MATLAB 与 C 语言的接口.docx
《MATLAB 与 C 语言的接口.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《MATLAB 与 C 语言的接口.docx（27页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
MATLAB与C语言的接口
MATLAB到C语言程序的转换可以由两种途径完成，其一是MATLAB自己提供的C语言翻译程序mcc,另一种是原第3方公司MathTools开发的MATCOM。
后者出现较早，功能远比MATLAB自己的翻译程序强大，所以MathTools公司已经被MathWorks公司收购，并已将其开发技术融于新推出的MATLAB6.0（Release12）中。
依本人的观点，二者都不完善，有大量的MATLAB函数及数据类型是不能兼容变换的，所以有时会发现将简洁的MATLAB程序翻译成C语言程序很晦涩。
翻译后的C程序几乎不适合手动去维护，更谈不上升级了。
有几个不兼容的地方是不能令人容忍的，例如eval（）函数在C翻译下是不兼容的，最新的MATLAB6才刚刚敢说已经部分兼容了，但离真正的兼容还有很长的路要走，有很多艰难的技术困难需要克服，短时间内不可能有突破性的进展。
另一个大的问题是，众所周知，MATLAB新的控制系统工具箱中定义了大量的LTI类，MATLAB5开始也允许使用类与对象的概念，这已经向“面向对象”的编程走了一大步，但MATLAB到C的翻译明显都不支持“对象”的数据类型，所以在控制系统分析与设计（当然还有其他的领域）中这样的转换几乎没有什么实际意义，所以不要将这样的转换太理想化。
从转换的程序速度来看，因为mcc和MATCOM都沿用了MATLAB的程序运算机制，所以不可能大幅度地提高程序运行速度。
相反地，如果将MATLAB程序中明显的瓶颈部分用C语言按照MEX格式编写，则可以大大加快速度。
在《科学运算语言MATLAB5.3程序设计及应用》一书中以例子做过探讨，MCC可以比快50%,而MEX的形式可能快上百倍。
〖举例〗分形问题：
从初始点（x0,y0）出发，按下面的公式生成新的点（x1,y1）
其中gi为（0,1）区间均匀分布的随机数。
要求从（x1,y1）再生成（x2,y2）,...，直至生成1,000,000个点（有点夸张，但太少了用MATLAB测时间不准）。
可以下载用MATLAB的M-函数写的程序、用Mex_C写的程序。
程序调用语句为：
>>N=1000000;v=rand（N,1）;tic;[x,y]=frac_tree（0,0,v,N）;toc
然后测试一下速度，再想法用MATCOM或MCC转换一下，再试试速度。
问题：
MATCOM程序到底比M函数快多少？
我用Mex_C实现的速度可是快100多倍啊！
下面有文章介绍，用MATCOM＋VC能平均快1.5倍（在别的应用上），依的观点，为了这区区1.5倍还不至于自己给自己找麻烦去用MATCOM。
这样看，可能MATLAB到C转换唯一的好处就是它能开发具有自主版权的软件了。
所以本人一般不太赞同用这样的转换方法去开发程序，尤其不赞成刻意追求MATLAB+C的方式。
本人认为：
除非必要，一般别采用这样的方法。
提出这样的观点，欢迎商榷。
MATCOM目前有BC和VC两个程序，MATLAB＋VC之家中收录了一些文章。
见到有下载区有这样的软件。
在这里给出一个下载区的链接
C++Builder调用Matlab的实现方法
国防科技大学机电工程与仪器系张云洲
摘要：
本文简要叙述了Matlab语言的优点，介绍了在用BorlandC++Builder语言开发的Windows应用程序中，调用matlab语言实现科学计算和图形绘制的方法。
关键词：
C++BuilderMatlab调用混合编程
1.引言
Matlab是一个高度集成的系统，集科学计算、图象处理、声音处理于一体，具有极高的编程效率。
近年来，Matlab已经从最初的“矩阵实验室”，渗透到科学与工程计算的多个领域，在自动控制、信号处理、神经网络、模糊逻辑、小波分析等多个方向，都有着广泛的应用。
BorlandC++Builder是一种新颖的可视化编程语言。
在工程应用中，我们一般用C++Builder语言编写应用程序，实现交互界面、数据采集和端口操作等，但C++Builder在数值处理分析和算法工具等方面，其效率远远低于Matlab语言。
在准确方便地绘制数据图形方面，Matlab语言更具有无可比拟的优势。
此外，Matlab还提供功能强大的工具箱。
但Matlab的缺点是不能实现端口操作和实时控制。
因此，若能将两者结合运用，实现优势互补，将获得极大的效益。
本文结合实际介绍了应用BorlandC++Builder3.0开发的Windos应用程序中，对Matlab的调用方法。
2.C++Builder调用Matlab的实现方案
2.1实现思路
在高版本的Maltab中（如MatlabV4.2）提供了DDE接口，用户可以通过Windows的DDE通讯基制实现外部调用。
这种实现方式比较简单，但将增大主程序代码，影响运行速度。
在Windows系统中，DLL是一种很特别的可执行文件，可以被多个Windows应用程序同时访问，具有固定的共享数据段。
该数据段的数据在DLL被Windows下载前会一直保留在内存中，因此可以通过DLL实现用户程序与Matlab之间的数据传输和函数调用。
