MATLAB編程與應(yīng)用系列-第16章 外部接口技術(shù)（5）

本章教程共分為7篇進(jìn)行闡述：
MATLAB編程與應(yīng)用系列-第16章 外部接口技術(shù)（1）
MATLAB編程與應(yīng)用系列-第16章 外部接口技術(shù)（2）
MATLAB編程與應(yīng)用系列-第16章 外部接口技術(shù)（3）
MATLAB編程與應(yīng)用系列-第16章 外部接口技術(shù)（4）
MATLAB編程與應(yīng)用系列-第16章 外部接口技術(shù)（5）
MATLAB編程與應(yīng)用系列-第16章 外部接口技術(shù)（6）
MATLAB編程與應(yīng)用系列-第16章 外部接口技術(shù)（7）

本系列教程來源于出版書籍《基于MATLAB編程基礎(chǔ)與典型應(yīng)用書籍》，如涉及版權(quán)問題，請(qǐng)聯(lián)系：156204968@qq.com。 出版社：人民郵電出版社， 頁(yè)數(shù)：525。

本系列教程目前基于MATLABR2006a，可能對(duì)于更高級(jí)版本的功能和函數(shù)有差異，教程中如有問題，請(qǐng)聯(lián)系：156204968@qq.com

16.5 Visual C++與MATLAB接口

MATLAB開發(fā)環(huán)境提供了豐富的應(yīng)用程序接口(API)庫(kù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)C，C++與MATLAB的混合編程，通過mex, mbuild, mcc編譯命令可以實(shí)現(xiàn)把M文件編譯成Visual C++環(huán)境下直接調(diào)用的C/C++文件，或者把C文件編譯成在MATLAB開發(fā)環(huán)境中直接調(diào)用的可執(zhí)行文件。在Visual C++中實(shí)現(xiàn)和MATLAB開發(fā)環(huán)境的接口主要有以下幾種方法：

  • 在Visual C++中使用MATLAB引擎，調(diào)用應(yīng)用程序接口(API)中的Engine函數(shù)庫(kù)，調(diào)用MATLAB函數(shù)，但是該方法在編譯成功后，會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)MATLAB開發(fā)環(huán)境，在16.4節(jié)MATLAB引擎技術(shù)一節(jié)中有詳細(xì)介紹；

  • 在Visual C++中直接調(diào)用MATLAB語(yǔ)言C, C++數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)(Math Library)，通過mex和mbuild命令配置MATLAB語(yǔ)言C/C++開發(fā)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)Visual C++和MATLAB的接口，編譯形成獨(dú)立與MATLAB環(huán)境的可執(zhí)行.exe文件；

  • 使用C/C++語(yǔ)言編寫MEX文件，在MATLAB中通過MEX命令編譯成MATLAB可以直接運(yùn)行的文件，以實(shí)現(xiàn)Visual C++與MATLAB的接口，在16.2節(jié)MEX文件介紹中，已經(jīng)作了詳細(xì)的探討。

  • 使用MathTools公司開發(fā)的MATCOM可視化界面，將MATLAB文件編譯成Visual C++可以直接執(zhí)行的C++文件，生成的C++文件可以同時(shí)兼顧MATLAB開發(fā)環(huán)境強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算功能和C++語(yǔ)言運(yùn)行速度快兩方面的優(yōu)點(diǎn)。使用Visual MATCOM Add-in插件，在Visual C++環(huán)境中直接編譯運(yùn)行M文件。

  • 使用COM（(Component Object Model)組件可以實(shí)現(xiàn)MATLAB與Visual C++的接口。 通過MATLAB COM Builder可以把MATLAB開發(fā)的M文件，MEX文件等做成組件，使之成為獨(dú)立的COM對(duì)象，可以被其他支持COM語(yǔ)言的開發(fā)環(huán)境所使用，如Visual C++，Visual Basic，JAVA，Microsoft EXCEL等。

本節(jié)主要介紹通過配置Visual C++編譯環(huán)境，編譯運(yùn)行MEX文件，MAT文件，調(diào)用MATLAB C++數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)，在Visual C++中使用MATLAB引擎，基于MATCOM實(shí)現(xiàn)Visual C++通MATLAB的接口，利用MATLAB COM Builder可視化界面實(shí)現(xiàn)Visual C++和MATLAB的接口。主要內(nèi)容包括：

