TAG:
|
Visual C++是当前主流的应用程序开发环境之一，开发环境强大，开发的程序执行速度快。但在科学计算方面函数库显得不够丰富、读取、显示数据图形不方便。Matlab是一款将数值分析、矩阵计算、信号处理和图形显示结合在一起，包含大量高度集成的函数可供调用，适合科学研究、工程设计等众多学科领域使用的一种简洁、高效的编程工具。不过由于Matlab使用的是解释性语言，大大限制了它的执行速度和应用场合。基于VC和Matlab混合编程是很多熟悉VC++编程而又需要进行科学计算、数据仿真的科研人员常用的一种方式，其中最简单也最直接的方法就是调用Matlab引擎。本文以下部分将详细介绍通过VC++6.0调用Matlab6.5引擎来达到VC++与Matlab数据共享编程的方法。 1. 什么是Matlab引擎 所谓Matlab引擎（engine），是指一组Matlab提供的接口函数，支持C/C++、Fortran等语言，通过这些接口函数，用户可以在其它编程环境中实现对Matlab的控制。可以主要功能有： ★ 打开/关闭一个Matlab对话； ★ 向Matlab环境发送命令字符串； ★ 从Matlab环境中读取数据； ★ 向Matlab环境中写入数据。 与其它各种接口相比，引擎所提供的Matlab功能支持是最全面的。通过引擎方式，应用程序会打开一个新的Matlab进程，可以控制它完成任何计算和绘图操作。对所有的数据结构提供100%的支持。同时，引擎方式打开的Matlab进程会在任务栏显示自己的图标，打开该窗口，可以观察主程序通过engine方式控制Matlab运行的流程，并可在其中输入任何Matlab命令。 实际上，通过引擎方式建立的对话，是将Matlab以ActiveX控件方式启动的。在Matlab初次安装时，会自动执行一次： matlab /regserver 将自己在系统的控件库中注册。如果因为特殊原因，无法打开Matlab引擎，可以在Dos命令提示符后执行上述命令，重新注册。 2. 配置编译器 要在VC中成功编译Matlab引擎程序，必须包含引擎头文件engine.h并引入Matlab对应的库文件libmx.lib、libmat.lib、libeng.lib。具体的说，打开一个工程后，做如下设置（以VC6为例）： 1) 通过菜单工程/选项，打开设置属性页，进入Directories页面，在目录下拉列表框中选择Include files，添加路径："C:\matlab\extern\include"（假定matlab安装在C:\matlab目录）。 2) 选择Library files，添加路径：C:\matlab\extern\lib\win32\microsoft\msvc60。(vs2005的话，不加msvc60） 3) 通过菜单工程/设置，打开工程设置属性页，进入Link页面，在Object/library modules编辑框中，添加文件名libmx.lib libmat.lib libeng.lib。 以上步骤1)、2)只需设置一次，而步骤3)对每个工程都要单独设定，对于其它C++编译器如Borland C++ builder，设置大体相同，不再赘述。 3. 引擎API详解 在调用Matlab引擎之前，首先应在相关文件中加入一行：#include "enging.h"，该文件包含了引擎API函数的说明和所需数据结构的定义。可以在VC中调用的引擎函数分别如下： 3.1 引擎的打开和关闭 engOpen－打开Matlab engine 函数声明：
参数startcmd是用来启动Matlab引擎的字符串参数，在Windows操作系统中只能为NULL。 函数返回值是一个Engine类型的指针，它是在engine.h中定义的engine数据结构。 EngClose－关闭Matlab 引擎 函数声明：
参数ep代表要被关闭的引擎指针。 函数返回值为0表示关闭成功，返回1表示发生错误。 例如，通常用来打开/关闭Matlab引擎的代码如下：
3.2 向Matlab发送命令字符串 engEvalString－发送命令让Matlab执行。 函数声明：
参数ep为函数engOpen返回的引擎指针，字符串string为要matlab执行的命令。 函数返回值为0表示成功执行，返回1说明执行失败（如命令不能被Matlab正确解释或Matlab引擎已经关闭了）。 3.3 获取Matlab命令窗口的输出 要在VC中获得函数engEvalString发送的命令字符串被Matlab执行后在matlab窗口中的输出，可以调用engOUtputBuffer函数。 函数声明：
参数ep为Matlab引擎指针，p为用来保存输出结构的缓冲区，n为最大保存的字符个数，通常就是缓冲区p的大小。该函数执行后，接下来的engEvalString函数所引起的命令行输出结果会在缓冲区p中保存。如果要停止保存，只需调用代码：engOutputBuffer(ep, NULL, 0)。 3.4 读写Matlab数据 3.4.1从Matlab引擎工作空间中获取变量。
参数ep为打开的Matlab引擎指针，name为以字符串形式指定的数组名。 函数返回值是指向name数组的指针，类型为mxArray*（mxArray数据类型在本文第4节详细简介）。 3.4.2 向Matlab引擎工作空间写入变量。
