VisuaI Studio與MATLAB協(xié)同編程方法研究

袁培燕+宋明陽

摘要：Visual Studio（vs）與MATLAB協(xié)同編程技術(shù)充分結(jié)合了前者在程序設(shè)計方面的靈活性與后者強大的數(shù)學(xué)函數(shù)庫功能，優(yōu)勢互補。然而，該結(jié)合在工程實踐方面偏弱，不利于兩者的大規(guī)模應(yīng)用。針對該問題，文章基于VS與MATLAB協(xié)同編程的3種方案，通過具體實例詳細(xì)闡述兩者協(xié)同編程的實現(xiàn)步驟，分析了3種方案各自的優(yōu)缺點，以期降低初學(xué)者的學(xué)習(xí)門檻。

關(guān)鍵詞：Visual Studio；MATLAB；協(xié)同編程；DLL文件；COM組件

0引言

Visual Studio（VS）是一款面向?qū)ο蟮某绦蜷_發(fā)平臺，它通過生成程序框架減少編程人員的工作量，通過可視化的圖形開發(fā)控件設(shè)計簡潔美觀的軟件界面，并支持多種編程語言，具有較好的程序設(shè)計靈活性和用戶體驗友好性，但在數(shù)學(xué)運算和函數(shù)繪圖方面存在不足之處。

MATLAB作為專業(yè)的數(shù)學(xué)軟件，具有高效的數(shù)學(xué)運算能力和強大的函數(shù)圖形處理能力，是實驗室中一款常用的專業(yè)軟件。然而，由于其專業(yè)性較強、用戶界面操作復(fù)雜，用戶的體驗友好度不高。

在程序設(shè)計中，有效結(jié)合VS良好的用戶體驗性、程序設(shè)計靈活性和MATLAB強大的數(shù)學(xué)函數(shù)庫，可以充分發(fā)揮雙方的優(yōu)點。但現(xiàn)有的VS與MATLAB協(xié)同編程工作側(cè)重于相關(guān)學(xué)術(shù)理論知識，在工程實踐方面的應(yīng)用不夠深入。本文針對MATLAB引擎法、DLL文件法和COM組件法3種方案，結(jié)合實例重點描述VS與MATLAB協(xié)同編程的具體操作方法和詳細(xì)步驟，最后通過對比實驗過程和實驗結(jié)果，闡述3種方案各自的優(yōu)點和不足。

1.MATLAB與VS協(xié)同編程方法簡介

1.1VS調(diào)用MATLAB引擎的方法

MATLAB引擎是一組API函數(shù)接口，用戶可以使用這組接口以發(fā)送腳本命令的方式調(diào)用MATLAB中的函數(shù)。在具體實例中，C/C++程序作為前端，可以向作為后臺的MATLAB引擎發(fā)送控制命令，MATLAB引擎根據(jù)控制命令的種類做出不同的響應(yīng)。這種方法的實質(zhì)是ActiveX控件調(diào)用MATLAB進(jìn)程。

1.2VS調(diào)用DLL文件的方法

DLL文件即動態(tài)鏈接庫文件，是應(yīng)用程序的一部分。exe程序啟動時，與之對應(yīng)的DLL文件會被調(diào)用。MATLAB自帶編譯器，用戶可以借助該編譯器把已經(jīng)編寫好的*m文件編譯為DLL文件，然后在C/C++程序中直接使用DLL文件中寫好的MATLAB函數(shù)。

1.3VS調(diào)用COM組件的方法

COM組件，即組件對象模型，是一種通用的對象接口模型，適用于任何語言。任何語言的程序通過生成COM組件都可以被其他語言程序調(diào)用。而MATLAB的編譯器可以把用戶編寫的*m文件編譯為COM組件，供其他平臺程序使用。

2.MATLAB與VS協(xié)同編程的實現(xiàn)

2.1實驗-MATLAB引擎法

在VS2010中建立MFC工程，以向MATLAB引擎發(fā)送命令的方式實現(xiàn)協(xié)同編程。

2.1.1前期配置

1）系統(tǒng)環(huán)境變量配置。

在“我的電腦→屬性→高級→環(huán)境變量→用戶變量/系統(tǒng)變量→PATH”選項中添加路徑：＼bin：＼bin＼win64。

2）VS2010環(huán)境配置。

（1）首先建立一個基于對話框程序的MFC工程，工程名為test。

（2）設(shè)置工程目錄，設(shè)置方法如下：

在“項目→test屬性頁→配置屬性→VS2010目錄→包含目錄”選項中添加＼extemkinclude；

在“項目→test屬性頁一配置屬性→VS2010目錄→庫目錄”選項中添加＼extem＼lib＼win64/kmicrosoft；

在“項目→test屬性頁→配置屬性→c/c++一常規(guī)一附加包含目錄”選項中添加＼extemklib＼win64haaicrosoft和＼extemkinclude；

在“項目→test屬性頁→配置屬性→鏈接器>常規(guī)→附加庫目錄”選項中添加＼extem＼lib和＼extem＼lib＼win64hnicrosofl；

在“項目→test屬性頁→配置屬性→鏈接器>輸入>附加依賴項”選項中添加4個1ib文件，分別是libmx.1ib、libmat.1ib和libeng.1ib、mclmcrrt.1ib；

