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MATLAB

摘自北京理工大学BBS

MATLAB是什么东东？

不用我多说了，大批的高手会告诉你它的无数好处。

但是MATLAB程序存在的一般问题是：

1、运算速度较慢，特别是有fori=1:

forj=1:

......

end

end时，那你就死定了。

2、无法脱离MATLAB环境运行，虽然你可以用MATLAB自带的工具把M文件转成可执行程序，但是执行时，你只能看到一个黑黑的窗口，难道，这就是......Windows?

$%&%^$##%&。

3、GUI功能差。

许多大侠不愿意看到2中所述的DOS-Windows界面，于是使用了MATLAB带的GUI生成工具。

（不要扔臭鸡蛋！

我知道你用GraphicEditor改了一下界面，发现以前的工作全都白做了——因为被覆盖了，西西）但是MATLAB提供的控件和事件实在有限。

GUI界面做好后放在机器里，向尚未进实验室的师妹（们）炫耀一下，还勉强可以增加一些魅力值。

如果被专家看到了，西西。

只怕效果不太美妙。

因此，如果能够实现MATLAB与VC或者BC或者C++BUILDER等可视化设计语言的交互，提高速度，美化界面，使程序更符合Windows的规范，同时又利用MATLAB的强大功能，对任何人来说都很有意义。

我在课题中涉及到了部分MATLAB与C++的接口知识，在这里总结出来，算是抛砖引玉吧。

其中错误以及偏颇的地方，尚请各位大侠以及高手多多指教，谢谢！

（一）接口种类

用C++（或者C）语言操作MATLAB，有三种途径：

·MEX文件

在MATLAB中可调用的C或Fortran语言程序称为MEX文件。

MATLAB可以直接把MEX文件视为它的内建函数进行调用。

MEX文件是动态链接的子例程，MATLAB解释器可以自动载入并执行它。

MEX文件主要有以下用途：

对于大量现有的C或者Fortran程序可以无须改写成MATLAB专用的M文件格式而在MATLAB中执行。

对于那些MATLAB运算速度过慢的算法，可以用C或者Frotran语言编写以提高效率。

·MAT文件应用程序

MAT文件是MATLAB专用的用于保存数据至磁盘和向MATLAB导入、从MATLAB导出数据的数据文件格式。

MAT文件提供了一种简便的机制，它允许你在两个平台之间以灵活的方式移动数据。

而且，它还提供了一种途径来向其它单机MATLAB应用导入或者导出数据。

为了简化在MATLAB环境之外对MAT文件的使用，MATLAB给出了一个操作例程库，通过它，我们可以使用C/C++或者Fortran程序读写MAT文件。

·引擎应用程序

MATLAB提供了一系列的例程使得别的程序可以调用MATLAB，从而把MATLAB用作一个计算引擎。

MATLAB引擎程序指的是那些通过管道（在UNIX系统中）或者ActiveX（在Windows系统中）与独立MATLAB进程进行通信的C/C++或者Fortran程序。

MATLAB同样提供了一个函数库来启动或者结束MATLAB进程、与MATLAB交换数据以及发送MATLAB命令。

（二）MEX文件

1、一个MEX的例子

#include"mex.h"

*timestwo.c-examplefoundinAPIguide

*Computationalfunctionthattakesascalaranddoublesit.

*ThisisaMEX-fileforMATLAB.

*Copyright（c）1984-1998TheMathWorks,Inc.

/*$Revision:

1.5$*/

/*本MEX文件的目的是实现timestwo的功能

voidtimestwo（doubley[],doublex[]）是你的C++函数*/

voidtimestwo（doubley[],doublex[]）

{

y[0]=2.0*x[0];

}

/*下面这个mexFunction的目的是使MATLAB知道如何调用这个timestwo函数*/

voidmexFunction（intnlhs,mxArray*plhs[],

intnrhs,constmxArray*prhs[]）

/*nlhs是MATLAB命令行方式下输出参数的个数；

*plhs[]是MATLAB命令行方式下的输出参数；

nrhs是MATLAB命令行方式下输入参数的个数；

*prhs[]是MATLAB命令行方式下的输入参数；*/

{

double*x,*y;

intmrows,ncols;

/*Checkforpropernumberofarguments.*/

if（nrhs!

