MATLAB 与 C 语言的接口.docx

1、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 MATLAB 6.0 (Release 12) 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

2、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 MATLAB 6 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，MATLAB 5 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

3、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 MATLAB 5.3 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 1,00

4、0,000 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 MATCOMVC 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

5、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Borland C+Builder语言开发的Windows

6、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+Builder Matlab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。 Borland C+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

7、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Borland C+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Matlab V4.2）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

8、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

9、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Matlab V4.2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。 2.2.2 C+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

10、令格式为： Implib ?.lib ?.def 在externinclude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

11、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 #pragma hdrstop #include Unit1.h #pragma package(smart_init) #pragma resource *.dfm TMyForm *MyForm; _fastcall TMyForm:TMyForm(TComponent* Owner) : TForm(Owner) void _fastcall TMyForm:DemoClick(TObject *Sender

12、) 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Include Path中，加入目录路径externinclude，该路径包含了engine.h和matlab.h等有用的头文件。 在Library Path中，加入bin和externinclude。这两个目录路径包含了可外部调用的D

13、LL和LIB文件。 c. 点选Project|Add to Project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。 void DemoMatlab Engine *eng; /定义Matlab引擎 char buffer200; /定义数据缓冲区 int array6=1,2,3,4,5,6; mxArray *S = NULL, *T = NULL; engOpen(NULL); /打开MATLAB 引擎 - S= mxCre

14、ateDoubleMatrix(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);

15、 /获得计算结果- 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、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

16、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：Matlab M-文件 引擎 编译器 Matco

17、m Vc+ 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、ToolboxSignal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, engPutArra

18、y, 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。 Void CtestmatlabDlg:OnMatlabEngine() Engine *ep; mxArray* T=NULL,*result=NULL,*mFs=NULL,*mnfft= NULL; double datax1024; char buffer1024; for(

19、int j=0;j1024;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 double samt=(double)(1.0/1024); dataxj=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,n Cant start MATLAB enginen); exit(-1); double Fs1=1024;/因为Matlab所有参与运算的参数都是矩阵的

20、形式，因而下列几行将参数转变 double nfft1=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*)

21、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Matlab command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

22、，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);); mxDes

23、troyArray(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:e: Matlabexterninclude*.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

24、+ project/link/object/library modules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

25、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Matlab C MATH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Matlab comm

26、and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Matlabbin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)

27、 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Matlab command 窗口下设置好环境参数运行mcc e testwin,则可在Matlabbin下生成testwin.c ,如运行mcc p testwin 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

28、工程的.cpp中，且将#ifdef_cplusplus extern “c” #end if 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 #end if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： void CTestpsdwinDlg: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 double datax1024/采集的数据 x_rhs_mxCreateDoubleMatrix(1,1024,mx

29、Real); memcpy(mxGetPr(x_rhs_),datax,1024*sizeof(double); noverlap=512; . . mccCopy(&Pxx,&Spec); mccCopy(&f,&frevgg_vector); for(int j=0;j(int)(nfft/2+1);j+) datapj=mccGetRealVectorElement(&Pxx, (j+1);/功率谱密度存于datap数组 datafj=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Matcombinmatcom.