VC++與Matlab混合編程方法*

張沛露 王建軍

(1:吉林建筑大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院,長春 130118； 2:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所,長春 130033)

Matlab是矩陣實驗室(Matrix Laboratory)的簡稱，它是美國Math Works公司推出的一套數(shù)值計算軟件，以矩陣作為基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)數(shù)值分析、優(yōu)化、統(tǒng)計、偏微分方程數(shù)值解、自動控制、信號處理、圖像處理等若干個領(lǐng)域的計算和圖形處理功能.Matlab以矩陣作為基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),非常適合大規(guī)模的數(shù)值計算，使用Matlab，可以較使用傳統(tǒng)的編程語言(如C，C++和Fortran等)更快地解決技術(shù)計算問題.VC++作為可視化編程的典范，可以利用它進(jìn)行各類軟件的開發(fā)，從編制各種功能強大的軟件界面到開發(fā)各種復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法，均可找到它的身影[1].一般情況下，利用VC對數(shù)學(xué)算法進(jìn)行設(shè)計往往費時費力，而Matlab在進(jìn)行數(shù)學(xué)算法設(shè)計時具有獨特的優(yōu)勢，因此，在VC中調(diào)用Matlab進(jìn)行混合編程是一種簡便高效的處理方式[2].

1 VC++調(diào)用Matlab方法概述

一般來說，VC++調(diào)用Matlab混合編程有以下幾個途徑：

(1) 通過Matlab Engine方式. Matlab Engine是Matlab提供的一組接口函數(shù)，Matlab Engine采用C/S(客戶機/服務(wù)器)模式,Matlab充當(dāng)后臺服務(wù)器，而VC++程序充當(dāng)前臺客戶機，通過Windows的動態(tài)控件與服務(wù)器進(jìn)行通信,向Matlab Engine傳遞命令和數(shù)據(jù)，并從Matlab Engine接受數(shù)據(jù)信息.開發(fā)者可以在前臺程序中調(diào)用這些接口函數(shù)，實現(xiàn)對Matlab Engine的控制.采用這種方法幾乎能利用Matlab全部功能，但是，需要在機器上安裝Matlab軟件.

(2) 直接調(diào)用Matlab的C/C++數(shù)學(xué)函數(shù)庫. Matlab中還提供可以供C/C++語言調(diào)用的C/C++數(shù)學(xué)函數(shù)庫，其中包含了大量C/C++語言重寫的Matlab數(shù)學(xué)函數(shù)，這些函數(shù)涉及廣泛，主要包括：線性代數(shù)、計算方法、傅立葉變換、多項式計算、解微分方程等，并且函數(shù)庫中提供了許多矩陣操作函數(shù)，在VC中可以直接使用這些函數(shù)，通過使用這些函數(shù)可以在VC中方便地實現(xiàn)矩陣運算功能.

2 VC++調(diào)用Matlab方法示例

2.1 調(diào)用Matlab Engine方式示例

在安裝Matlab計算機上，通過調(diào)用Matlab API函數(shù)，實現(xiàn)VC++對Matlab各種數(shù)學(xué)運算功能的使用[3].以矩陣運算為例，常用的Matlab API矩陣運算函數(shù)(如表1所示).

表1 常用Matlab API矩陣運算函數(shù)

若要成功調(diào)用Matlab Engine，還需在VC++中對編譯環(huán)境進(jìn)行設(shè)置，如對頭文件、庫文件包含路徑進(jìn)行設(shè)置等.采用Matlab Engine方式進(jìn)行調(diào)用，不僅可以進(jìn)行基本數(shù)學(xué)運算，還可以使用Matlab強大的圖形功能.但是，該種方式的缺陷是不能脫離Matlab的運行環(huán)境，即在計算機上必須安裝有Matlab軟件才能運行目標(biāo)程序，給程序的移植帶來不便.下面的例子給出了使用引擎方式調(diào)用Matlab的常用方式.

#include

#include

#include "engine.h"

using namespace std;

void main()

{

const int N = 50;

double x[N],y[N];

int j = 1;

for (int i=0; i

{

x[i] = (i+1);

y[i] = sin(x[i]) + j * log(x[i]); //產(chǎn)生-之間的隨機數(shù)賦給xx[i];

j *= -1;

}

Engine *ep; //定義Matlab引擎指針.

ep=engOpen(NULL); //測試是否啟動Matlab引擎成功.