参数ep为打开的Matlab引擎指针，mp为指向被写入变量的指针，name为变量写入后在Matlab引擎工作空间中的变量名。 函数返回值为0表示写入变量成功，返回值为1表示发生错误。 3.5 调用引擎时显示/隐藏Matlab主窗口 默认情况下，以engine方式调用Matlab的时候，会打开Matlab主窗口，可在其中随意操作。但有时也会干扰应用程序的运行，可用以下设置是否显示该窗口。
参数ep为打开的Matlab引擎指针，value为是否显示的标志，取值true（或1）表示显示Matlab窗口，取值false（或0）表示隐藏Matlab窗口。 函数返回值为0表示设置成功，为1表示有错误发生。 要获得当前Matlab窗口的显示/隐藏情况，可以调用函数：
参数ep为打开的Matlab引擎指针，Value为用来保存显示/隐藏情况的变量（采用指针方式传递）。 函数返回值为0表示获取成功，为1表示有错误发生。 在上节的Matlab引擎函数中，所有与变量有关的数据类型都是mxArray类型。数据结构mxArray以及大量的mx开头的函数，广泛用于Matlab 引擎程序和Matlab C数学库中。mxArray是一种很复杂的数据结构，与Matlab中的array相对应，我们只需熟悉Matlab的array类型和几个常用的mxArray函数即可。 在VC中，所有和Matlab的数据交互都是通过mxArray来实现的，在使用mxArray类型的程序中，应包含头文件matrix.h，不过在引擎程序中，一般会包含头文件engine.h，该文件里面已经包含了matrix.h，因此无需重复包含。 4.1 创建和清除mxArray型数据 Matlab有很多种变量类型，对应于每种类型，基本上都有一个函数用于创建，但它们都有相同的数据结构，就是mxArray。 数组的建立采用mxCreatexxx形式的函数，例如新建一个double类型数组，可用函数mxCreateDoubleMatrix，函数形式如下：
参数m和n为矩阵的函数和列数。ComplexFlag为常数，用来区分矩阵中元素是实数还是复数，取值分别为mxREAL和mxCOMPLEX。 例如，创建一个3行5列的二维实数数组，可用如下语句：
对应的，要删除一个数组mxDestroyArray，该函数声明如下：
参数array_ptr为要删除的数组指针。 例如，要删除上面创建的数组T，可用如下语句：
类似的创建函数还有：
创建一个字符串类型并初始化为str字符串。 一般的在VC与Matlab交互中，以上两种类型就够了，其它类型数组的创建这里不再介绍。 4.2 管理mxArray数据类型 4.2.1 管理mxArray数据大小 要获得mxArray数组每一维上元素的个数，可以用mxGetM和mxGetN函数。其中mxGetM用来获得数组第一维的元素个数，对于矩阵来说就是行数。
要获得某一特定维的元素个数，则要用函数：
该函数返回array_ptr各维的元素个数保存在一个int数组中返回。对于常用的矩阵来说，用mxGetM和mxGetN两个函数就可以了。 另外还可以通过mxGetNumberOfDimensions来获得数组的总的维数，用mxSetM、mxSetN设置矩阵的行数和列数，函数说明如下：
4.2.2 判断mxArray数组类型 在对mxArray类型的变量进行操作之前，可以验证以下其中的数组的数据类型，比如是否为double数组、整数、字符串、逻辑值等，以及是否为某种结构、类、或者是特殊类型，比如是否为空数组，是否为inf、NaN等。常见的判断函数有：
这些函数比较简单，意义自明，不再解释。 4.2.3 管理mxArray数组的数据 对于常用的double类型的数组，可以用mxGetPr和mxGetPi两个函数分别获得其实部和虚部的数据指针，这两个函数的声明如下：
这样，就可以通过获得的指针对mxArray类型的数组中的数据进行读写操作。例如可以用函数engGetVariable从Matlab工作空间读入mxArray类型的数组，然后用mxGetPr和mxGetPi获得数据指针，对并其中的数据进行处理，最后调用engPutVariable函数将修改后的数组重新写入到Matlab工作空间。具体实现见第5节程序实例。 对大部分软件研发人员来说利用VC编程方便、高效，但是要显示数据图形就不那么容易了，这时候不防借助Matlab引擎辅助画图做数据分析。下面通过实例演示如何利用VC调用Matlab绘图，程序的主要功能是在VC中对数组x计算函数值y＝sin(x) ±log(x)，然后调用Matlab绘制y对x的图形。 在VC中新建工程，编写代码如下：
编译并运行程序结果图略。 本文详细的介绍了Matlab引擎使用方法并演示了一个简单的利用VC调用Matlab画图的程序实例。大多数时候，程序员可以利用Matlab强大的数据读写、显示能力和VC编程的高效率。例如，在Matlab中要读入一幅任意格式的图像均只需一条命令i=imread('test.jp');图像数据矩阵便存放在了二维数组i中，可以通过VC读入该数组进行相关处理再调用Matlab显示，这种混合编程方式能大大提高工作效率。
当然，利用VC编译的Matlab引擎程序，运行环境中还必须Matlab的支持，如果要编译完全脱离Matlab的程序，可采用其它方式，如利用第三方Matcom程序编译独立的可执行程序等。 |