VC中調用matlab函數

 

感覺這篇比上一篇講得更清楚，尤其是有關API介面的函數

Visual C++是當前主流的應用程式開發環境之一，開發環境強大，開發的程式執行速度快。但在科學計算方面函數庫顯得不夠豐富、讀取、顯示資料圖形不方便。Matlab是一款將數值分析、矩陣計算、訊號處理和圖形顯示結合在一起，包含大量高度整合的函數可供調用，適合科學研究、工程設計等眾多學科領域使用的一種簡潔、高效的編程工具。不過由於Matlab使用的是解釋性語言，大大限制了它的執行速度和應用場合。基於VC和Matlab混合編程是很多熟悉VC++編程而又需要進行科學計算、資料模擬的科研人員常用的一種方式，其中最簡單也最直接的方法就是調用Matlab引擎。本文以下部分將詳細介紹通過VC++6.0調用Matlab6.5引擎來達到VC++與Matlab資料共用編程的方法。

　　1. 什麼是Matlab引擎

　　所謂Matlab引擎（engine），是指一組Matlab提供的介面函數，支援C/C++、Fortran等語言，通過這些介面函數，使用者可以在其它編程環境中實現對Matlab的控制。可以主要功能有：

　　★ 開啟/關閉一個Matlab對話；

　　★ 向Matlab環境發送命令字串；

　　★ 從Matlab環境中讀取資料；

　　★ 向Matlab環境中寫入資料。

　　與其它各種介面相比，引擎所提供的Matlab功能支援是最全面的。通過引擎方式，應用程式會開啟一個新的Matlab進程，可以控制它完成任何計算和繪圖操作。對所有的資料結構提供100%的支援。同時，引擎方式開啟的Matlab進程會在工作列顯示自己的表徵圖，開啟該視窗，可以觀察主程式通過engine方式控制Matlab啟動並執行流程，並可在其中輸入任何Matlab命令。

　　實際上，通過引擎方式建立的對話，是將Matlab以ActiveX控制項方式啟動的。在Matlab初次安裝時，會自動執行一次：

matlab /regserver

　　將自己在系統的控制項陳列庫中註冊。如果因為特殊原因，無法開啟Matlab引擎，可以在Dos命令提示字元後執行上述命令，重新註冊。

　　2. 配置編譯器

　　要在VC中成功編譯Matlab引擎程式，必須包含引擎標頭檔engine.h並引入Matlab對應的庫檔案libmx.lib、libmat.lib、libeng.lib。具體的說，開啟一個工程後，做如下設定（以VC6為例）：

　　1) 通過菜單工程/選項，開啟設定屬性頁面，進入Directories頁面，在目錄下拉式清單方塊中選擇Include files，添加路徑："C:/matlab/extern/include"（假定matlab安裝在C:/matlab目錄）。

　　2) 選擇Library files，添加路徑：C:/matlab/extern/lib/win32/microsoft/msvc60。

　　3) 通過菜單工程/設定，開啟工程設定屬性頁面，進入Link頁面，在Object/library modules編輯框中，添加檔案名稱libmx.lib libmat.lib libeng.lib。

　　以上步驟1)、2)只需設定一次，而步驟3)對每個工程都要單獨設定，對於其它C++編譯器如Borland C++ Builder，設定大體相同，不再贅述。

　　3. 引擎API詳解

　　在調用Matlab引擎之前，首先應在相關檔案中加入一行：#include "enging.h"，該檔案包含了引擎API函數的說明和所需資料結構的定義。可以在VC中調用的引擎函數分別如下：

　　3.1 引擎的開啟和關閉

　　engOpen－開啟Matlab engine

　　函式宣告：

Engine *engOpen(const char *startcmd);

　　參數startcmd是用來啟動Matlab引擎的字串參數，在Windows作業系統中只能為NULL。

　　函數傳回值是一個Engine類型的指標，它是在engine.h中定義的engine資料結構。

　　EngClose－關閉Matlab 引擎

　　函式宣告：

int engClose(Engine *ep);

　　參數ep代表要被關閉的引擎指標。

　　函數傳回值為0表示關閉成功，返回1表示發生錯誤。

　　例如，通常用來開啟/關閉Matlab引擎的代碼如下：

Engine *ep; //定義Matlab引擎指標。 if (!(ep=engOpen(NULL))) //測試是否啟動Matlab引擎成功。 { MessageBox("Can't start Matlab engine!" ); exit(1); } . ………… engClose(ep); //關閉Matlab引擎。

　　3.2 向Matlab發送命令字串

　　engEvalString－發送命令讓Matlab執行。

　　函式宣告：

int engEvalString(Engine *ep, Const char *string);

　　參數ep為函數engOpen返回的引擎指標，字串string為要matlab執行的命令。

　　函數傳回值為0表示成功執行，返回1說明執行失敗（如命令不能被Matlab正確解釋或Matlab引擎已經關閉了）。

　　3.3 擷取Matlab命令視窗的輸出

　　要在VC中獲得函數engEvalString發送的命令字串被Matlab執行後在matlab視窗中的輸出，可以調用engOUtputBuffer函數。

　　函式宣告：

int engOutputBuffer(Engine *ep, char *p, int n);

