体验C++极简推理Demo

Linux Windows X86 C++ 全流程 推理应用 数据准备 初级

MindSpore已经统一了端边云推理API，如您想继续使用MindSpore Lite独立API进行端侧推理，可以参考此文档。

概述

本教程提供了MindSpore Lite执行推理的示例程序，通过随机输入、执行推理、打印推理结果的方式，演示了C++进行端侧推理的基本流程，用户能够快速了解MindSpore Lite执行推理相关API的使用。本教程通过随机生成的数据作为输入数据，执行MobileNetV2模型的推理，打印获得输出数据。相关代码放置在mindspore/lite/examples/quick_start_cpp目录。

使用MindSpore Lite执行推理主要包括以下步骤：

模型读取：从文件系统中读取由模型转换工具转换得到的.ms模型。
创建配置上下文：创建配置上下文Context，保存需要的一些基本配置参数，用于指导模型编译和模型执行。
模型创建、加载与编译：执行推理之前，需要调用Model的Build接口进行模型加载和模型编译，并将上一步得到的Context配置到Model中。模型加载阶段将文件缓存解析成运行时的模型。模型编译阶段主要进行算子选型调度、子图切分等过程，该阶段会耗费较多时间，所以建议Model创建一次，编译一次，多次推理。
输入数据：模型执行之前需要向输入Tensor中填充数据。
执行推理：使用Model的Predict接口进行模型推理。
获得输出：模型执行结束之后，可以通过输出Tensor得到推理结果。
释放内存：无需使用MindSpore Lite推理框架时，需要释放已创建的Model。

如需查看MindSpore Lite高级用法，请参考使用Runtime执行推理（C++）。

构建与运行

Linux X86

环境要求
- 系统环境：Linux x86_64，推荐使用Ubuntu 18.04.02LTS
- 编译依赖：
  - CMake >= 3.18.3
  - GCC >= 7.3.0
编译构建

在mindspore/lite/examples/quick_start_cpp目录下执行build脚本，将自动下载MindSpore Lite推理框架库以及文模型文件并编译Demo。
```
bash build.sh
```
若使用该build脚本下载MindSpore Lite推理框架失败，请手动下载硬件平台为CPU、操作系统为Ubuntu-x64的MindSpore Lite 模型推理框架mindspore-lite-{version}-linux-x64.tar.gz，将解压后runtime/lib目录下的libmindspore-lite.so文件拷贝到mindspore/lite/examples/quick_start_cpp/lib目录、runtime/include目录里的文件拷贝到mindspore/lite/examples/quick_start_cpp/include目录下。

若MobileNetV2模型下载失败，请手动下载相关模型文件mobilenetv2.ms，并将其拷贝到mindspore/lite/examples/quick_start_cpp/model目录。

通过手动下载并且将文件放到指定位置后，需要再次执行build.sh脚本才能完成编译构建。

执行推理

编译构建后，进入mindspore/lite/examples/quick_start_cpp/build目录，并执行以下命令，体验MindSpore Lite推理MobileNetV2模型。

./mindspore_quick_start_cpp ../model/mobilenetv2.ms

执行完成后将能得到如下结果，打印输出Tensor的名称、输出Tensor的大小，输出Tensor的数量以及前50个数据：

tensor name is:Softmax-65 tensor size is:4004 tensor elements num is:1001
output data is:1.74225e-05 1.15919e-05 2.02728e-05 0.000106485 0.000124295 0.00140576 0.000185107 0.000762011 1.50996e-05 5.91942e-06 6.61469e-06 3.72883e-06 4.30761e-06 2.38897e-06 1.5163e-05 0.000192663 1.03767e-05 1.31953e-05 6.69638e-06 3.17411e-05 4.00895e-06 9.9641e-06 3.85127e-06 6.25101e-06 9.08853e-06 1.25043e-05 1.71761e-05 4.92751e-06 2.87637e-05 7.46446e-06 1.39375e-05 2.18824e-05 1.08861e-05 2.5007e-06 3.49876e-05 0.000384547 5.70778e-06 1.28909e-05 1.11038e-05 3.53906e-06 5.478e-06 9.76608e-06 5.32172e-06 1.10386e-05 5.35474e-06 1.35796e-05 7.12652e-06 3.10017e-05 4.34154e-06 7.89482e-05 1.79441e-05