  • Visual C++中使用MATLAB引擎

  • Visual C++中使用MATLAB語(yǔ)言數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)

  • Visual C++中創(chuàng)建MAT文件

  • 基于MATCOM實(shí)現(xiàn)Visual C++與MATLAB接口

  • 使用COM組件實(shí)現(xiàn)Visual C++和MATLAB接口

16.5.1 Visual C++中使用MATLAB引擎

在16.4節(jié)MATLAB引擎技術(shù)一節(jié)中，詳細(xì)介紹了在Visual C++環(huán)境下調(diào)用MATLAB引擎的環(huán)境配置和實(shí)例演示，利用MATLAB應(yīng)用程序接口(API)函數(shù)庫(kù)的Engine函數(shù)庫(kù)可以直接調(diào)用MATLAB開發(fā)環(huán)境函數(shù)，一方面可以保持C++代碼的運(yùn)行效率，同時(shí)可以使用MATLAB豐富的數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)函數(shù)，各種工程領(lǐng)域工具箱函數(shù)等。但是使用MATLAB引擎技術(shù)，生成的應(yīng)用程序無法獨(dú)立與MATLAB平臺(tái)運(yùn)行，通過這種方式進(jìn)行MATLAB函數(shù)調(diào)用，必須要求系統(tǒng)安裝MATLAB安裝程序，這給應(yīng)用程序的移植和推廣帶來難度。以下介紹的一些Visual C++與MATLAB接口技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)將MATLAB函數(shù)編譯成.exe文件，動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件DLL文件或者編譯成COM組件，可以獨(dú)立與MATLAB開發(fā)平臺(tái)運(yùn)行。

16.5.2 Visual C++中使用MATLAB語(yǔ)言C，C++數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)

MATLAB開發(fā)環(huán)境的C，C++數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)以mwArray結(jié)構(gòu)體為數(shù)據(jù)核心，使用mcc命令將M文件轉(zhuǎn)換成的C/C++文件可以直接在Viusal C++開發(fā)環(huán)境中使用，但是編譯后的C，C++文件一般程序冗長(zhǎng)，代碼可讀性較差。在熟練掌握C, C++數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，讀者可以使用mwArray結(jié)構(gòu)體自行編寫基于應(yīng)用程序接口(API)函數(shù)庫(kù)C, C++數(shù)學(xué)庫(kù)的C/C++文件，可以極大優(yōu)化程序代碼，減少程序代碼存儲(chǔ)空間，提高程序代碼的執(zhí)行效率和執(zhí)行速度。在下文的講述中，將通過一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)例來演示如何利用mcc命令創(chuàng)建獨(dú)立與MATLAB平臺(tái)運(yùn)行的exe文件。

首先使用MATLAB的M語(yǔ)言建立用戶所需要的特定功能M 文件，在這里，為了簡(jiǎn)單而言，建立一個(gè)實(shí)現(xiàn)魔方陣功能的M文件magicCreat.m。

function y = magicCreat(n)
y = magic(n)

然后從%matlabroot%\ extern\examples\compiler (%matlabroot%為讀者計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中MATLAB的安裝路徑，本文中為C:\Program Files\MATLAB\R2006a\extern\examples\compiler)路徑下拷貝main_for_lib.c和main_for_lib.h.到當(dāng)前的工作路徑下，以便mcc編譯命令調(diào)用。然后創(chuàng)建調(diào)用magicCreat.m文件的C語(yǔ)言程序如下：

