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Matlab与VC混合编程的实现方法
vc调用matlab函数
2008-12-2410:
20
Matlab是由MathWorks公司于1984年推出的数值计算及图形处理软件，可以实现数值分析、优化、统计、偏微分方程数值解、自动控制、信号处理、图像处理等若干领域的计算和图形显示功能。
其中，控制系统工具箱的集成为设计和分析各种复杂的控制系统提供了有效的方法和途径。
但是，由于Matlab开发平台的局限性，在其上面开发的程序不能脱离Matlab运行环境，因而在处理一些实际应用问题时显得灵活性不足，而VC++则在一定程度上能够弥补这一漏洞，因此，现将二者结合共用，各献其长，可以为科研工作和工程开发提供了更为强大的技术支持。
1、Matlab与VC混合编程的实现方法
Matlab作为控制系统设计的一种通用工具，它可以和VC方便的进行连接。
一般而言，Matlab与VC混合编程的实现方法主要有以下三种方法：
（1）通过引擎（Engine）,采用客户机服务器的计算模式，通过Window的ActiveX通道和Matlab进行连接。
具体应用时，往往在VC中设计程序框架，以编译的程序作为前端客户机；通过调用Matlab引擎在后台实现与服务器的连接，实现动态通信
（2）应用Matlab数学函数库，Matlab中包含了内容丰富的函数库，而且还提供了与VC的数学函数接口，用户可以方便的在VC的IDE（集成开发环境）中调用。
（3）通过DLL实现VC与Matlab的混合编程。
DLL是一个可执行的二进制文件。
把很多通用的功能放在DLL中，可以供多个应用程序调用，这样可以很好的减少外部存储空间的占有量，并实现代码的共享[2]。
在上述三种方法中，第一种方法对调用Matlab的工具箱很实用，所有在进行控制系统的设计和分析时，一般都是通过调用Matlab引擎（Engine）来实现的。
本文主要介绍采用通过引擎（Engine）来实现VC与Matlab的混合编程。
2、MATLAB引擎简介
Matlab引擎是Matlab提供的一系列程序的结合，它允许用户在自己的应用程序中对Matlab进行调用，将Matlab作为一个操作引擎使用，使其在后台运行。
一般Matlab引擎采用客户机/服务器（Client/Sever）计算方式，就是一种把应用处理负载分布到客户机和服务器上的一种计算模式，客户机和服务器既可以是存在于同一台计算机，也可以通过网络来实现信息共享。
一般情况下，客户机是运行前端软件的PC机，并且知道如何与服务器通信，服务器与此相对应，是接收请求信息，并采取相应行的机器。
由于客户机和服务器共同承担处理负载，使系统总体性能大为提高。
在实际应用过程中,把VC的C语言或C++语言的程序作为前端客户机程序,它从Matlab引擎接收数据信息,并与引擎传递命令的数据信息。
表1是几种常用的Matlab引擎调用函数。
表1Matlab引擎常用调用函数
通过Matlab引擎用户可以完成以下任务：
首先，可以将Matlab作为一个功能强大的和可编程的数学函数库，调用Matlab中的大量的数学计算函数，完成复杂的计算任务；其次，可以为一个特定的任务构建一个完整的系统，前台的用户界面用高级语言编写，后台的计算任务由Matlab引擎来完成；最后，用户不但可以在本地计算机上调用Matlab引擎，而且还可以通过网络调用其它计算机上的Matlab引擎，这样可以很好的实现资源的共享和作业的分工合作。
3、Matlab引擎实现VC和Matlab混合编程的步骤
要想在VC集成环境下利用Matlab引擎实现VC和Matlab的混合编程，一般需要经过以下几个必要的步骤：
（1）VisualC++6.0编译环境的设置：
通过菜单Tools/Options，打开VisualC++6.0设置属性页，进入Directorie页面，在ShowDirectoriesfor下拉列表中选择IncludeFiles，添加路径：
D：
\Matlab6p5\extern\include（在Matlab的安装路径下）；再选择下拉列表中的LibraryFiles，添加路径：
D：
\Matlab6p5\extern\lib\win32\Microsoft\msvc60（在Matlab的安装路径下）。
编译环境只需设置一次。
（2）添加库文件:
通过菜单Projects|settings，进入Link页面，在Object/LibraryModules框中，添加库文件名：
libmx.lib、libmat.lib、libeng.lib。
每个新的工程文件都要单独添加库文件。
（3）在使用engine函数的程序头文件中包含如下两个头文件:
#include"engine.h"
#include
（4）在应用程序中添加调用Matlab引擎的程序代码：
{
Engine*ep;
if（!
