MATLAB与C++的接口问题.docx
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MATLAB与C++的接口问题
发信人:
zjliu（Robusting）,信区:
Matlab
标题:
MATLAB与C++的接口问题（zz）
发信站:
哈工大紫丁香（FriNov2212:
34:
292002）,转信
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Fortran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*/
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）
y=
y=
4
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
·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*/
}/*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++;
nzmax++;
}file:
//计算数据中非零元个数。
if（nzmaxnzmax=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.
*
*Copyright（c）1996-1998TheMathWorks,Inc.
*Allrightsreserved
*/
#include
#include
#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};
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,andplottheresult.
*/
/*
/*
*Createavariableforourdata.
*/
T=mxCreateDoubleMatrix（1,10,mxREAL）;/*创建一个矩阵*/
mxSetName（T,"T"）;/*设置矩阵的名字为“T”*/
memcpy（（void*）mxGetPr（T）,（void*）time,sizeof（time））;/*向矩阵“T”赋值
*/
/*
*把矩阵“T”置入MATLAB引擎
*/
engPutArray（ep,T）
/*
*Evaluateafunctionoftime,distance=（1/2）g.*t.^2
*（gistheaccelerationduetogravity）.
*/
engEvalString（ep,"D=.5.*（–9.8）.*T.^2;"）;/*执行MATLAB
命令：
D=.5.*（–9.8）.*T.^2；*/
/*
*绘制图象.
*/
engEvalString（ep,"plot（T,D）;"）;/*执行MATLAB命令：
绘图*/
engEvalString（ep,"title（'Positionvs.Timeforafalling
object'）;"）;/*执行MATLAB命令：
给图象加标题*/
engEvalString（ep,"xlabel（'Time（seconds）'）;"）;/*执行MATLAB命令：
设置X轴
坐标*/
engEvalString（ep,"xlabel（'Time（seconds）'）;"）;/*执
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