=1）{

mexErrMsgTxt（"Oneinputrequired."）;

}elseif（nlhs>1）{

mexErrMsgTxt（"Toomanyoutputarguments"）;

}

/*在MATLAB命令行方式下，本MEX文件的调用格式是y=timestwo（x）

输入参数（x）个数＝1，输出参数（y）个数＝1，所以在程序一

开始就检查nrhs是否＝1以及nlhs是否>1（因为MATLAB有一个缺省

输出参数ans，所以nlhs可以=0*/

/*Theinputmustbeanoncomplexscalardouble.*/

mrows=mxGetM（prhs[0]）;/*获得输入矩阵的行数*/

ncols=mxGetN（prhs[0]）;/*获得输入矩阵的列数*/

if（!

mxIsDouble（prhs[0]）||mxIsComplex（prhs[0]）||

（mrows==1&&ncols==1））{

mexErrMsgTxt（"Inputmustbeanoncomplexscalardouble."）;

}/*判断输入矩阵是否是double类，以及它是否只包括单个元素*/

/*为输出创佳一个矩阵，显然这个矩阵也应该是1x1的*/

plhs[0]=mxCreateDoubleMatrix（mrows,ncols,mxREAL）;

/*获得指向输入/输出矩阵数据的指针*/

x=mxGetPr（prhs[0]）;

y=mxGetPr（plhs[0]）;

/*调用C++函数timestwo（y,x）*/

timestwo（y,x）;

}

把上面这个文件用MEX编译后，MATLAB命令行下调用的实例

x=2;

y=timestwo（x）

2、MEX文件的编程规则

（1）编制自己的C++算法程序

（2）紧跟着定义mexFunction函数，mexFunction的定义法唯一：

它只能是如下形式:

voidmexFunction（intnlhs,mxArray*plhs[],

intnrhs,constmxArray*prhs[]）

其名称和参数类型不许有任何改变，在mexFunciton函数中可以调用你刚定义好的C++程序。

3、MEX文件的编译

MATLAB提供了专门编译MEX文件的工具：

mex，它可以把你做好的C++源程序编译成.mex文件供MATLAB在命令行方式下调用。

调用时输入你的C++函数名（上例中为timestwo）。

具体mex的设置和使用方法可以在MATLAB命令行方式下用helpmex命令获得。

（三）MAT文件

1、概述

.MAT文件是MATLAB专用的数据存储格式，由于MATLAB提供了一套可供MATLAB调用的API函数集，所以我们完全可以在C++中访问.MAT文件。

这样做的意义是：

你可以把计算过程留给MATLAB，而用C++对计算结果进行分析或者可视化处理。

2、接口

MATLAB提供的API函数集封装于下面两个标准DLL文件中：

libmat.dll,libmx.dll。

前者用于对MAT文件的操作，后者用于对MAT文件中矩阵的操作。

他们的存放路径为：

\bin。

在\extern\include中有与前面两个DLL对应的DEF文件：

libmat.edf,libmx.dbf。

其导出函数的原型位于同一目录下的

mat.h和matrix.h中

有了这些DLL、DEF、H文件，该怎么用C++调用API函数就不用我多说了吧。

3、MATLAB中常用的矩阵类型

·（复）双精度矩阵（ComplexDouble-PrecisionMatrices）

MATLAB中最常用的数据类型便是（复）双精度、非稀疏矩阵，这些矩阵的元素都是双精度（double）的，矩阵的尺寸为m×n，其中m是总行数，m是总列数。

矩阵数据实际存放在两个双精度向量中——一个向量存放的是数据的实部，另一个向量存放的是数据的虚部。

指向这两个向量的指针一般被写做“pr”（pointertorealdata，指向实数据的指针）和“pi”（pointertoimaginarydata，指向虚数据的指针）”。

