MATLAB与C++的接口问题.docx

1、MATLAB与C+的接口问题 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MATL AB程序存在的一般问题是： 1、运算速度较慢，特别是有for i=1:? for j=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MATL AB带的GUI生成工具。（不要扔臭鸡蛋！我知道你用Graphic Edito

2、r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

3、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

4、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。

5、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 - example found in API guide * * Computational function that takes a scalar and doubles it. * * This is a MEX-file for MATLAB. * Copyright (c) 1984-1998 The MathWorks, Inc. */ /* $Revision: 1.

6、5 $ */ /* 本MEX文件的目的是实现timestwo的功能 void timestwo(double y, double x)是你的C+函数 */ void timestwo(double y, double x) y0 = 2.0*x0; /*下面这个mexFunction的目的是使MATLAB知道如何调用这个timestwo函数*/ void mexFunction( int nlhs, mxArray *plhs, int nrhs, const mxArray *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

7、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; int mrows,ncols; /* Check for proper number of arguments. */ if(nrhs!=1) mexErrMsgTxt(One input required.); else if(nlhs1) mexErrMsgTxt(Too many output arguments); /* 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，

8、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 */ /* The input must be a noncomplex scalar double.*/ mrows = mxGetM(prhs0); /* 获得输入矩阵的行数 */ ncols = mxGetN(prhs0); /* 获得输入矩阵的列数 */ if( !mxIsDouble(prhs0) | mxIsComplex(prhs0) | !(mrows=1 & ncols=1) ) mexErrMsgTxt(In

9、put must be a noncomplex scalar double.); /* 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 */ plhs0 = mxCreateDoubleMatrix(mrows,ncols, mxREAL); /* 获得指向输入/输出矩阵数据的指针 */ x = mxGetPr(prhs0); y = mxGetPr(plhs0); /* 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

10、; 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: void mexFunction( int nlhs, mxArray *plhs, int nrhs, const mxArray *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

11、行方式下调用。调用时输入你的C+函数名（上例中为timestw o）。具体mex的设置和使用方法可以在MATLAB命令行方式下用help mex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

12、矩阵的操作。他们的存放路径为：bin。 在externinclude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（Complex Double-Precision Matrices） 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mn，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

13、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” （pointer to real data，指向实数 据的指针）和“pi” （pointer to imaginary data，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（Sparse Matrices） 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

14、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0jN-1，jcj是第j列中第一个非零项在ir、pr（以及pi）中的 序号，jcj+1-1是第j列最后一个非零项的序号。因此jcN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(const char *filename, const char * mode)打开/创建 MA

15、TFile *matOpen(const char *filename, const char * mode)打开/创建 一个MAT文件； int matClose(MATFile *pMF)关闭一个MAT文件； mxArray *mxCreateDoubleMatrix(int m, int n, mxComplexity flag) 创建一个（复）双精度矩阵； mxArray *mxCreateSparse(int m, int n, int nzmax, mxComplexity flag) 创建一个稀疏矩阵； mxArray *matGetNextArray(MATFile *pMF)

16、获得MAT文件里面下一个矩阵； const char *mxGetName(const mxArray *pa)获得矩阵pa的名称； void mxSetName(mxArray *pa,const char *s)为矩阵pa设置一个名称； int mxGetM(const mxArray *pa)获得矩阵pa的总行数； int mxGetN(const mxArray *pa)获得矩阵pa的总列数； double *mxGetPr(const mxArray *pa)获得矩阵pa的pr指针； int *mxGetIr(const mxArray *pa)获得稀疏矩阵pa的ir指针； int

17、*mxGetJc(const mxArray *pa)获得稀疏矩阵pa的jc指针； int matPutArray(MATFile * pMF, const mxArray * pA) 把矩阵pA存储入MAT文件pMAF； void mxDestroyArray(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 typedef struct char szFileName256; MATFile* pMatFile; mxArray* pArray; char szArrayName64; c

18、har szErrMsg256; unsigned int nArrayDim2; bool bIsSparse; MATFileStruct; int GetMATFileStruct(MATFileStruct *pMAThdr) if(pMAThdr-pMatFile=matOpen(pMAThdr-szFileName,r)=NULL) strcpy(pMAThdr-szErrMsg,Cant open this mat file); return(0); /*打开一个MAT文件*/ if(pMAThdr-pArray=matGetNextArray(pMAThdr-pMatFile)

19、=NULL) strcpy(pMAThdr-szErrMsg,Cant get arrays); 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-nArrayDim0=mxGetM(pMAThdr-pArray); /*获取其行数*/ pMAThdr-nArrayDim1=mxGetN(pMAThdr-pArray); /*获取其列数*/ strcpy(pMAThdr-szArrayName,mxGetName(pMAThdr-pArray); /*获取其名称*/ pMAT

20、hdr-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 int i,j,k,m,n,nzmax,*ir,*jc; double *pr; unsigned short *pData; mxArray *pa; file:/初始化。 m=pLCMShdr-TrueHdr.nArrayDim0; file:/获得原矩阵行数。

21、n=pLCMShdr-TrueHdr.nArrayDim1; file:/获得原矩阵列数。 nzmax=0; for(i=0;im*n;i+) if(pDatai!=0) nzmax+; nzmax+; file:/计算数据中非零元个数。 if(nzmaxTrueHdr.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;jn;j+) jcj=k; file:/j

22、cj：截至到第j列非零元的个数。 for(i=0;i if(pDatai!=0) file:/如果第j列第i行的元素是个非零元。 irk=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。 jcn=k; file:/jcn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

23、。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

24、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 * * This is a simple program that illustrates how to call the * MATLAB engine functions from a C program. * * Copyright (c) 1996-1998 The MathWorks, Inc. * All rights reserved */ #include #include #include #include engine.h #define B

25、UFSIZE 256 int main() Engine *ep; mxArray *T = NULL, *result = NULL; char bufferBUFSIZE; double time10 = 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 /* * Start the MATLAB engine locally by executing the string * matlab. * * To start the session on a remote host, use the name of

26、 * the host as the string rather than 0 * * For more complicated cases, use any string with whitespace, * and that string will be executed literally to start MATLAB. */ if (!(ep = engOpen(0) fprintf(stderr, nCant start MATLAB enginen); return EXIT_FAILURE; /*启动MATLAB引擎*/ /* * PART I * * For the firs

27、t half of this demonstration, we will send data * to MATLAB, analyze the data, and plot the result. */ /* /* * Create a variable for our data. */ 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 */ /

28、* * 把矩阵“T”置入MATLAB引擎 */ engPutArray(ep, T) /* * Evaluate a function of time, distance = (1/2)g.*t.2 * (g is the acceleration due to gravity). */ 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(Position vs. Time for a falling 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);); /*执行MATLAB命令：设置X轴 坐标*/ engEvalString(ep, ylabel(Positi