（ep=engOpen（"\0"）））//打开Matlab引擎，建立与本地Matlab的连接
{
fprintf（stderr,"\nCan'tstartMATLABengine\n"）;
exit（-1）;
}
以上步骤是对VC与Matlab混合编程的编译环境进行设置，在完成了以上基本步骤后就可以利用Matlab引擎库函数engEvalString来调用Matlab的内建函数了。
根据上面的方法，下面通过一个具体的实力来说明如何实现VC与Matlab混合编程、它们之间的数据通信以及VC环境下对Matlab命令的调用。
首先，利用VC++6.0的MFC建立一个单文档结构的应用程序，加入一个菜单资源，为其映射相应的功能函数；
其次，根据Matlab引擎实现VC和Matlab的混合编程步骤（见第三部分）为程序设置相应的编译环境并添加连接库函数；
然后，调用Matlab的内建函数和命令，主要编写程序代码如下：
…
staticdoubleAreal[6]={1,2,3,4,5,6};
mxArray*T=NULL,*a=NULL,*d=NULL;
doubletime[10]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};
/*利用mx函数库创建矩阵，传递参数。
*/
T=mxCreateDoubleMatrix（1,10,mxREAL）;
memcpy（（char*）mxGetPr（T）,（char*）time,10*sizeof（double））;
/*通过上面创建的MatlabEngine连接句柄将参数传递给Server端*/
engPutVariable（ep,"T",T）;
/*调用Matlab内建的函数和指令*/
engEvalString（ep,"D=.5.*（-9.8）.*T.^5;"）;
engEvalString（ep,"plot（T,D）;"）;
…
最后，添加头文件：
#include"matlab.h"
编译运行，就可以得到如（图1）所示的结果。
图1调用Matlab引擎输出结果
上面例子是VC和Matlab的混合编程的一个简单应用，在实际的数值计算，控制系统开发等工程应用中，可以很好的利用VC和Matlab的混合编程技术，从而简化应用程序的开发工作量。
5、结论
Matlab提供了强大的数学计算功能和丰富的工具箱,使用VC和Matlab的混合编程,可以发挥各自特长,缩短工程应用软件的开发周期,同时也提高了程序的运行效率。
其中，基于客户机/服务器计算模式的Matlab引擎是实现VC与Matlab混合编程的一种常用方法。
通过对引擎调用与数据组织方式的面向对象的设计,将数据组织透明化,极大地简化了程序设计过程,封装了对Matlab引擎的访问和与Matlab服务器进行数据交换的细节,为用户提供了一个友好的编程接口环境。
VC++与Matlab混合编程之引擎操作详解
Postedon2006-12-0518:
58济公阅读（3516）评论（13） 编辑 收藏引用所属分类:
VCMatlab
VisualC++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Includefiles，添加路径：
"C:
\matlab\extern\include"（假定matlab安装在C:
\matlab目录）。
2）选择Libraryfiles，添加路径：
C:
\matlab\extern\lib\win32\microsoft\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/librarymodules编辑框中，添加文件名libmx.liblibmat.liblibeng.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：
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：
mxArray*mxCreateDoubleMatrix（intm,intn,mxComplexityComplexFlag）;
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：
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
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