　　參數ep為Matlab引擎指標，p為用來儲存輸出結構的緩衝區，n為最大儲存的字元個數，通常就是緩衝區p的大小。該函數執行後，接下來的engEvalString函數所引起的命令列輸出結果會在緩衝區p中儲存。如果要停止儲存，只需調用代碼：engOutputBuffer(ep, NULL, 0)。

　　3.4 讀寫Matlab資料

　　3.4.1從Matlab引擎工作空間中擷取變數。

mxArray *engGetVariable(Engine *ep, const char *name);

　　參數ep為開啟的Matlab引擎指標，name為以字串形式指定的數組名。

　　函數傳回值是指向name數組的指標，類型為mxArray*（mxArray資料類型在本文第4節詳細簡介）。

　　3.4.2 向Matlab引擎工作空間寫入變數。

int engPutVariable(Engine *ep, const char *name, const mxArray *mp);

　　參數ep為開啟的Matlab引擎指標，mp為指向被寫入變數的指標，name為變數寫入後在Matlab引擎工作空間中的變數名。
函數傳回值為0表示寫入變數成功，傳回值為1表示發生錯誤。

　　3.5 調用引擎時顯示/隱藏Matlab主視窗

　　預設情況下，以engine方式調用Matlab的時候，會開啟Matlab主視窗，可在其中隨意操作。但有時也會干擾應用程式的運行，可用以下設定是否顯示該視窗。

int engSetVisible(Engine *ep, bool value);

　　參數ep為開啟的Matlab引擎指標，value為是否顯示的標誌，取值true（或1）表示顯示Matlab視窗，取值false（或0）表示隱藏Matlab視窗。

　　函數傳回值為0表示設定成功，為1表示有錯誤發生。

　　要獲得當前Matlab視窗的顯示/隱藏情況，可以調用函數：

int engGetVisible(Engine *ep, bool *value);

　　參數ep為開啟的Matlab引擎指標，Value為用來儲存顯示/隱藏情況的變數（採用指標方式傳遞）。

　　函數傳回值為0表示擷取成功，為1表示有錯誤發生。
4. 資料類型mxArray的操作

　　在上節的Matlab引擎函數中，所有與變數有關的資料類型都是mxArray類型。資料結構mxArray以及大量的mx開頭的函數，廣泛用於Matlab 引擎程式和Matlab C數學庫中。mxArray是一種很複雜的資料結構，與Matlab中的array相對應，我們只需熟悉Matlab的array類型和幾個常用的mxArray函數即可。

　　在VC中，所有和Matlab的資料互動都是通過mxArray來實現的，在使用mxArray類型的程式中，應包含標頭檔matrix.h，不過在引擎程式中，一般會包含標頭檔engine.h，該檔案裡面已經包含了matrix.h，因此無需重複包含。

　　4.1 建立和清除mxArray型資料

　　Matlab有很多種變數類型，對應於每種類型，基本上都有一個函數用於建立，但它們都有相同的資料結構，就是mxArray。

　　數組的建立採用mxCreatexxx形式的函數，例如建立一個double類型數組，可用函數mxCreateDoubleMatrix，函數形式如下：

mxArray *mxCreateDoubleMatrix(int m, int n, mxComplexity ComplexFlag);

　　參數m和n為矩陣的函數和列數。ComplexFlag為常數，用來區分矩陣中元素是實數還是複數，取值分別為mxREAL和mxCOMPLEX。

　　例如，建立一個3行5列的二維實數數組，可用如下語句：

mxArray *T = mxCreateDoubleMatrix(3, 5, mxREAL);

　　對應的，要刪除一個數組mxDestroyArray，該函式宣告如下：

void mxDestroyArray(mxArray *array_ptr);

　　參數array_ptr為要刪除的數組指標。

　　例如，要刪除上面建立的數組T，可用如下語句：

mxDestroyArray(T);

　　類似的建立函數還有：

mxArray *mxCreateString(const char *str);

　　建立一個字串類型並初始化為str字串。

　　一般的在VC與Matlab互動中，以上兩種類型就夠了，其它類型數組的建立這裡不再介紹。

　　4.2 管理mxArray資料類型

　　4.2.1 管理mxArray資料大小

　　要獲得mxArray數組每一維上元素的個數，可以用mxGetM和mxGetN函數。其中mxGetM用來獲得數組第一維的元素個數，對於矩陣來說就是行數。

int mxGetM(const mxArray *array_ptr); //返回array_ptr對應數組第一維的元素個數（行數） int mxGetN(const mxArray *array_ptr); //返回array_ptr對應數組其它維的元素個數，對於矩陣來說是列數。對於多維陣列來說是從第2維到最後一維的各維元素個數的乘積。

　　要獲得某一特定維的元素個數，則要用函數：

const int *mxGetDimensions(const mxArray *array_ptr);

