MbookMATLAB8.docx
《MbookMATLAB8.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《MbookMATLAB8.docx（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
MbookMATLAB8
第8章MATLAB高级应用
8.1MATLAB应用接口
8.1.1MEX文件
MEX文件具有以下几个方面的应用：
（1）对于已存在的C或FORTRAN子程序，可以通过MEX文件在MATLAB环境中直接调用，而不必重新编写M文件。
（2）由于MATLAB是解释性语言，运行如for等循环体时，会出现速度十分缓慢的现象，为了能提高速度，往往要使用MEX程序。
（3）对于A/D、D/A卡，或其它PC硬件，可以直接用MEX文件进行访问。
（4）利用MEX文件，可以使用如Windows用户图形界面等资源。
1.MEX文件系统设置
下面采用MicrosoftVisualC/C++6.0编译器，在命令窗口使用“mex-setup”命令，对MEX文件编译器进行配置：
>>mex-setup
则会出现如下提示：
Pleasechooseyourcompilerforbuildingexternalinterface（MEX）files:
Wouldyoulikemextolocateinstalledcompilers[y]/n?
y
让用户选择是否同意mex命令自动定位已经安装的编译器，输入“y”后，回车出现如下提示：
Selectacompiler:
[1]DigitalVisualFortranversion6.0inC:
\ProgramFiles\MicrosoftVisualStudio
[2]LccCversion2.4inD:
\MATLAB6P1\sys\lcc
[3]MicrosoftVisualC/C++version6.0inD:
\ProgramFiles\MicrosoftVisualStudio
[0]None
提供用户选择编译器作为默认的MEX文件编译器，通过键盘输入“3”后，回车出现如下提示：
Pleaseverifyyourchoices:
Compiler:
MicrosoftVisualC/C++6.0
Location:
D:
\ProgramFiles\MicrosoftVisualStudio
Arethesecorrect?
（[y]/n）:
确认所选择的编译器，通过键盘输入“y”后，回车出现如下提示：
Thedefaultoptionsfile:
"D:
\DocumentsandSettings\ZJDCY\ApplicationData\MathWorks\MATLAB\R12\mexopts.bat"
isbeingupdatedfromD:
\MATLAB6P1\BIN\WIN32\mexopts\msvc60opts.bat...
InstallingtheMATLABVisualStudioadd-in...
UpdatedD:
\ProgramFiles\MicrosoftVisualStudio\common\msdev98\template\MATLABWizard.awx
fromD:
\MATLAB6P1\BIN\WIN32\MATLABWizard.awx
UpdatedD:
\ProgramFiles\MicrosoftVisualStudio\common\msdev98\template\MATLABWizard.hlp
fromD:
\MATLAB6P1\BIN\WIN32\MATLABWizard.hlp
UpdatedD:
\ProgramFiles\MicrosoftVisualStudio\common\msdev98\addins\MATLABAddin.dll
fromD:
\MATLAB6P1\BIN\WIN32\MATLABAddin.dll
MergedD:
\MATLAB6P1\BIN\WIN32\usertype.dat
withD:
\ProgramFiles\MicrosoftVisualStudio\common\msdev98\bin\usertype.dat
则表示编译器成功配置。
2.测试配置
在MATLAB环境的当前目录浏览器窗口中，将MATLAB的extern\examples\mex目录设置为当前目录，然后在命令窗口中输入：
mexyprime.c
则在extern\examples\mex目录下，就生成了“yprime.dll”文件，查看该yprime.dll文件的信息，在命令窗口中输入：
>>whichyprime
D:
\MATLAB6p1\extern\examples\mex\yprime.dll
并调用yprime.dll文件：
>>yprime（1,1:
2:
7）
ans=
3.000014.99257.0000-1.0377
3.C语言MEX文件的构成
程序的构成主要由入口子程序和计算功能子程序两部分组成。
（1）入口子程序
第一部分入口子程序的作用是在MATLAB系统与被调用的外部子程序之间建立通信联系。
入口子程序必须是mexFunction，其构成形式为：
voidmexFunction（intnlhs,mxArray*plhs[],intnrhs,constmxArray*prhs[]）
{
/*用来完成MATLAB与计算子程序之间通信任务的代码*/
}
