(InputArray src, OutputArray dst)

C++: void LUT(InputArray src, InputArray lut, OutputArray dst, int interpolation= )

C++: double Mahalanobis(InputArray v1, InputArray v2, InputArray icovar)

C++: void max(InputArray src1, InputArray src2, OutputArray dst)

MatOp负责MatExpr的运算操作

class CV_EXPORTS MatOp

{

public:

    MatOp();

    virtual ~MatOp();

    virtual bool elementWise(const MatExpr& expr) const;

    virtual void assign(const MatExpr& expr, Mat& m, int type=-) const = ;

    virtual void roi(const MatExpr& expr, const Range& rowRange,

                     const Range& colRange, MatExpr& res) const;

    virtual void diag(const MatExpr& expr, int d, MatExpr& res) const;

    virtual void augAssignAdd(const MatExpr& expr, Mat& m) const;

    virtual void augAssignSubtract(const MatExpr& expr, Mat& m) const;

    virtual void augAssignMultiply(const MatExpr& expr, Mat& m) const;

    virtual void augAssignDivide(const MatExpr& expr, Mat& m) const;

    virtual void augAssignAnd(const MatExpr& expr, Mat& m) const;

    virtual void augAssignOr(const MatExpr& expr, Mat& m) const;

    virtual void augAssignXor(const MatExpr& expr, Mat& m) const;

    virtual void add(const MatExpr& expr1, const MatExpr& expr2, MatExpr& res) const;

    virtual void add(const MatExpr& expr1, const Scalar& s, MatExpr& res) const;

    virtual void subtract(const MatExpr& expr1, const MatExpr& expr2, MatExpr& res) const;

    virtual void subtract(const Scalar& s, const MatExpr& expr, MatExpr& res) const;

    virtual void multiply(const MatExpr& expr1, const MatExpr& expr2, MatExpr& res, double scale=) const;

    virtual void multiply(const MatExpr& expr1, double s, MatExpr& res) const;

    virtual void divide(const MatExpr& expr1, const MatExpr& expr2, MatExpr& res, double scale=) const;

    virtual void divide(double s, const MatExpr& expr, MatExpr& res) const;

    virtual void abs(const MatExpr& expr, MatExpr& res) const;

    virtual void transpose(const MatExpr& expr, MatExpr& res) const;

    virtual void matmul(const MatExpr& expr1, const MatExpr& expr2, MatExpr& res) const;

    virtual void invert(const MatExpr& expr, int method, MatExpr& res) const;

    virtual Size size(const MatExpr& expr) const;

    virtual int type(const MatExpr& expr) const;

};

//modules/core/src/matop.cpp  定义了很多不同的操作，每种操作会重载部分函数
class MatOp_Identity : public MatOp

{

public:

    MatOp_Identity() {}

    virtual ~MatOp_Identity() {}

    bool elementWise(const MatExpr& /*expr*/) const { return true; }

    void assign(const MatExpr& expr, Mat& m, int type=-) const;

    static void makeExpr(MatExpr& res, const Mat& m);

};

static MatOp_Identity g_MatOp_Identity; //一种默认的MatOp

static inline bool isIdentity(const MatExpr& e) { return e.op == &g_MatOp_Identity; }

class MatOp_T : public MatOp

{

public:

    MatOp_T() {}

    virtual ~MatOp_T() {}

    bool elementWise(const MatExpr& /*expr*/) const { return false; }

    void assign(const MatExpr& expr, Mat& m, int type=-) const;

    void multiply(const MatExpr& e1, double s, MatExpr& res) const;

    void transpose(const MatExpr& expr, MatExpr& res) const;

    static void makeExpr(MatExpr& res, const Mat& a, double alpha=);

};

static MatOp_T g_MatOp_T;

static inline bool isT(const MatExpr& e) { return e.op == &g_MatOp_T; }

//其他函数的实现举例：

void MatOp::add(const MatExpr& e1, const MatExpr& e2, MatExpr& res) const

{

    if( this == e2.op )

    {

        double alpha = , beta = ;

        Scalar s;

        Mat m1, m2;

        if( isAddEx(e1) && (!e1.b.data || e1.beta == ) )

        {

            m1 = e1.a;

            alpha = e1.alpha;

            s = e1.s;

        }

        else

            e1.op->assign(e1, m1);

        if( isAddEx(e2) && (!e2.b.data || e2.beta == ) )

        {

            m2 = e2.a;

            beta = e2.alpha;

            s += e2.s;

        }

        else

            e2.op->assign(e2, m2);

        MatOp_AddEx::makeExpr(res, m1, m2, alpha, beta, s);

    }

    else

        e2.op->add(e1, e2, res);

}

void MatOp::add(const MatExpr& expr1, const Scalar& s, MatExpr& res) const

{

    Mat m1;

    expr1.op->assign(expr1, m1);

    MatOp_AddEx::makeExpr(res, m1, Mat(), , , s);

