一、引子

有个CSDN粉丝博友“CP猫”前2天和我联系，说他也在研究CLAHE算法，遇到了OpenCV Mat对象的step属性访问的问题，问为啥一个象step这样的数组可以强制转为为一个整数输出，且输出值为数组的第一个元素，为此他昨天还专门写了篇博文《为什么OpenCV图像Mat矩阵的step属性能转换为整数输出？》。正好这近两个月来我一直断断续续的在研究CLAHE算法，在初始阶段恰好也有他这样的疑问，后来通过深入分析代码终于理解了，结合CP猫博主的疑问，老猿就此深入分析一下。

二、关于step属性的含义

在CP猫博友的文章《为什么OpenCV图像Mat矩阵的step属性能转换为整数输出？》介绍了一下step属性，原文是这么介绍的：“step是个数组，用于存储每一维元素的大小（单位字节），如step[0]就是一维元素的个数，具体到图像来说，step[0]就是图像每行像素占用的字节数，step[1]就是每列像素占用的字节数”。

以上说法不全对，其中有几个说法有问题：

1. step不是一个数组，而是一个结构化的类型，提供了通过类似数组下标方式访问的方法，在访问上可以姑且认为是个数组。这个方法挺有用，随后详细介绍，大家可以好好品味一下；
2. step中通过下标能访问的数据如果认为是一个数组，这个数组的每个元素并不是存储每一维元素的大小，step[1]更不是每列像素占用的字节数。

怎么解释step的含义呢？在此老猿引用csdn d_a_r_k博友转载的博文
《Mat中step的含义》的介绍，之所以不引用原文是因为 d_a_r_k博友转载博文给出的原文链接已经不可访问。

step这里指出的是图像在各个梯级上的字节数大小，而这里的梯级指的是构成图像的各层次。

以三维的Mat数据布局为例:

三维图像由一个一个平面（第一级）构成，每一个平面由一行一行（第二级）像素构成，每行由一个一个像素点（第三级）构成。因此三维图像中step[0]是面占用空间的大小，step[1]是行占用空间的大小，step[2]是像素点占用空间的大小。

同理：二维图像由一行一行（第一级）构成，而每一行又由一个一个点（第二级）构成。step[0]是行占用空间的大小，step[1]是像素点占用空间的大小。

因此Mat中的step[0]就是每个图像构成要素的第一级在内存中占据的字节数量。例如，二维图像中step[0]就是每一行（第一级）在矩阵内存中，占据的字节的数量。也就是说step[i]就是第i+1级在矩阵内存中占据的字节的数量。

所以在CP猫博友的文章《为什么OpenCV图像Mat矩阵的step属性能转换为整数输出？》的代码案例中，输出信息为：

图像的分辨率为:1023×681
step =28FC40,stepCast =3069,step[0]=3069,step[1]=3

三、为什么step对象可以转换成整型呢？

弄清楚了step的含义，我们来分析CP猫博友的问题。要弄清楚这个问题，必须阅读OpenCV相关的源码。

3.1、MatStep相关源代码

Mat对象的step属性实际上是一个MatStep对象，MatStep的定义在源码的build\include\opencv2\core\Mat.hpp文件下，具体定义如下：

struct CV_EXPORTS MatStep
{
    MatStep();
    explicit MatStep(size_t s);
    const size_t& operator[](int i) const;
    size_t& operator[](int i);
    operator size_t() const;
    MatStep& operator = (size_t s);

    size_t* p;
    size_t buf[2];
protected:
    MatStep& operator = (const MatStep&);
};

其相关实现代码在build\include\opencv2\core\Mat.inl.hpp内，具体代码如下：

/ MatStep 

inline
MatStep::MatStep()
{
    p = buf; p[0] = p[1] = 0;
}

inline
MatStep::MatStep(size_t s)
{
    p = buf; p[0] = s; p[1] = 0;
}

inline
const size_t& MatStep::operator[](int i) const
{
    return p[i];
}

inline
size_t& MatStep::operator[](int i)
{
    return p[i];
}

inline MatStep::operator size_t() const
{
    CV_DbgAssert( p == buf );
    return buf[0];
}

inline MatStep& MatStep::operator = (size_t s)
{
    CV_DbgAssert( p == buf );
    buf[0] = s;
    return *this;
}

扯一下，说实话，这代码看懂容易，但看了这C++代码让老猿觉得自己真low了，第一次知道结构可以象类一样的定义属性，也可以这样定义访问方法。

3.2、源代码分析

针对CP猫博友的问题，我们来看几个关键的源代码：

1. MatStep的两个operator[]方法，这个是决定了MatStep对象可以下标访问的实现方法，就是重载下标访问符号"[]"；
2. MatStep的数据实际上就是放在类型为size_t大小为2的buf缓冲区中，因此它实际上是只能支持二维图像的处理；
3. 类型转换没那么直观，实际上是通过重载operator size_t()重载size_t来访问的，size_t实际上vc定义的标准数据类型，其类型实际上就是无符号整型。具体定义如下：