//定義mxArray，為行，N列的實數(shù)數(shù)組.

mxArray *xx = mxCreateDoubleMatrix(1,N, mxREAL);

mxArray *yy = mxCreateDoubleMatrix(1,N, mxREAL); //同上.

memcpy(mxGetPr(xx), x, N*sizeof(double)); //將數(shù)組x復(fù)制到mxarray數(shù)組xx中.

memcpy(mxGetPr(yy), y, N*sizeof(double)); //將數(shù)組x復(fù)制到mxarray數(shù)組yy中.

engPutVariable(ep, "xx",xx); //將mxArray數(shù)組xx寫入到Matlab工作空間，命名為xx.

engPutVariable(ep, "yy",yy); //將mxArray數(shù)組yy寫入到Matlab工作空間，命名為yy.

//向Matlab引擎發(fā)送畫圖命令.plot為Matlab的畫圖函數(shù)，參見Matlab相關(guān)文檔.

engEvalString(ep, "plot(xx, yy); ");

mxDestroyArray(xx); //銷毀mxArray數(shù)組xx和yy.

mxDestroyArray(yy);

engClose(ep); //關(guān)閉Matlab引擎.

}

2.2 調(diào)用Matlab的C/C++函數(shù)庫

在使用Matlab的C/C++函數(shù)庫前需要進(jìn)行安裝[4]：

1) 在Matlab命令窗口輸入：mbuild-setup；

2) 按照提示選擇VC的編譯器，完成后在Matlab命令窗口中輸入：mex-setup.

由于Matlab C++ Math Library或Matlab C Math Library是以動態(tài)鏈接庫的形式，提供對函數(shù)的調(diào)用,因此首先要在Visual C++的集成開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行編譯環(huán)境的配置.主要包括：

1) 設(shè)置Matlab中頭文件(*.h)和鏈接庫(*.lib)的路徑；

2) 設(shè)置運行時動態(tài)鏈接庫；

3) 設(shè)置靜態(tài)鏈接的引入庫文件；

4) 在用到Matlab的源程序中加入#include“matlab.h”.

下面給出來看matlab自帶的一個使用C函數(shù)庫的例子.

#include

#include /* used for EXIT_SUCCESS */

#include

#include "matlab.h"/*matlab.h為C數(shù)學(xué)函數(shù)庫的頭文件

static double real_data[]= { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };

static double cplx_data[]= { 7, 8, 9, 10, 11, 12 };

int main()

{

/* 聲明兩個mxArray矩陣變量并賦初值為NULL */

mxArray *mat0 = NULL;

mxArray *mat1 = NULL;

/* 使用自動內(nèi)存管理*/

mlfEnterNewContext(0, 0);

/* 創(chuàng)建矩陣mat0,mat1并賦值 */

mlfAssign(&mat0, mlfDoubleMatrix(2, 3, real_data, NULL));

mlfAssign(&mat1, mlfDoubleMatrix(3, 2, real_data, cplx_data));

mlfPrintMatrix(mat0);

mlfPrintMatrix(mat1);

mxDestroyArray(mat0);

mxDestroyArray(mat1);

mlfRestorePreviousContext(0, 0);

return(EXIT_SUCCESS);

}

3 結(jié)語

本文闡述了VC調(diào)用Matlab的兩種常用方法，對其中較為常用的方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并給出示例說明，為相關(guān)人員進(jìn)行混合編程提供較為實用的方法.兩種方法都需要Matlab環(huán)境支持，安裝Matlab會占用較多資源，在資源緊張時容易受到限制，下一步擬對Matlab安裝環(huán)境依賴較小的方法進(jìn)行研究.

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 朱傳安，潘大夫.Matlab與C/C++混合編程接口及應(yīng)用[J].微計算機信息，2010(15):237-239.

[2] [美]David J.KruglinsKi,Scot Wingo.Visual C++6.0技術(shù)內(nèi)幕(第五版)[M].北京：北京希望電子出版社，2001:550-672.

[3] 呂延慶，朱堅民，周福章.基于Visual C++和Matlab的聯(lián)合編程方法的研究[J].計算機應(yīng)用研究，2000(11):101-103.

[4] 李天昀，葛臨東.綜述MATLAB與VC++的交互編程[J].計算機仿真，2004(9):193-196.