mexFunction函数的参数含义为：
▪nrhs：
为输入参数的数目。
▪prhs：
为输入参数数组，是指针数组。
▪nlhs：
为输出参数的数目。
▪plhs：
为输出参数数组，是指针数组。
（2）计算功能子程序
第二部分为计算功能子程序，包含所有的实际需要完成的功能源代码，可以是用户以前所编写的算法和程序，以函数的形式存在。
4.C语言MEX文件的建立
（1）常用MATLABAPI函数
在MEX文件中，常用MATLABAPI函数有：
▪mxGetM：
获得矩阵的行数。
▪mxGetN：
获得矩阵的列数。
▪mxGetPr：
获得矩阵的实数部分的数据指针。
▪mexErrMsgTxt：
输出错误信息，并返回到MATLAB命令提示符下。
▪mxCreateString：
创建一个字符串矩阵。
▪mxCreateDoubleMatrix：
创建一个二维未赋值的双精度浮点类型的矩阵。
▪mxIsDouble：
判断矩阵是否为双精度类型。
（2）C语言MEX文件的创建步骤
通过创建计算一个数平方倒数值的程序，来介绍一个MEX文件创建的过程。
【例8.1】在MicrosoftVisualC++6.0环境下创建一个MEX文件，实现计算一个数平方的倒数值。
▪在MicrosoftVisualC++6.0环境创建一个“C++SourceFile”文件，文件名为“Ex0801.cpp”。
▪编写该文件的程序代码如下：
#include"mex.h"
#include"math.h"
/*计算功能子程序Ex0801，计算平方的倒数*/
voidEx0801（doubley[],doublex[]）
{
y[0]=1/（x[0]*x[0]）;
return;
}
/*入口子程序mexFunction*/
voidmexFunction（intnlhs,mxArray*plhs[],intnrhs,constmxArray*prhs[]）
{
double*x,*y;
unsignedintm,n;
/*检查输入变量的个数是否正确*/
if（nrhs!
=1）
{
mexErrMsgTxt（"Onlyoneinputargumentallowed."）;
}
/*检查输出变量的个数是否正确*/
elseif（nlhs!
=1）{
mexErrMsgTxt（"Onlyoneoutputargumentallowed."）;
}
m=mxGetM（prhs[0]）;
n=mxGetN（prhs[0]）;
/*检查输入变量必须是非复数单个双精度数*/
if（!
mxIsDouble（prhs[0]）||mxIsSparse（prhs[0]）||mxIsComplex（prhs[0]）||
!
（m==1&&n==1））
{
mexErrMsgTxt（"Inputargumentmustbeascalar."）;
}
/*创建矩阵变量为输出变量*/
plhs[0]=mxCreateDoubleMatrix（m,n,mxREAL）;
y=mxGetPr（plhs[0]）;
x=mxGetPr（prhs[0]）;
/*调用计算功能子程序*/
Ex0801（y,x）;
}
▪在MATLAB命令窗口的当前目录浏览器中将当前目录设置为用户的目录，输入命令创建MEX文件并运行：
mexEx0801.cpp
>>y=Ex0801
（2）
y=
0.2500
扩展名为cpp是C++文件，在其同一文件夹中生成Ex0801.dll文件，运行Ex0801.dll文件的运算结果正确。
▪为该文件添加帮助M文件
为了在MATLAB中可以方便地查看该Ex0801.dll文件的帮助信息，可以建立一个Ex0801.M文件，并输入以下内容：
%functiony=Ex0801（x）
%计算一个数平方的倒数值
%y=1/（x^2）
%copyright@2003-10-10
则在MATLAB命令窗口中，用help命令只能看到M文件来查看帮助信息：
>>helpEx0801
functiony=Ex0801（x）
计算一个数平方的倒数值
y=1/（x^2）
copyright@2003-10-10
8.1.2使用MATLAB编译器生成MEX和EXE文件
1.MEX文件与EXE文件的区别
MEX文件只能在MATLAB环境中运行；而EXE文件是可以独立与MATLAB环境运行的。
2.配置编译器的准备
如果要创建MEX文件，如图8.1所示。
则只需勾选“MATLABCompiler”；如果要创建EXE文件，则需要勾选如图中的三个选项。
3.由M文件创建CMEX文件
利用MATLAB编译器来由M文件创建MEX文件，使用“mcc–x”命令，。
【例8.2】在MATLAB环境中创建一个M函数文件，用来绘制正弦信号波形。
在MATLAB的编辑/调试窗口中创建一个Ex0802.m函数文件，编写程序代码如下：
functionEx0802
%Ex0802绘制正弦信号波形
x=0:
0.1:
2*pi;
y=sin（x）;
plot（x,y）
保存文件，在MATLAB命令窗口中由该M文件创建MEX文件：
>>mcc-xEx0802%创建Ex0802.dll文件
>>Ex0802%运行Ex0802.dll文件
运行该Ex0802.dll文件，绘制出正弦信号波形图。
在该目录下，可以看到在创建dll文件的同时，还创建了Ex0802.c、Ex0802.h和Ex0802_mex.c文件。
注意：
如果上述的Ex0802.m文件删除第一行，变为M脚本文件，则用mcc命令直接编译会出错，并出现如下提示：
>>mcc-xEx0802
?