Windows

环境要求
- 系统环境：Windows 7，Windows 10；64位。
- 编译依赖：
  - CMake >= 3.18.3
  - MinGW GCC = 7.3.0
编译构建
- 库下载：请手动下载硬件平台为CPU、操作系统为Windows-x64的MindSpore Lite模型推理框架mindspore-lite-{version}-win-x64.zip，将解压后runtime/lib目录下的所有文件拷贝到mindspore/lite/examples/quick_start_cpp/lib工程目录、runtime/include目录里的文件拷贝到mindspore/lite/examples/quick_start_cpp/include工程目录下。（注意：工程项目下的lib、include目录需手工创建）
- 模型下载：请手动下载相关模型文件mobilenetv2.ms，并将其拷贝到mindspore/lite/examples/quick_start_cpp/model目录。
- 编译：在mindspore/lite/examples/quick_start_cpp目录下执行build脚本，将能够自动下载相关文件并编译Demo。
```
call build.bat
```

执行推理

编译构建后，进入mindspore/lite/examples/quick_start_cpp/build目录，并执行以下命令，体验MindSpore Lite推理MobileNetV2模型。

set PATH=../lib;%PATH%
call mindspore_quick_start_cpp.exe ../model/mobilenetv2.ms

执行完成后将能得到如下结果，打印输出Tensor的名称、输出Tensor的大小，输出Tensor的数量以及前50个数据：

tensor name is:Softmax-65 tensor size is:4004 tensor elements num is:1001
output data is:1.74225e-05 1.15919e-05 2.02728e-05 0.000106485 0.000124295 0.00140576 0.000185107 0.000762011 1.50996e-05 5.91942e-06 6.61469e-06 3.72883e-06 4.30761e-06 2.38897e-06 1.5163e-05 0.000192663 1.03767e-05 1.31953e-05 6.69638e-06 3.17411e-05 4.00895e-06 9.9641e-06 3.85127e-06 6.25101e-06 9.08853e-06 1.25043e-05 1.71761e-05 4.92751e-06 2.87637e-05 7.46446e-06 1.39375e-05 2.18824e-05 1.08861e-05 2.5007e-06 3.49876e-05 0.000384547 5.70778e-06 1.28909e-05 1.11038e-05 3.53906e-06 5.478e-06 9.76608e-06 5.32172e-06 1.10386e-05 5.35474e-06 1.35796e-05 7.12652e-06 3.10017e-05 4.34154e-06 7.89482e-05 1.79441e-05

配置CMake

以下是通过CMake集成libmindspore-lite.a静态库时的示例代码。

集成libmindspore-lite.a静态库时需要将-Wl,--whole-archive的选项传递给链接器。

由于在编译MindSpore Lite的时候增加了-fstack-protector-strong栈保护的编译选项，所以在Windows平台上还需要链接MinGW中的ssp库。

由于在编译MindSpore Lite的时候增加了对so库文件处理的支持，所以在Linux平台上还需要链接dl库。

cmake_minimum_required(VERSION 3.18.3)
project(QuickStartCpp)

if(CMAKE_CXX_COMPILER_ID STREQUAL "GNU" AND CMAKE_CXX_COMPILER_VERSION VERSION_LESS 7.3.0)
    message(FATAL_ERROR "GCC version ${CMAKE_CXX_COMPILER_VERSION} must not be less than 7.3.0")
endif()

# Add directory to include search path
include_directories(${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR})

# Add directory to linker search path
link_directories(${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/lib)

file(GLOB_RECURSE QUICK_START_CXX ${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/*.cc)
add_executable(mindspore_quick_start_cpp ${QUICK_START_CXX})

target_link_libraries(
        mindspore_quick_start_cpp
        -Wl,--whole-archive mindspore-lite -Wl,--no-whole-archive
        pthread
)