如果一个矩阵的pi为空的话，说明它是实双精度矩阵。

·稀疏矩阵（SparseMatrices）

MATLAB中稀疏矩阵的存储格式与众不同。

如同双精度矩阵一样，它拥有参数pr和pi，同时它还具用三个附加的参数：

nzmax，ir以及jc。

nzmax是个整型数，其值为向量ir及pr、pi（如果存在的话）可能的最大长度。

它是稀疏矩阵中不为零的元素的个数。

ir指向一个长度为nzmax的整型数阵列，阵列包含的是pr和pi中对应元素的行号。

jc指向一个长度为N+1的整型数阵列（N为矩阵的列数），其中包含的是列号信息。

对于任意的j，如果0≤j≥N-1，jc[j]是第j列中第一个非零项在ir、pr（以及pi）中的序号，jc[j+1]-1是第j列最后一个非零项的序号。

因此jc[N]总等于nnz——矩阵中非零项的总个数。

如果nnz小于nzmax，可以继续向矩阵中添加非零项而无需分配额外的存储空间

。

4、主要函数举例：

·MATFile*matOpen（constchar*filename,constchar*mode）——打开/创建

·MATFile*matOpen（constchar*filename,constchar*mode）——打开/创建一个MAT文件；

·intmatClose（MATFile*pMF）——关闭一个MAT文件；

·mxArray*mxCreateDoubleMatrix（intm,intn,mxComplexityflag）

——创建一个（复）双精度矩阵；

·mxArray*mxCreateSparse（intm,intn,intnzmax,mxComplexityflag）

——创建一个稀疏矩阵；

·mxArray*matGetNextArray（MATFile*pMF）——获得MAT文件里面下一个矩阵；

·constchar*mxGetName（constmxArray*pa）——获得矩阵pa的名称；

·voidmxSetName（mxArray*pa,constchar*s）——为矩阵pa设置一个名称；

·intmxGetM（constmxArray*pa）——获得矩阵pa的总行数；

·intmxGetN（constmxArray*pa）——获得矩阵pa的总列数；

·double*mxGetPr（constmxArray*pa）——获得矩阵pa的pr指针；

·int*mxGetIr（constmxArray*pa）——获得稀疏矩阵pa的ir指针；

·int*mxGetJc（constmxArray*pa）——获得稀疏矩阵pa的jc指针；

·intmatPutArray（MATFile*pMF,constmxArray*pA）

——把矩阵pA存储入MAT文件pMAF；

·voidmxDestroyArray（mxArray*pa）——释放矩阵pa（把它从内存中撤销）；

5、两个例子：

·获取一个MAT文件中第一个矩阵的信息

typedefstruct{

charszFileName[256];

MATFile*pMatFile;

mxArray*pArray;

charszArrayName[64];

charszErrMsg[256];

unsignedintnArrayDim[2];

boolbIsSparse;

}MATFileStruct;

intGetMATFileStruct（MATFileStruct*pMAThdr）

{

if（（pMAThdr->pMatFile=matOpen（pMAThdr->szFileName,"r"））==NULL）

{strcpy（pMAThdr->szErrMsg,"Can'topenthismatfile"）;

return（0）;

}/*打开一个MAT文件*/

if（（pMAThdr->pArray=matGetNextArray（pMAThdr->pMatFile））==NULL）

{strcpy（pMAThdr->szErrMsg,"Can'tgetarrays"）;

matClose（pMAThdr->pMatFile）;

return（0）;

}/*获取MAT文件中的第一个矩阵*/

pMAThdr->nArrayDim[0]=mxGetM（pMAThdr->pArray）;/*获取其行数*/

pMAThdr->nArrayDim[1]=mxGetN（pMAThdr->pArray）;/*获取其列数*/

strcpy（pMAThdr->szArrayName,mxGetName（pMAThdr->pArray））;/*获取其名称*/

pMAThdr->bIsSparse=mxIsSparse（pMAThdr->pArray）;/*判断它是否是系数矩阵*/

mxDestroyArray（pMAThdr->pArray）;/*在内存中撤销这个矩阵*/

matClose（pMAThdr->pMatFile）;/*关闭MAT文件*/

return

（1）;