}

void MatOp::subtract(const MatExpr& e1, const MatExpr& e2, MatExpr& res) const

{

    if( this == e2.op )

    {

        double alpha = , beta = -;

        Scalar s;

        Mat m1, m2;

        if( isAddEx(e1) && (!e1.b.data || e1.beta == ) )

        {

            m1 = e1.a;

            alpha = e1.alpha;

            s = e1.s;

        }

        else

            e1.op->assign(e1, m1);

        if( isAddEx(e2) && (!e2.b.data || e2.beta == ) )

        {

            m2 = e2.a;

            beta = -e2.alpha;

            s -= e2.s;

        }

        else

            e2.op->assign(e2, m2);

        MatOp_AddEx::makeExpr(res, m1, m2, alpha, beta, s);

    }

    else

        e2.op->subtract(e1, e2, res);

}

void MatOp::subtract(const Scalar& s, const MatExpr& expr, MatExpr& res) const

{

    Mat m;

    expr.op->assign(expr, m);

    MatOp_AddEx::makeExpr(res, m, Mat(), -, , s);

}

//core/include/opencv2/core/mat.hpp
class CV_EXPORTS MatExpr

{

public:

    MatExpr();

    explicit MatExpr(const Mat& m);

    MatExpr(const MatOp* _op, int _flags, const Mat& _a = Mat(), const Mat& _b = Mat(),

            const Mat& _c = Mat(), double _alpha = , double _beta = , const Scalar& _s = Scalar());

    operator Mat() const;

    template<typename _Tp> operator Mat_<_Tp>() const;

    Size size() const;

    int type() const;

    MatExpr row(int y) const;

    MatExpr col(int x) const;

    MatExpr diag(int d = ) const;

    MatExpr operator()( const Range& rowRange, const Range& colRange ) const;

    MatExpr operator()( const Rect& roi ) const;

    MatExpr t() const;

    MatExpr inv(int method = DECOMP_LU) const;

    MatExpr mul(const MatExpr& e, double scale=) const;

    MatExpr mul(const Mat& m, double scale=) const;

    Mat cross(const Mat& m) const;

    double dot(const Mat& m) const;

    const MatOp* op;

    int flags;

    Mat a, b, c;

    double alpha, beta;

    Scalar s;

};

CV_EXPORTS MatExpr operator + (const Mat& a, const Mat& b);

CV_EXPORTS MatExpr operator + (const Mat& a, const Scalar& s);

CV_EXPORTS MatExpr operator + (const Scalar& s, const Mat& a);

CV_EXPORTS MatExpr operator + (const MatExpr& e, const Mat& m);

CV_EXPORTS MatExpr operator + (const Mat& m, const MatExpr& e);

CV_EXPORTS MatExpr operator + (const MatExpr& e, const Scalar& s);

CV_EXPORTS MatExpr operator + (const Scalar& s, const MatExpr& e);

CV_EXPORTS MatExpr operator + (const MatExpr& e1, const MatExpr& e2);

CV_EXPORTS MatExpr operator - (const Mat& a, const Mat& b);

CV_EXPORTS MatExpr operator - (const Mat& a, const Scalar& s);

CV_EXPORTS MatExpr operator - (const Scalar& s, const Mat& a);

CV_EXPORTS MatExpr operator - (const MatExpr& e, const Mat& m);

CV_EXPORTS MatExpr operator - (const Mat& m, const MatExpr& e);

CV_EXPORTS MatExpr operator - (const MatExpr& e, const Scalar& s);

CV_EXPORTS MatExpr operator - (const Scalar& s, const MatExpr& e);

CV_EXPORTS MatExpr operator - (const MatExpr& e1, const MatExpr& e2);

CV_EXPORTS MatExpr operator - (const Mat& m);

CV_EXPORTS MatExpr operator - (const MatExpr& e);

CV_EXPORTS MatExpr operator * (const Mat& a, const Mat& b);

CV_EXPORTS MatExpr operator * (const Mat& a, double s);

CV_EXPORTS MatExpr operator * (double s, const Mat& a);

CV_EXPORTS MatExpr operator * (const MatExpr& e, const Mat& m);

CV_EXPORTS MatExpr operator * (const Mat& m, const MatExpr& e);

CV_EXPORTS MatExpr operator * (const MatExpr& e, double s);

CV_EXPORTS MatExpr operator * (double s, const MatExpr& e);

CV_EXPORTS MatExpr operator * (const MatExpr& e1, const MatExpr& e2);

CV_EXPORTS MatExpr operator / (const Mat& a, const Mat& b);

CV_EXPORTS MatExpr operator / (const Mat& a, double s);

CV_EXPORTS MatExpr operator / (double s, const Mat& a);

CV_EXPORTS MatExpr operator / (const MatExpr& e, const Mat& m);

CV_EXPORTS MatExpr operator / (const Mat& m, const MatExpr& e);