具体地说，就是利用Matlab的32位动态连接库（DLL），生成相应的可以被C++Builder调用的DLL，用来提供二者之间的基本支撑环境。
只需在用户程序中加载该DLL，即可实现其数据段的共享。
然后在用户程序中操作DLL数据段的数据，并通过某种方式在用户程序中使Matlab执行该DLL，就可实现用户程序对Matlab的调用。
其形式可以是混合编程或函数调用，非常方便而高效。
2.2实现方式
Matlab提供了可外部连接的DLL文件，通过将其转换为相应的Lib文件，并加以必要的设置，就可以在C++Builder中直接进行Matlab函数调用，实现C++Builder语言与Matlab语言的混合编程。
2.2.1运行环境要求
由于Matlab提供的是32位的DLL。
其运行环境要求是MatlabV4.2或更高版本。
C++Builder可以进行32位编程，这里我们采用的是V3.0版本。
2.2.2C++Builder下LIB文件的生成
Matlab提供的Def文件允许用户通过Implib命令生成相应的Lib文件。
其命令格式为：
Implib?
?
?
.lib?
?
?
.def
在\extern\include目录下，提供了如下三个.Def文件：
_libeng.def，_libmat.def，_libmx.def
通过上述命令可以生成相应的三个Lib文件。
这些Lib文件中包含了可外部调用的Matlab函数的必要信息。
3.C++Builder调用Matlab实现计算和绘图
为清楚起见，通过一个简单的CBuilder例程进行说明。
该实例通过调用Matlab实现矩阵运算并绘制图形，来演示C++Builder对Matlab的调用。
在C++Builder编辑环境中，建立一个新的窗体MyForm，并放置一个按钮Demo。
将工程文件命名为Try.prj，其主函数为try.cpp。
在主函数中，我们将使用一个实现Matlab调用的子函数DemoMatlab，作为按钮Demo的响应事件。
其源代码如下：
#include
#pragmahdrstop
#include"Unit1.h"
#pragmapackage（smart_init）
#pragmaresource"*.dfm"
TMyForm*MyForm;
__fastcallTMyForm:
:
TMyForm（TComponent*Owner）
:
TForm（Owner）
{
}
void__fastcallTMyForm:
:
DemoClick（TObject*Sender）
{
DemoMatlab（）;//演示Matlab语言调用
}
----为了调用Matlab中的函数，必须进行必要的设置，将包含这些函数的文件加入工程文件Try.prj。
以下是操作过程：
a．在头文件中加入Engine.h。
其包含了启动Matlab调用和关闭的函数声明。
b．打开Project|Option…对话框，点击Directories/Conditionals
在IncludePath中，加入目录路径\extern\include，该路径包含了engine.h和matlab.h等有用的头文件。
在LibraryPath中，加入\bin和\extern\include。
这两个目录路径包含了可外部调用的DLL和LIB文件。
c.点选Project|AddtoProject…对话框，加入如下库文件：
_libeng.lib，_libmat.lib和_libmx.lib。
在进行了这些必要的设置之后，我们就可以选用适当的函数来实现目标。
以下是子函数DemoMatlab的程序代码。
voidDemoMatlab
{
Engine*eng;//定义Matlab引擎
charbuffer[200];//定义数据缓冲区
intarray[6]={1,2,3,4,5,6};
mxArray*S=NULL,*T=NULL;
engOpen（NULL）;//打开MATLAB引擎---①
S=mxCreateDoubleMatrix（1,6,mxREAL）;
//产生矩阵变量
mxSetName（S,"S"）;
memcpy（（char*）mxGetPr（S）,
（char*）array,6*sizeof（int））;
engPutArray（eng,S）;//将变量X置入Matlab的工作空间
engEvalString（eng,"T=S/S.^2;"）;
//计算
engEvalString（eng,"plot（S,T）;"）;
//绘制图形
…………
engOutputBuffer（eng,buffer,200）;
//获取Matlab输出
T=engGetArray（eng,"T"）;
//获得计算结果----②
engClose（eng）;
//关闭Matlab引擎，结束调用
mxDestroyArray（S）;
//释放变量
mxDestroyArray（T）;
}
若还需要执行其它功能和任务，那么按照上面介绍的方法，进行变量声明后，在①、②处加写需要的语句既可。
当然，使用这种方法调用Matlab不能脱离Matlab环境的支撑。
但当我们不需要看到Matlab的命令窗口时，可将其赋予Swhide属性而加以隐藏。
4.结语
按照本文介绍的方法来实现C++Builder下应用程序对Matlab的调用，可以充分利用Matlab强大的科学计算功能和丰富的工具箱，而且具有混合编程、方便高效的优点。