?
?
Error:
CannotcreateMEXFile"Ex0802"fromMEXFile"C:
\MyDocuments\CAOYi\BookMATLAB\20031008\exe\Ex0802.dll".
Errorin==>D:
\MATLAB6p1\toolbox\compiler\mcc.dll
4.创建独立的外部程序EXE文件
【例8.3】第一次使用mbuild命令由C文件创建EXE文件。
由“matlab\extern\examples\cmath”目录下的现成文件“ex1.c”，创建独立的EXE文件。
先将“matlab\extern\examples\cmath”目录设置为当前目录，然后输入mbuild命令，由于系统中安装了LCC和MicrosoftVisualC/C++两个编译器，则MATLAB会提示用户选择默认的编译器：
>>mbuildex1.c
PleasechooseyourcompilerforbuildingstandaloneMATLABapplications:
Wouldyoulikembuildtolocateinstalledcompilers[y]/n?
y
选择一个默认的编译器
Selectacompiler:
[1]LccCversion2.4inD:
\MATLAB6P1\sys\lcc
[2]MicrosoftVisualC/C++version6.0inD:
\ProgramFiles\MicrosoftVisualStudio
[0]None
Compiler:
2
……
后面就会出现提示和确认的信息。
如果要改变默认的编译器，则需要使用“mbuild-setup”命令重新选择。
（1）mbuild命令由C文件生成EXE文件
【例8.3续】用mbuild命令由C文件编译生成EXE文件。
使用mbuild命令可以由“ex1.c”文件创建独立的可执行文件：
>>mbuildex1.c
则产生了“ex1.exe”文件，可以脱离MATLAB独立运行，同时在同一目录下还产生了“bin”文件夹。
（2）mcc命令由M文件生成EXE文件
【例8.4】用mcc命令由【例8.2】中的M文件编译生成EXE文件。
>>mcc-BsglcppEx0802.m%创建需要图形库的C++独立应用程序
如果不希望MCC自动调用mbuild，可以添加使用“-c”选项，如命令“mcc-mc”和“mcc-pc”。
8.2低级文件的输入输出
8.2.1打开和关闭文件
1.打开文件
语法：
fid=fopen（filename,permission）%以指定格式打开文件
[fid,message]=fopen（filename,permission）%返回打开文件的信息
说明：
fid为返回的文件指针（FileIdentifier），通常是一个非负的整数，如果返回-1，则表示无法打开文件；message用来显示打开文件的信息，如果无法打开，则显示错误信息；filename为文件名，是字符串，如果文件不在MATLAB的搜索路径中，则需要指定文件路径；permission为指定文件的打开模式，有以下几种模式：
▪'r'：
只读文件
▪'r+'：
读写文件
▪'w'：
删除已存在文件内容或建立新文件，并只写文件
▪'w+'：
删除已存在文件内容或建立新文件，并读写文件
▪'a'：
以只写方式建立并打开一个新文件或打开一个已存在的文件，只能在文件末尾添加内容
▪'a+'：
以读写方式建立并打开一个新文件或打开一个已存在的文件，在文件末尾添加内容
fopen的permission参数在打开文件时还可标明文件格式，如果打开文本格式文件，在后添加字母“t”，如果打开二进制格式文件，则在permission参数后添加字母“b”，如'wb'、'rb+'等。
2.关闭文件
打开文件进行读写操作后，应立即关闭文件，删除文件指针。
语法：
status=fclose（fid）%关闭文件指针所指的文件
status=fclose（'all'）%关闭所有打开的文件
说明：
status为关闭文件指针所指文件的状态，如果成功则返回0，如果失败则返回-1；fid为所打开的文件指针。
【例8.5】打开和关闭一个文本文件。
文本文件“Ex0805.txt”，在MATLAB环境中显示的文件内容如下：
typeEx0805.txt
a123
b456
使用fopen和fclose命令打开和关闭文件：
[fid,message]=fopen（'Ex0805.txt','w+'）%打开文件读写
fid=
3
message=
''
iffid==-1
disp（'无法打开该文件'）
else
disp（'成功打开该文件'）
end
成功打开该文件
status=fclose（fid）%关闭文件
status=
0
8.2.2读写格式化文件
1.fscanf命令
fscanf命令为读格式化文件数据。
语法：
[a,count]=fscanf（fid,format,size）%读取格式化数据
说明：