CV_EXPORTS MatExpr operator / (const MatExpr& e, double s);

CV_EXPORTS MatExpr operator / (double s, const MatExpr& e);

CV_EXPORTS MatExpr operator / (const MatExpr& e1, const MatExpr& e2);

CV_EXPORTS MatExpr operator < (const Mat& a, const Mat& b);

CV_EXPORTS MatExpr operator < (const Mat& a, double s);

CV_EXPORTS MatExpr operator < (double s, const Mat& a);

CV_EXPORTS MatExpr operator <= (const Mat& a, const Mat& b);

CV_EXPORTS MatExpr operator <= (const Mat& a, double s);

CV_EXPORTS MatExpr operator <= (double s, const Mat& a);

CV_EXPORTS MatExpr operator == (const Mat& a, const Mat& b);

CV_EXPORTS MatExpr operator == (const Mat& a, double s);

CV_EXPORTS MatExpr operator == (double s, const Mat& a);

CV_EXPORTS MatExpr operator != (const Mat& a, const Mat& b);

CV_EXPORTS MatExpr operator != (const Mat& a, double s);

CV_EXPORTS MatExpr operator != (double s, const Mat& a);

CV_EXPORTS MatExpr operator >= (const Mat& a, const Mat& b);

CV_EXPORTS MatExpr operator >= (const Mat& a, double s);

CV_EXPORTS MatExpr operator >= (double s, const Mat& a);

CV_EXPORTS MatExpr operator > (const Mat& a, const Mat& b);

CV_EXPORTS MatExpr operator > (const Mat& a, double s);

CV_EXPORTS MatExpr operator > (double s, const Mat& a);

CV_EXPORTS MatExpr operator & (const Mat& a, const Mat& b);

CV_EXPORTS MatExpr operator & (const Mat& a, const Scalar& s);

CV_EXPORTS MatExpr operator & (const Scalar& s, const Mat& a);

CV_EXPORTS MatExpr operator | (const Mat& a, const Mat& b);

CV_EXPORTS MatExpr operator | (const Mat& a, const Scalar& s);

CV_EXPORTS MatExpr operator | (const Scalar& s, const Mat& a);

CV_EXPORTS MatExpr operator ^ (const Mat& a, const Mat& b);

CV_EXPORTS MatExpr operator ^ (const Mat& a, const Scalar& s);

CV_EXPORTS MatExpr operator ^ (const Scalar& s, const Mat& a);

CV_EXPORTS MatExpr operator ~(const Mat& m);

CV_EXPORTS MatExpr min(const Mat& a, const Mat& b);

CV_EXPORTS MatExpr min(const Mat& a, double s);

CV_EXPORTS MatExpr min(double s, const Mat& a);

CV_EXPORTS MatExpr max(const Mat& a, const Mat& b);

CV_EXPORTS MatExpr max(const Mat& a, double s);

CV_EXPORTS MatExpr max(double s, const Mat& a);

CV_EXPORTS MatExpr abs(const Mat& m);

CV_EXPORTS MatExpr abs(const MatExpr& e);

} // cv

MatExpr::MatExpr(const Mat& m) : op(&g_MatOp_Identity), flags(), a(m), b(Mat()), c(Mat()), alpha(), beta(), s(Scalar())

{
　　//默认使用的是g_MatOp_Identity

}

MatExpr MatExpr::diag(int d) const

{

    MatExpr e;

    op->diag(*this, d, e);

    return e;

}

MatExpr MatExpr::t() const

{

    MatExpr e;

    op->transpose(*this, e);

    return e;

}

MatExpr operator + (const Mat& a, const Mat& b)

{

    MatExpr e;

    MatOp_AddEx::makeExpr(e, a, b, , );

    return e;

}

class MatOp_AddEx : public MatOp

{

public:

    MatOp_AddEx() {}

    virtual ~MatOp_AddEx() {}

    bool elementWise(const MatExpr& /*expr*/) const { return true; }

    void assign(const MatExpr& expr, Mat& m, int type=-) const;

    void add(const MatExpr& e1, const Scalar& s, MatExpr& res) const;

    void subtract(const Scalar& s, const MatExpr& expr, MatExpr& res) const;

    void multiply(const MatExpr& e1, double s, MatExpr& res) const;

    void divide(double s, const MatExpr& e, MatExpr& res) const;

    void transpose(const MatExpr& e1, MatExpr& res) const;

    void abs(const MatExpr& expr, MatExpr& res) const;

    static void makeExpr(MatExpr& res, const Mat& a, const Mat& b, double alpha, double beta, const Scalar& s=Scalar());

};

static MatOp_AddEx g_MatOp_AddEx;
inline void MatOp_AddEx::makeExpr(MatExpr& res, const Mat& a, const Mat& b, double alpha, double beta, const Scalar& s)
{
    res = MatExpr(&g_MatOp_AddEx, 0, a, b, Mat(), alpha, beta, s);
}

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