VS与Matlab混合编程.docx
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VS与Matlab混合编程
VS2008与Matlab2008(版本R2008a)混合编程之引擎操作收藏
Visualstuido2008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VS2008和Matlab混合编程是很多。
熟悉C/C++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VS2008调用Matlab2008引擎来达到C/C++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VS2008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VS2008为例):
1)建立C/c++工程,如何建立请参考vs2008帮助文件。
2)工程建立后,通过菜单-工具-选项,打开选项设置页,选择-项目与解决方案/VC++项目设置,在目录下拉列表框中选择包含文件,添加路径:
"D:
\ProgramFiles\MATLAB\extern\include"(假定matlab安装在D:
\ProgramFiles\MATLAB目录)。
3)在上述目录下拉列表框中选择库文件,添加路径:
"D:
\ProgramFiles\MATLAB\R2008a\extern\lib\win32\microsoft"(假定matlab安装在D:
\ProgramFiles\MATLAB目录)。
4)通过菜单-项目-属性,打开项目设置属性页,选择配置属性-链接器-输入,在附加依赖项编辑框中,输入此工程所需的库文件,例如对例子5.1需添加文件名libmx.liblibmat.liblibeng.lib。
5)运行工程,若显示无法打开matlab引擎时,可按照第1节提示设置,即开始-运行-cmd-matlab/regserver。
以上步骤2)、3)只需设置一次,而步骤4)对每个工程都要单独设定,对于其它C++编译器如BorlandC++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C/C++程序文件中加入一行:
#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C/C++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Matlabengine
函数声明:
Engine*engOpen(constchar*startcmd);
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:
intengClose(Engine*ep);
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:
Engine*ep;//定义Matlab引擎指针。
if(!
(ep=engOpen(NULL)))//测试是否启动Matlab引擎成功。
{
MessageBox("Can'tstartMatlabengine!
");
exIT
(1);
}
.…………
engClose(ep);//关闭Matlab引擎。
3.2向Matlab发送命令字符串
engEvalString-发送命令让Matlab执行。
函数声明:
intengEvalString(Engine*ep,Constchar*string);
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VS2008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:
intengOutputBuffer(Engine*ep,char*p,intn);
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
mxArray*engGetVariable(Engine*ep,constchar*name);
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。
intengPutVariable(Engine*ep,constchar*name,constmxArray*mp);
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。
intengSetVisible(Engine*ep,boolvalue);
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:
intengGetVisible(Engine*ep,bool*value);
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。
4.数据类型mxArray的操作
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MatlabC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C/C++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:
mxArray*mxCreateDoubleMatrix(intm,intn,mxComplexITyComplexFlag);
参数m和n为矩阵的行数和列数。
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:
mxArray*T=mxCreateDoubleMatrix(3,5,mxREAL);
对应的,要删除一个数组mxDestroyArray,该函数声明如下:
voidmxDestroyArray(mxArray*array_ptr);
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:
mxDestroyArray(T);
类似的创建函数还有:
mxArray*mxCreateString(constchar*str);
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。
intmxGetM(constmxArray*array_ptr);//返回array_ptr对应数组第一维的元素个数(行数)
intmxGetN(constmxArray*array_ptr);//返回array_ptr对应数组其它维的元素个数,对于矩阵来说是列数。
对于多维数组来说是从第2维到最后一维的各维元素个数的乘积。
要获得某一特定维的元素个数,则要用函数:
constint*mxGetDimensions(constmxArray*array_ptr);
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:
intmxGetNumberOfDimensions(constmxArray*array_ptr);//返回数组的维数
voidmxSetM(mxArray*array_ptr,intm);//设置数组为m行
voidmxSetN(mxArray*array_ptr,intn);//设置数组为n列
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:
boolmxIsDouble(constmxArray*array_ptr);
boolmxIsComplex(constmxArray*array_ptr);
boolmxIsChar(constmxArray*array_ptr);
boolmxIsEmpty(constmxArray*array_ptr);
boolmxIsInf(doublevalue);
…………
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:
double*mxGetPr(constmxArray*array_ptr);//返回数组array_ptr的实部指针
double*mxGetPi(constmxArray*array_ptr);//返回数组array_ptr的虚部指针
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。
5.程序实例
对大部分软件研发人员来说利用VS2008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VS2008调用Matlab绘图。
5.1实例1
此实例是matlab自身的例子。
程序代码如下:
/*$Revision:
1.1.6.1$*/
/*
*engdemo.cpp
*
*ThisisasimpleprogramthatillustrateshowtocalltheMATLAB
*EnginefunctionsfromaC++program.