这是C++语言和其它高级语言所无法比拟的。
按照本文的方法，我们还可以编写程序来最充分地利用Matlab的其它资源，开发满足自己需要的程序，更有效地完成我们的工作。
VC++下如何利用Matlab工具箱进行数字信号处理
潘卫明赵敏张进芳
（南京航空航天大学测试工程系210016）
摘要：
本文详述了在Vc环诚氯绾卫肕atlab工具箱进行数字信号处理，全文以Matlab工具箱中功率谱密度分析函数为例，介绍了通过Matlab自带的引擎、Matlab自身的编译器以及利用MathTools公司的Matcom进行对工具箱函数的调用。
关键词：
MatlabM-文件引擎编译器MatcomVc++
Matlab的信号处理工具箱是信号算法文件的集合，它处理的基本对象是信号与系统，信号处理工具箱位于目录、Toolbox\Signal下，利用工具箱中的文件可以实现信号的变换、滤波、谱估计、滤波器设计等。
在其它的环境如Vc下如果能调用Matlab工具箱中的文件，会大大地加快一些算法的实现，同时其可靠性也很高。
利用Matlab引擎
Matlab引擎采用客户和服务器计算方式，在运用中，Vc的C语言或C++语言的程序作为前端客户机，它向Matlab引擎传递命令和数据信息，并从Matlab引擎接收数据信息，它提供了下列几个函数：
engOpen,engGetArray,engPutArray,engEvaString,
engOutputBuffer,engClose与客户机进行交互。
下面例程是在Vc下建一个基于对话框的应用程序，在对话框中设置一个Button控件OnMatlabEngine.,在对话框.cpp文件中加入”engine.h”和“math.h”头文件，下面给出部分程序清单。
VoidCtestmatlabDlg:
:
OnMatlabEngine（）{
Engine*ep;
mxArray*T=NULL,*result=NULL,*mFs=NULL,*mnfft=NULL;
doubledatax[1024];
charbuffer[1024];
for（intj=0;j<1024;j++）//注：
如通过采集卡采集数据可将采集的数据放在datax[]数组中,此循环就不需要
{
doublesamt=（double）（1.0/1024）;
datax[j]=sin（2.0*63.0*samt*3.1415926+1.15*3.1415926）;
}
double*pPxx,*pFxx;
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）;
}
doubleFs[1]={1024};//因为Matlab所有参与运算的参数都是矩阵的形式，因而下列几行将参数转变
doublenfft[1]={1024};//成Matlab可接受的矩阵形式。
T=mxCreateDoubleMatrix（1,1024,mxREAL）;
mnfft=mxCreateDoubleMatrix（1,1,mxREAL）;
mFs=mxCreateDoubleMatrix（1,1,mxREAL）;
mxSetName（T,"T"）;
mxSetName（mnfft,"mnfft"）;
mxSetName（mFs,"mFs"）;
memcpy（（char*）mxGetPr（T）,（char*）datax,1024*sizeof（double））;
memcpy（（char*）mxGetPr（mnfft）,（char*）nfft,sizeof（double））;
memcpy（（char*）mxGetPr（mFs）,（char*）Fs,1*sizeof（double））;
engPutArray（ep,T）;//将转化的参数放入引擎中，此时可在Matlabcommand窗口下查看此参数
engPutArray（ep,mnfft）;
engPutArray（ep,mFs）;
engEvalString（ep,"[pxx,fo]=psd（T,mnfft,mFs）;"）;//利用引擎执行工具箱中文件
engOutputBuffer（ep,buffer,512）;//如只想看显示图形，可将返回参数去掉，psd无返回参数缺省情况下会自动画图形
result=engGetArray（ep,"pxx"）;//取出引擎中的数据放在所指的区域中供后续处理
pPxx=mxGetPr（result）;
result=engGetArray（ep,"fo"）;
pFxx=mxGetPr（result）;
engEvalString（ep,"plot（fo,10*log10（pxx））;"）;//利用引擎画图
engEvalString（ep,"title（'功率谱分析'）;"）;
engEvalString（ep,"xlabel（'Hz'）;"）;
engEvalString（ep,"ylable（'db'）;"）;
mxDestroyArray（T）;//释放内存
mxDestroyArray（mFs）;
mxDestroyArray（mnfft）;
mxDestroyArray（result）;
engEvalString（ep,"close;"）;
engClose（ep）;
}
上述程序在Vc下编译需要将libeng.dll和libmx.dll两个动态库利用以下的命令：