fid为文件指针，所指为需要读取的格式化文件；format指定读取数据格式，指定的格式必须和文件中的数据格式相同，否则读取的数据可能会出现错误，以“%”开头，有%c、%d、%e、%f、%g、%i、%o、%s、%u、%x等（与C语言相同）；count为成功读取的数据元素个数，可省略；a返回读取的数据；size为需要读取的数据个数，如果省略，则读到文件末尾，size的取值可以有：
▪n：
读n个数据到一个列向量
▪inf：
读到文件末尾，数据放到一个列向量
▪[m,n]：
读出的数据个数为m×n，数据放到矩阵中，读出的数据按列的顺序填充矩阵，不够的数据用0填补。
【例8.5续】读取Ex0805.txt文件的前四个字符。
fid=fopen（'Ex0805.txt'）
fid=
3
a1=fscanf（fid,'%s',4）%以字符串格式读取四个数据
a1=
a123
fclose（fid）
ans=
0
2.fprintf命令
fprintf命令为写格式化数据。
语法：
count=fprintf（fid,format,a,…）%写入格式化数据
说明：
fid为文件指针，所指为二进制文件；a为矩阵数据，将a写到fid指向的文件；format为写入的格式，除了包含fscanf命令的数据格式之外，还有%E、%G、%X，并具有对齐格式-（左对齐）、+（右对齐）、0（补齐位数），还有转义字符；count为成功写入数据的个数。
【例8.6】使用Ex0805.txt文件进行读取和写入数据。
a='%Thisisaexample.';
fid=fopen（'Ex0805.txt','a+'）%打开Ex0803.txt文件在末尾添加
fid=
3
fprintf（fid,'%s',a）%写入a到文件末尾
ans=
19
fclose（fid）%关闭文件
ans=
0
fid=fopen（'Ex0805.txt','r'）%打开Ex0803.txt文件只读
fid=
3
fscanf（fid,'%s'）%读取文件所有内容
ans=
a123b456%Thisisaexample.%Thisisaexample.%Thisisaexample.%Thisisaexample.
fclose（fid）
ans=
0
程序分析：
在向文件中写入数据后，先关闭文件，然后再打开文件则从文件开头读取数据，如果写完数据后直接读取数据，则实际读取数据的位置将从写入的最后一个数据之后开始。
3.fgetl和fgets命令
fgetl和fgets命令都是用来读取文件的下一行，两者的差别是fgetl会舍去换行符，而fgets则保留换行符。
语法：
tline=fgetl（fid）%读取文件的下一行，不包括换行符
tline=fgets（fid）%读取文件的下一行，包括换行符
tline=fgets（fid,nchar）%限制读取文件字符个数
说明：
fid为文件指针；tline为以字符串形式的返回值，如果到文件末尾则返回-1；nchar为最多返回的字符个数。
【例8.6续】以行的形式读取Ex0805.txt文件。
fid=fopen（'Ex0805.txt','r'）;%打开Ex0803.txt文件只读
fgetl（fid）%读取第一行数据
ans=
a123
fgets（fid）%读取第二行数据
ans=
b456
fgets（fid,10）%读取第三行数据，限制10个字符
ans=
%Thisisa
fgets（fid,10）
ans=
example.%
8.2.3读写二进制数据
fread命令为读二进制数据。
语法：
[a,count]=fread（fid,size,precision,skip）%读取二进制数据
说明：
fid为文件指针；size与fscanf命令含义相同；precision为一个字符串，用来指定读取数据的精度，即数据类型，有'uchar'、'schar'、'int8'、'int16'、'int32'、'int64'、'unit8'、'unit16'、'unit32'、'unit64'、'single'、'float32'、'double'、'float64'等，可省略；a为矩阵数据；count为成功读取的数据元素个数，可省略；skip为每读取一个数据后跳过的字节数，可省略。
2.写数据
fwrite命令为写二进制数据。
语法：
count=fwrite（fid,a,precision,skip）%写二进制数据
说明：
fid为文件指针；a为矩阵数据；precision和skip参数含义与fread命令相同；count为成功写入数据的个数。
【例8.7】写入数据到MAT文件中，并读取数据。
x1=1:
10;
[fid,message]=fopen（'Ex0805.mat','a'）%打开文件添加数据
fid=
4
message=
''
count1=fwrite（fid,x1）%写入数据
count1=
10
x2=11:
15;
count2=fwrite（fid,x2）%添加数据
count2=
5
status=fclose（fid）;
fid=fopen（'Ex0805.mat','r'）;%打开文件只读
a1=fread（fid,[2,5]）%读取数据
a1=
13579
246810
a2=fread（fid,[1,5]）
a2=
12345
fclose（fid）;
8.2.4文件定位
1.fseek
升级会员 