*
*Copyright1984-2007TheMathWorks,Inc.
*Allrightsreserved
*/
#include
#include
#include
#include"engine.h"
#defineBUFSIZE256
intmain()
{
Engine*ep;
mxArray*T=NULL,*result=NULL;
charbuffer[BUFSIZE+1];
doubletime[10]={0.0,1.0,2.0,3.0,4.0,5.0,6.0,7.0,8.0,9.0};
/*
*StarttheMATLABenginelocallybyexecutingthestring
*"matlab"
*
*Tostartthesessiononaremotehost,usethenameof
*thehostasthestringratherthan\0
*
*Formorecomplicatedcases,useanystringwithwhitespace,
*andthatstringwillbeexecutedliterallytostartMATLAB
*/
if(!
(ep=engOpen("\0"))){
fprintf(stderr,"\nCan'tstartMATLABengine\n");
returnEXIT_FAILURE;
}
/*
*PARTI
*
*Forthefirsthalfofthisdemonstration,wewillsenddata
*toMATLAB,analyzethedata,andplottheresult.
*/
/*
*Createavariableforourdata
*/
T=mxCreateDoubleMatrix(1,10,mxREAL);
memcpy((void*)mxGetPr(T),(void*)time,sizeof(time));
/*
*PlacethevariableTintotheMATLABworkspace
*/
engPutVariable(ep,"T",T);
/*
*Evaluateafunctionoftime,distance=(1/2)g.*t.^2
*(gistheaccelerationduetogravity)
*/
engEvalString(ep,"D=.5.*(-9.8).*T.^2;");
/*
*Plottheresult
*/
engEvalString(ep,"plot(T,D);");
engEvalString(ep,"title('Positionvs.Timeforafallingobject');");
engEvalString(ep,"xlabel('Time(seconds)');");
engEvalString(ep,"ylabel('Position(meters)');");
/*
*usefgetc()tomakesurethatwepauselongenoughtobe
*abletoseetheplot
*/
printf("Hitreturntocontinue\n\n");
fgetc(stdin);
/*
*We'redoneforPartI!
Freememory,closeMATLABengine.
*/
printf("DoneforPartI.\n");
mxDestroyArray(T);
engEvalString(ep,"close;");
/*
*PARTII
*
*Forthesecondhalfofthisdemonstration,wewillrequest
*aMATLABstring,whichshoulddefineavariableX.MATLAB
*willevaluatethestringandcreatethevariable.We
*willthenrecoverthevariable,anddetermineitstype.
*/
/*
*UseengOutputBuffertocaptureMATLABoutput,sowecan
*echoitback.EnsurefirstthatthebufferisalwaysNULL
*terminated.
*/
buffer[BUFSIZE]='\0';
engOutputBuffer(ep,buffer,BUFSIZE);
while(result==NULL){
charstr[BUFSIZE+1];
/*
*Getastringinputfromtheuser
*/
printf("EnteraMATLABcommandtoevaluate.Thiscommandshould\n");
printf("createavariableX.Thisprogramwillthendetermine\n");
printf("whatkindofvariableyoucreated.\n");
printf("Forexample:
X=1:
5\n");
printf(">>");
fgets(str,BUFSIZE,stdin);
/*
*EvaluateinputwithengEvalString
*/
engEvalString(ep,str);
/*
*Echotheoutputfromthecommand.Firsttwocharactersare
*alwaysthedoubleprompt(>>).
*/
printf("%s",buffer+2);
/*
*Getresultofcomputation
*/
printf("\nRetrievingX...\n");
if((result=engGetVariable(ep,"X"))==NULL)
printf("Oops!
Youdidn'tcreateavariableX.\n\n");
else{
printf("Xisclass%s\t\n",mxGetClassName(result));
}
}
/*
*We'redone!
Freememory,closeMATLABengineandexit.
*/
printf("Done!
\n");
mxDestroyArray(result);
engClose(ep);
returnEXIT_SUCCESS;
}
编译并运行程序得结果入下图:
5.2实例2
程序的主要功能是在c/C++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VS2008中新建工程,编写代码如下:
#include
#include
#include"engine.h"
usingnamespacestd;
voidmain()
{
constintN=50;
doublex[N],y[
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