在“項目→test屬性頁→平臺”選項中選擇X64選項（只針對64位版本的MATLAB）。

2.1.2代碼編寫

（1）在testDlg.cpp文件中添加#include“engine.h”。

（2）在對話框界面上添加按鈕控件，為其增加消息響應(yīng)函數(shù)，代碼如下所示：

2.1.3實驗結(jié)果

編譯運行程序，單擊確定按鈕會彈出窗口，其中顯示了正弦函數(shù)和余弦函數(shù)的直角坐標(biāo)系圖形，如圖1所示。

該方法雖然功能全面、編碼簡單，但exe程序運行時需要MATLAB在后臺運行，脫離不了MATLAB環(huán)境，造成了運行速度慢、程序執(zhí)行效率低的問題。

2.2實驗二調(diào)用DLL文件法

將用戶自定義的*m文件通過MATLAB自帶的編譯器編譯為DLL文件。在VS2010中建立基于對話框的MFC程序，然后調(diào)用DLL文件中的MATLAB函數(shù)。

2.2.1前期配置

（1）實驗一的全部前期配置步驟。

（3）配置MATLAB編譯環(huán)境并導(dǎo)出DLL文件。在MATLAB的Command window中輸人mbuild-setup命令，選擇VS2010編譯器，并輸入y進(jìn)行確認(rèn)；接下來，將Current Folder目錄修改為m文件所在的目錄，然后向Command window輸入mcc-w cpplib：xinQPCAfootball-T link：libxinQPCAfootball.m命令（本文使用的m文件名為xinQPCAfootball.m）；完成以上步驟后，xinQPCAfootball.m所在目錄中會產(chǎn)生庫文件所需文件，將這些文件全部復(fù)制到MFC工程目錄下。

（4）設(shè)置工程目錄。在“test屬性頁一配置屬性→鏈接器→輸入→附加依賴項”選項中添加m文件編譯后生成的lib文件，如xinQPCAfootball.m文件編譯后生成的xinQPCAfootball.lib文件。

在“項目→test屬性頁→配置屬性→鏈接器→常規(guī)→附加庫目錄”選項中添加。

2.2.2代碼編寫

在testDlg.cpp文件中添加頭文件#include”xinQPCAfootball.h”。添加成功之后打開它可以找到用戶在*m文件中編寫的MATLAB函數(shù)的接口，如下所示：

extem LIB_xinQPCAfootbalLCPP_API void MW-CALL-CONV xinQPCAfootball（int nargout，mwArray&f）

在對話框界面上添加按鈕控件并增加消息響應(yīng)函數(shù)，在其中調(diào)用該接口函數(shù)，代碼如下所示：

void CtestDlg：：OnBnClickedOk20

mwArray a（1100，100，mxDOUBLE_CLASS）；

xinQPCAfootballlnitializeo；

xinQPCAfootball（NULL，a）；

2.2.3實驗結(jié)果

編譯運行程序，單擊確定按鈕會彈出窗口，其內(nèi)容為正弦函數(shù)和余弦函數(shù)的極坐標(biāo)圖形，如圖2所示。

該方法生成的exe程序在運行時不需要啟動MATLAB，可以提高程序運行效率。但前期配置步驟較為復(fù)雜且易出錯。

2.3實驗三調(diào)用COM組件法

通過MATLAB中自帶的編譯器將用戶自定義的*m文件編譯為COM組件，在VS2010中建立基于對話框的MFC工程，然后用該程序調(diào)用COM組件實現(xiàn)協(xié)同編程。

2.3.1前期準(zhǔn)備

（1）創(chuàng)建community.m文件，其內(nèi)容為畫一個綠色的圓柱螺旋線，代碼如下所示：

（2）在MATLAB的Command window中輸入mbuild-setup命令，選擇VS2010編譯器的選項。

（3）在Command window中繼續(xù)輸入deploytool出現(xiàn)名為Deployment Project的界面，其中，Name和Location選項可以自定義，而Type選項需要選擇Generic COM component；點擊OK出現(xiàn)名為Generic COM Component的界面；點擊Add classes并輸入類名，如輸入類名為test；點擊Add files添加*m文件，如添加community.m文件。

點擊build圖標(biāo)開始生成COM組件；生成成功后會在Location目錄下生成文件夾，在該文件夾的src文件夾中可以找到調(diào)用COM組件所需的3個文件：wmCOMtypes.h、test idl.h、testidl_i.c。

（4）建立基于對話框的MFC工程，在界面上添加按鈕并創(chuàng)建消息響應(yīng)函數(shù)，將3個COM組件文件復(fù)制到該工程目錄下。

（5）在“項目→test屬性頁→配置屬性→C/c++→預(yù)編譯頭”選項中選擇“不適用預(yù)編譯頭”。

2.3.2代碼編寫

2.3.3實驗結(jié)果

編譯運行程序，單擊確定按鈕會彈出窗口，內(nèi)容為一個圓柱螺旋線，如圖3所示。

使用COM組件的協(xié)同編程方法擁有較為簡單的前期配置步驟，并包含較為全面的MATLAB功能，也可以獨立于MATLAB環(huán)境運行，是一種較為理想的協(xié)同編程方法。