# Due to the increased compilation options for stack protection,
# it is necessary to target link ssp library when Use the static library in Windows.
if(WIN32)
    target_link_libraries(
            mindspore_quick_start_cpp
            ssp
    )
else()
    target_link_libraries(
            mindspore_quick_start_cpp
            dl
    )
endif()

模型读取

模型读取需要从文件系统中读取MindSpore Lite模型，存放在内存缓冲区。

// Read model file.
size_t size = 0;
char *model_buf = ReadFile(model_path.c_str(), &size);
if (model_buf == nullptr) {
  std::cerr << "Read model file failed." << std::endl;
  return -1;
}

创建配置上下文

// Create and init context, add CPU device info
auto context = std::make_shared<mindspore::Context>();
if (context == nullptr) {
  std::cerr << "New context failed." << std::endl;
  return -1;
}
auto &device_list = context->MutableDeviceInfo();
auto device_info = std::make_shared<mindspore::CPUDeviceInfo>();
if (device_info == nullptr) {
  std::cerr << "New CPUDeviceInfo failed." << std::endl;
  return -1;
}
device_list.push_back(device_info);

模型创建加载与编译

模型加载与编译可以调用Model的复合Build接口，直接从文件缓存加载、编译得到运行时的模型。

// Create model
auto model = new (std::nothrow) mindspore::Model();
if (model == nullptr) {
  std::cerr << "New Model failed." << std::endl;
  return -1;
}
// Build model
auto build_ret = model->Build(model_buf, size, mindspore::kMindIR, context);
delete[](model_buf);
if (build_ret != mindspore::kSuccess) {
  std::cerr << "Build model error " << build_ret << std::endl;
  return -1;
}

也可以分别调用Serialization的Load接口去加载模型得到Graph，调用Model的Build去构建模型。

// Load graph.
mindspore::Graph graph;
auto load_ret = mindspore::Serialization::Load(model_buf, size, mindspore::kMindIR, &graph);
delete[](model_buf);
if (load_ret != mindspore::kSuccess) {
  std::cerr << "Load graph file failed." << std::endl;
  return -1;
}

// Create model
auto model = new (std::nothrow) mindspore::Model();
if (model == nullptr) {
  std::cerr << "New Model failed." << std::endl;
  return -1;
}
// Build model
mindspore::GraphCell graph_cell(graph);
auto build_ret = model->Build(graph_cell, context);
if (build_ret != mindspore::kSuccess) {
  delete model;
  std::cerr << "Build model error " << build_ret << std::endl;
  return -1;
}

模型推理

模型推理主要包括输入数据、执行推理、获得输出等步骤，其中本示例中的输入数据是通过随机数据构造生成，最后将执行推理后的输出结果打印出来。

// Get Input
auto inputs = model->GetInputs();
// Generate random data as input data.
auto ret = GenerateInputDataWithRandom(inputs);
if (ret != mindspore::kSuccess) {
  delete model;
  std::cerr << "Generate Random Input Data failed." << std::endl;
  return -1;
}
// Get Output
auto outputs = model->GetOutputs();

// Model Predict
auto predict_ret = model->Predict(inputs, &outputs);
if (predict_ret != mindspore::kSuccess) {
  delete model;
  std::cerr << "Predict model error " << predict_ret << std::endl;
  return -1;
}

// Print Output Tensor Data.
for (auto tensor : outputs) {
  std::cout << "tensor name is:" << tensor.Name() << " tensor size is:" << tensor.DataSize()
            << " tensor elements num is:" << tensor.ElementNum() << std::endl;
  auto out_data = reinterpret_cast<const float *>(tensor.Data().get());
  std::cout << "output data is:";
  for (int i = 0; i < tensor.ElementNum() && i <= 50; i++) {
    std::cout << out_data[i] << " ";
  }
  std::cout << std::endl;
}

内存释放

无需使用MindSpore Lite推理框架时，需要释放已经创建的Model。

// Delete model.
delete model;