}

·创建稀疏矩阵并赋值

inti,j,k,m,n,nzmax,*ir,*jc;

double*pr;

unsignedshort*pData;

mxArray*pa;file:

//初始化。

m=pLCMShdr->TrueHdr.nArrayDim[0];file:

//获得原矩阵行数。

n=pLCMShdr->TrueHdr.nArrayDim[1];file:

//获得原矩阵列数。

nzmax=0;

for（i=0;i

{if（pData[i]!

=0）

nzmax++;

}file:

//计算数据中非零元个数。

if（nzmax

nzmax=n;

pa=mxCreateSparse（m,n,nzmax,mxREAL）;/*创建一个空的稀疏矩阵pa。

mxSetName（pa,pLCMShdr->TrueHdr.szArrayName）;/*为稀疏矩阵pa设置名称。

pr=mxGetPr（pa）;file:

//获得pa的pr指针。

ir=mxGetIr（pa）;file:

//获得pa的ir指针。

jc=mxGetJc（pa）;file:

//获得pa的jc指针。

k=0;

for（j=0;j

{jc[j]=k;file:

//jc[j]：

截至到第j列非零元的个数。

for（i=0;i

{if（pData[i]!

=0）file:

//如果第j列第i行的元素是个非零元。

{ir[k]=i;file:

//记录下第k个非零元的行号。

k++;

}

pData+=m;file:

//移动pData指针到下一列。

}

jc[n]=k;file:

//jc[n]等于矩阵中非零元的个数。

matPutArray（pmat,pa）;file:

//把稀疏矩阵pa存入MAT文件pmat。

mxDestroyArray（pa）;file:

//从内存中撤销矩阵pa。

（五）引擎应用程序

1、简介

引擎应用程序的实质是把MATLAB做为一个引擎，它允许从你自己的C++程序调用这个引擎。

在运行时，引擎作为一个进程单独运行，你的C++程序也作为一个进程单独运行，二者可以通过进程间的通信机制进行交互。

2、引擎库

MATLAB引擎库包含了若干个控制MATLAB引擎的函数，如下所示：

engOpen启动MATLAB引擎

engClose关闭MATLAB引擎

engGetArray从MATLAB引擎中获取一个MATLAB矩阵

engPutArray向MATLAB引擎发送一个MATLAB矩阵

engEvalString执行于一个MATLAB命令

engOutputBuffer创建一个存储MATLAB文本输出的缓冲区

同时，引擎应用程序还可以使用前面提到的API函数。

3、一个例子

从这个示例中，我们看出引擎应用程序是如何编制的：

/*$Revision:

1.3$*/

*engdemo.c

*Thisisasimpleprogramthatillustrateshowtocallthe

*MATLABenginefunctionsfromaCprogram.

*Allrightsreserved

#include

#include"engine.h"

#defineBUFSIZE256

intmain（）

{

Engine*ep;

mxArray*T=NULL,*result=NULL;

charbuffer[BUFSIZE];

doubletime[10]={0.0,1.0,2.0,3.0,4.0,5.0,6.0,7.0,

8.0,9.0};

6-6

*StarttheMATLABenginelocallybyexecutingthestring

*"matlab".

*Tostartthesessiononaremotehost,usethenameof

*thehostasthestringratherthan\0

*Formorecomplicatedcases,useanystringwithwhitespace,

*andthatstringwillbeexecutedliterallytostartMATLAB.

if（!

（ep=engOpen（"\0"）））{

fprintf（stderr,"\nCan'tstartMATLABengine\n"）;

returnEXIT_FAILURE;

}/*启动MATLAB引擎*/

*PARTI

*Forthefirsthalfofthisdemonstration,wewillsenddata

*toMATLAB,analyzethedata,andplot

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