#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include "libPkg.h" //編譯建立的庫(kù)頭文件
main( int argc, char **argv )
{
    mxArray *N;        /* 輸入變量矩陣指針 */
    mxArray *R = NULL; /* 結(jié)果矩陣指針 */
    int  n; //默認(rèn)的M文件輸入變量數(shù)值
    /* 獲取命令行參數(shù)，如果命令行輸入小于2，則輸入?yún)?shù)默認(rèn)為5 */
    if (argc >= 2) {
        n = atoi(argv[1]);
    } else {
        n = 5;
    }
    //初始化MCR和libPkg函數(shù)庫(kù)
    mclInitializeApplication(NULL,0);
    libPkgInitialize(); 
    /* 得到輸入?yún)⒘康臄?shù)值 */
    N = mxCreateDoubleScalar(n); 
    /*調(diào)用magicCreat.m編譯后的文件mlfMagicCreat*/
    mlfMagicCreat(1, &R, N);  
    /* 釋放內(nèi)存空間*/
    mxDestroyArray(N);
    mxDestroyArray(R);
    //結(jié)束libPkg庫(kù)和MCR
    libPkgTerminate(); 
    mclTerminateApplication();
}

其中l(wèi)ibPkg.h為mcc命令編譯后的庫(kù)文件，該文件結(jié)構(gòu)清晰，首先程序代碼包含相關(guān)必要的頭文件和libPkg.h文件，主程序入口，變量的定義，然后初始化MCR和libPkg函數(shù)庫(kù)，調(diào)用magicCreat.m編譯后的文件mlfMagicCreat，調(diào)用結(jié)果用矩陣R存儲(chǔ)，最后釋放內(nèi)存空間，并結(jié)束libPkg庫(kù)和MCR。在程序結(jié)束之前及時(shí)地釋放內(nèi)存空間是一個(gè)很好的編程習(xí)慣。將該程序存儲(chǔ)為magicCreatCFile.c，接下來使用mcc命令編譯該文件，在MATLAB命令行窗口中輸入：

mcc -W lib:libPkg -T link:exe magicCreat  magicCreatCFile.c main_for_lib.c

經(jīng)過mcc命令編譯后，可以發(fā)現(xiàn)在當(dāng)前路徑下，出現(xiàn)一個(gè)magicCreat.exe文件，為一個(gè)可執(zhí)行程序文件，在MATLAB命令行窗口輸入：

>> !magicCreat
Extracting CTF archive. This may take a few seconds, depending on the 
 size of your application. Please wait... 
...CTF archive extraction complete.
y = 
 
    17    24     1     8    15 
    23     5     7    14    16 
     4     6    13    20    22 
    10    12    19    21     3 
    11    18    25     2     9

程序正常運(yùn)行，由于命令行輸入變量個(gè)數(shù)小于2，因此M文件輸入?yún)?shù)默認(rèn)值為5，程序產(chǎn)生一個(gè)5階的魔方陣，如果需要輸入第2個(gè)輸入?yún)?shù)，則可以按照以下方式在MATLAB命令行窗口中輸入：

>> !magicCreat 3        %創(chuàng)建一個(gè)3階的魔方陣
 
y = 
 
     8     1     6 
     3     5     7 
     4     9     2

16.5.3 Visual C++中創(chuàng)建MAT文件

在16.3節(jié)MAT數(shù)據(jù)文件一節(jié)中，介紹了MAT數(shù)據(jù)文件的基本概念，如何編寫MEX文件寫入和讀出MAT數(shù)據(jù)文件。在Visual C++開發(fā)環(huán)境中，同樣可以利用API函數(shù)庫(kù)的MAT函數(shù)庫(kù)，寫入和讀出MAT數(shù)據(jù)文件。通過這種數(shù)據(jù)文件的讀寫，可以有效地實(shí)現(xiàn)Visual C++環(huán)境同MATLAB開發(fā)環(huán)境的數(shù)據(jù)通信接口。

以下matCreatCDemo.c文件為在Visual C++環(huán)境下實(shí)現(xiàn)MAT數(shù)據(jù)文件的讀寫操作，程序代碼如下：