lib/def:
<自己的Matlab的安装路径,下同>e:
\Matlab\extern\include\*.def/machine:
ix86/out:
*.lib来生成程序所需的静态连接库libeng.lib和libmx.lib,将libeng.lib和libmx.lib所在的目录加入Vc++project/link/object/librarymodules下即可。
利用Matlab自身的编译器调用工具箱中的函数
Matlab的编译器可将Matlab的M文件转换为为C或C++的源代码以产生完全脱离Matlab运行环境的独立的运用程序，但Matlab本身的资料说明编译器如用来建立独立的运用程序，不能调用Matlab工具箱中的函数，这非常不利于搞一些特殊的算法。
本人研究了一段时间发现，工具箱中的函数既然是M文件就一定可以用编译器来编译，以提供如Vc的调用函数，但是编译器只能编译一个独立的M文件，即这个M文件不依赖于其他的M文件。
如果M文件中又调用了其他的M文件，可将被调用的M文件拷贝到调用M文件的相应位置，作适当的改动就可以用于编译器编译。
编译器不支持图形函数，所以M文件中如有图形函数需注释掉。
当Matlab的编译器mcc加入适当的参数-e（mcc–e*.*）或-p（mcc–p*.*）就可生成将输入的M文件转换为适用于特定运用的C或C++源代码。
这样如果要在Vc下编译通过,还需连入以下几个库libmmfile.dll,libmatlb.dll,libmcc.dll,libmat.dll.libmx.dll.mibut.dll以及MatlabCMATH库，建议采用前述的方法将动态连接改为静态连接。
对于C/C++编译环境的设置，在Matlabcommand窗口下运行mex–setup然后依提示操作，而对于C/C++连接环境的设置，运行mbuild–setup依提示操作即可。
下面给出利用编译器将Matlab工具箱中psd.m文件生成可供Vc调用的函数。
将psd.m文件拷贝一份至Matlab\bin目录下，改写相应调用的M文件如nargchk.m,hanning.m等。
为生成的代码简洁，对于采集数据处理输入参数很明了的情况下可作大量的删减，最终使psd.m成为一个不依赖于其他M文件的独立的M文件，注意千万注释掉作图代码，最终改成如下形式，限于篇幅给出关键的几步：
function[Pxx,f]=psd（Fs,nfft,noverlap,x）
window=o,5*（1-cos（2*pi*（1:
nfft）’/（nffft+1）））;//hanning窗
dflag=’none’;
window=window（;）
………………………………….
以上只要稍懂Matlab语言和信号处理知识就可完成这项工作。
假设上述代码重新存为testwin.m,在Matlabcommand窗口下设置好环境参数运行mcc–etestwin,则可在Matlab\bin下生成testwin.c,如运行mcc–ptestwin则生成testwin.cpp.
Vc下建立一个基于对话框的文件，然后在对话框里加一个Button控件OnButtonPsd
将上述生成的.c文件的头文件加入到工程的.cpp中，且将#ifdef_cplusplus
extern“c”{
#endif
c代码声明加入Vc的包含文件和生成的.C的包含文件之间
将#ifdef_cplusplus
}
#endif加入.cpp文件未尾
为了简洁且便于处理将生成的c函数稍改动，给出部分代码如下：
voidCTestpsdwinDlg:
:
OnButtonPsd（）{
mxArray*x_rhs_;//指向采集数据存放区
Fs=23510;//数据采集的频率nfft=1024;//1024点的fft
doubledatax[1024]//采集的数据
x_rhs_mxCreateDoubleMatrix（1,1024,mxReal）;
memcpy（mxGetPr（x_rhs_）,datax,1024*sizeof（double））;
noverlap=512;
……………….
……………….
mccCopy（&Pxx,&Spec）;
mccCopy（&f,&frevgg_vector）;
for（intj=0;j<（int）（nfft/2+1）;j++）
{
datap[j]=mccGetRealVectorElement（&Pxx,（j+1））;//功率谱密度存于datap[]数组
dataf[j]=mccGetRealVectorElement（&f,（j+1））;//相应频率存于数组dataf[]中
}
mccFreeMatrix（&Pxx）;
……………….
SendMessageBox（WM_PAINT,0,0）;//利用Vc下的图形函数画图
Return;
}
如上生成的程序可读性不太好，而生成的c++代码则可读性较好，但千万注意只能用Matlab的MATH库，不可用c++的MATH库，否则编译会出错，限于篇幅在此不述。
3）利用Matcom调用工具箱中的函数
Matcom编译M文件，先将M文件按照与Matcom的cpp库的对应关系翻译为cpp源代码，然后用对应版本的c编译器将cpp文件编译成相应的exe或dll文件，所以第一次运行要指定c编译器的路径，否则无法编译，指定好的编译信息就写在Matcom\bin\matcom.
升级会员 