#ifdef _WIN64
    typedef unsigned __int64 size_t;
 #else
    typedef unsigned int     size_t;
 endif

因此CP猫博友在将step使用 static_cast<int>(img.step)转换成int型时，实际上就调用了重载的size_t（）操作符，因此返回了缓冲区的第一个元素。

备注：这个地方老猿没有细研究为什么int强制类型转换会触发size_t()操作，按理是触发int()操作，虽然size_t与int是有关系，但关系没有这么直接，但个人觉得不重要，就不进一步研究了。

三、小结

本文详细介绍了OpenCV Mat对象step属性含义，并基于OpenCV关于MatStep类型的源代码对step数据的访问机制进行了深入分析，从而解答了博友关于数组为什么强制类型转换会变为一个返回数组第一个元素的问题。

文章中列举的这样简单紧凑的源码，实现了数据的简捷高效访问，看了之后是否深受启发？

更多图像处理的内容请参考专栏《https://blog.csdn.net/laoyuanpython/category_9979286.html OpenCV-Python图形图像处理 》、《https://blog.csdn.net/laoyuanpython/category_10581071.html OpenCV-Python初学者疑难问题集》及《图像处理基础知识》的介绍。

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本文研究Simulink生成代码时的step函数的名称和参数。

1 问题引入

在之前的一篇博客《Simulink代码生成：Simulink Function子系统及其代码》中，博主为了满足生成带有非空参数的函数这个需求，使用了Simulink Function子系统，基本上解决了问题。

但是这样的方案将Simulink Function子系统作为顶层模型，完全不符合一般的建模方式。通过更多的研究后，发现保持以前的建模方案，也可以通过配置生成特定接口的Step函数。本文就将这个方法记录下来。

2 配置过程

本节简单演示一下Step函数接口配置的方法。

1）建立一个简单的Simulink模型，包含一个输入接口、一个输出接口、一个Gain模块；

2）配置Embedded Coder的离散求解器和目标文件，参考《Simulink代码生成： Embedded Coder配置》一文，不再赘述；

3）打开配置：Model Configuration Parameters – Code Generation – Interface – Config Model Functions；

4）在弹出的窗口中自定义 C Initialize Function Name 为 User_Initialize_Function ，定义 C Step Function Name 为 User_Step_Function ，然后勾选下面的 Configure arguments for Step function prototype，表示为函数原型配置参数；

5）点击下面的 Get default 按钮，就会检测到模型中的输入输出port，并提示配置；默认配置是把In1配置成 Value（也可以选指针、常量等），把Out1配置成 Pointer，把返回值配置成 Void ；名字分别可以手动修改成Input和Output，然后点击OK就完成了；

3 代码生成

在第2章的配置后，Ctrl + B生成代码，打开C文件如下；

可以看到，Step函数和初始化函数都变成了配置的名字，并且Step函数中按照配置的要求，将Inport生成为传参的形式，将Outport生成为指针参数。

然后打开头文件也可以看到对应的函数声明，也是自定义的。

在第二章中，也可以将输出端口配置为函数的返回值，或者输入端配置成其他形式，后面会相应地生成代码。

4 总结

Step函数接口配置是一个比较细小的配置项，但是可以满足生成传参函数的需求。对于数组、结构体等接口，也可以通过配置dimensions和Bus类型来达到，与Simulink Function子系统的配置方法类似。

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• Debugger与Console

  PyCharm的调试有两种显示模式，Debugger和Console。

  

  Debugger处以列表形式，列出每个元素的内容；Console与直接Run输出类似。

• Step Over、Step Into…区别

  调试方式	快捷键	意义
  Step Over	F8	调试一行代码，不进入子函数；如果没有子函数，功能与Step Into一样
  Step Into	F7	单步执行，进入子函数
  Step Into My Code	Alt + Shift + F7	调试过程中想跟着代码一步步走下去，可以一只按F7(Step Into)，有时就会调到源代码里去执行，此时通过Step Into My Code可以让debug回到自己的代码并继续向下执行
  Force Step Into	Alt + Shift + F7	强制进入，在调试的时候能进入任何地方
  Step Out	Shift + F8	运行断点后面所有代码； 当单步执行到子函数内时，用step out就可以执行完子函数余下部分，并返回到上一层函数
  Run to Cursor	Alt + F9	一直执行，直到光标处停止； 用在循环内部时，点击一次就执行一个循环

• 从当前断点直接跳到下一个断点

  上述描述都是基于单步调试，如果两个断点之间比较远，一步步执行过去比较费时，此时可以采用Run--> Resume Program直接跳到下一个端点。

  

• References

1. 官方教程 PyCharm Debugging

2. yjinyyzyq

3. polyhedronx