/*
 *  matCreatCDemo.c
*/
#include <stdio.h>  
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include "mat.h"
int main()
{
    //MATFile文件定義，mxArray變量定義
    const char *filename = "MatDemo.mat";
    MATFile *file;
    int flag1,flag2,flag3;
    mxArray *pString, *pArray1, *pArray2;
   // 初始數(shù)據(jù)定義
    double a1[] = {0.0,1.0,2.0,3.0,4.0,5.0,6.0,7.0,8.0};
    double a2[] = {9.0, 4.0,5.4,6.4,3.2,1.5};
    // 創(chuàng)建MAT文件
    printf("Creating file %s...\n\n",filename);
    file = matOpen(filename,"w");
    if ( file == NULL )
    {
        printf("ERROR: Can not create file %s\n", filename);
        return(EXIT_FAILURE);
    }
    // 創(chuàng)建字符串mxArray數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變量
    pString = mxCreateString("This is the MAT demo in C lanuage! Enojy it~!");
    if (pString == NULL)
    {
        printf("ERROR: Unable to create string!");
        return(EXIT_FAILURE);
    }
    //創(chuàng)建矩陣mxArray數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變量
    pArray1 = mxCreateDoubleMatrix(3,3,mxREAL);
    pArray2 = mxCreateDoubleMatrix(2,3,mxREAL);
    if( (pArray1 == NULL)||(pArray2 ==NULL) )
    {
        printf("Error: Cannot create the double matrix!");
        return(EXIT_FAILURE);
    }
    // 將初始數(shù)據(jù)拷貝給mxArray數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變量
    memcpy( (void *)(mxGetPr(pArray1)), (void *)a1, sizeof(a1));
    memcpy( (void *)(mxGetPr(pArray2)), (void *)a2, sizeof(a2));
    // 向MAT文件中寫入變量
    flag1 = matPutVariable(file, "variableString", pString);
    flag2 = matPutVariable(file, "variableDoubleMatrix1", pArray1);
    flag3 = matPutVariable(file, "variableDoubleMatrix2", pArray2);
    if(( flag1 != 0)||(flag2 != 0)||(flag3 != 0))
    {
        printf("Can not write variable into the file %s \n", filename);
        return(EXIT_FAILURE);
    }
    // 釋放內(nèi)存空間
    mxDestroyArray(pString);
    mxDestroyArray(pArray1);
    mxDestroyArray(pArray2);
    // 關(guān)閉MAT文件
    if(matClose(file) != 0)
    {
        printf("ERROR: Can not close %s file.\n",filename);
        return(EXIT_FAILURE);
    }
  // 重新打開MAT文件
  file = matOpen(filename, "r");
  if (file == NULL) 
  {
    printf("ERROR: Can not open file %s\n", filename);
    return(EXIT_FAILURE);
  }
        //  讀取MAT文件的數(shù)據(jù)變量
  pArray1 = matGetVariable(file, "variableDoubleMatrix1");
  pArray2 = matGetVariable(file, "variableDoubleMatrix2");
  pString = matGetVariable(file, "variableString");
  if ( (pArray1 == NULL) || (pArray2 == NULL) ||(pString == NULL))
  {
    printf("ERROR: Can not reading variables from file %s\n",filename);
    return(EXIT_FAILURE);
  }
  // 釋放內(nèi)存空間
  mxDestroyArray(pArray1);
  mxDestroyArray(pArray2);
  mxDestroyArray(pString);
  // 關(guān)閉MAT文件
  if (matClose(file) != 0)
  {
    printf("ERROR: Can not close file %s\n",filename);
    return(EXIT_FAILURE);
  }
      
  printf("Complete!\n");
  return(EXIT_SUCCESS);
}

在Visual C++環(huán)境新建一個(gè)Win32 Consol Application工程，命名為MatCreatCDemo，Visual C++環(huán)境的設(shè)置參考16.4.1節(jié)的設(shè)置。輸入以上程序段后，編譯運(yùn)行，程序結(jié)果如圖16.7所示：

圖16.7.Visual C++環(huán)境下MAT文件運(yùn)行結(jié)果png

在MatCreatCDemo工程目錄下，可以看到新建立的MatDemo.mat文件，將工程目錄下的MatDemo.mat文件拷貝到MATLAB的工作路徑下，使用load命令可以查看MatDemo文件中的數(shù)據(jù)，在MATLAB命令行窗口中輸入：

>> load MatDemo
>> whos
  Name                        Size                    Bytes  Class

  variableDoubleMatrix1       3x3                        72  double array
  variableDoubleMatrix2       2x3                        48  double array (global)
  variableString              1x43                       86  char array

Grand total is 58 elements using 206 bytes

作者：德特?cái)?shù)據(jù)
聯(lián)系方式:156204968@qq.com

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