　　該函數返回array_ptr各維的元素個數儲存在一個int數組中返回。對於常用的矩陣來說，用mxGetM和mxGetN兩個函數就可以了。

　　另外還可以通過mxGetNumberOfDimensions來獲得數組的總的維數，用mxSetM、mxSetN設定矩陣的行數和列數，函數說明如下：

mxGetNumberOfDimensions(const mxArray *array_ptr); //返回數組的維數
void mxSetM(mxArray *array_ptr, int m); //設定數組為m行
void mxSetN(mxArray *array_ptr, int n); //設定數組為n列

　　4.2.2 判斷mxArray數群組類型

　　在對mxArray類型的變數進行操作之前，可以驗證以下其中的數組的資料類型，比如是否為double數組、整數、字串、邏輯值等，以及是否為某種結構、類、或者是特殊類型，比如是否為空白數組，是否為inf、NaN等。常見的判斷函數有：

bool mxIsDouble(const mxArray *array_ptr); bool mxIsComplex(const mxArray *array_ptr); bool mxIsChar(const mxArray *array_ptr); bool mxIsEmpty(const mxArray *array_ptr); bool mxIsInf(double value); …… ……

　　這些函數比較簡單，意義自明，不再解釋。

　　4.2.3 管理mxArray數組的資料

　　對於常用的double類型的數組，可以用mxGetPr和mxGetPi兩個函數分別獲得其實部和虛部的資料指標，這兩個函數的聲明如下：

double *mxGetPr(const mxArray *array_ptr); //返回數組array_ptr的實部指標 double *mxGetPi(const mxArray *array_ptr); //返回數組array_ptr的虛部指標

　　這樣，就可以通過獲得的指標對mxArray類型的數組中的資料進行讀寫操作。例如可以用函數engGetVariable從Matlab工作空間讀入mxArray類型的數組，然後用mxGetPr和mxGetPi獲得資料指標，對並其中的資料進行處理，最後調用engPutVariable函數將修改後的數組重新寫入到Matlab工作空間。具體實現見第5節程式執行個體。

5. 程式執行個體

　　對大部分軟體研發人員來說利用VC編程方便、高效，但是要顯示資料圖形就不那麼容易了，這時候不防藉助Matlab引擎輔助畫圖做資料分析。下面通過執行個體示範如何利用VC調用Matlab繪圖，程式的主要功能是在VC中對數組x計算函數值y＝sin(x) ±log(x)，然後調用Matlab繪製y對x的圖形。

　　在VC中建立工程，編寫代碼如下：

#include <iostream> #include <math.h> #include "engine.h" using namespace std; void main() { 　const int N = 50; 　double x[N],y[N]; 　int j = 1; 　for (int i=0; i<N; i++) //計算數組x和y 　{ 　　x[i] = (i+1); 　　y[i] = sin(x[i]) + j * log(x[i]); //產生－之間的隨機數賦給xx[i]; 　　j *= -1; 　} 　Engine *ep; //定義Matlab引擎指標。 　if (!(ep=engOpen(NULL))) //測試是否啟動Matlab引擎成功。 　{ 　　cout <<"Can't start Matlab engine!" <<endl; 　　exit(1); 　} 　//定義mxArray，為行，N列的實數數組。 　mxArray *xx = mxCreateDoubleMatrix(1,N, mxREAL); 　mxArray *yy = mxCreateDoubleMatrix(1,N, mxREAL); //同上。 　memcpy(mxGetPr(xx), x, N*sizeof(double)); //將數組x複製到mxarray數組xx中。 　memcpy(mxGetPr(yy), y, N*sizeof(double)); //將數組x複製到mxarray數組yy中。 　engPutVariable(ep, "xx",xx); //將mxArray數組xx寫入到Matlab工作空間，命名為xx。 　engPutVariable(ep, "yy",yy); //將mxArray數組yy寫入到Matlab工作空間，命名為yy。 　//向Matlab引擎發送畫圖命令。plot為Matlab的畫圖函數，參見Matlab相關文檔。 　engEvalString(ep, "plot(xx, yy); "); 　mxDestroyArray(xx); //銷毀mxArray數組xx和yy。 　mxDestroyArray(yy); 　cout <<"Press any key to exit!" <<endl; 　cin.get(); 　engClose(ep); //關閉Matlab引擎。 }

6. 小結

　　本文詳細的介紹了Matlab引擎使用方法並示範了一個簡單的利用VC調用Matlab畫圖的程式執行個體。大多數時候，程式員可以利用Matlab強大的資料讀寫、顯示能力和VC編程的高效率。例如，在Matlab中要讀入一幅任意格式的映像均只需一條命令i=imread('test.jp');映像資料矩陣便存放在了二維數組i中，可以通過VC讀入該數組進行相關處理再調用Matlab顯示，這種混合編程方式能大大提高工作效率。

　　當然，利用VC編譯的Matlab引擎程式，運行環境中還必須Matlab的支援，如果要編譯完全脫離Matlab的程式，可採用其它方式，如利用第三方Matcom程式編譯獨立的可執行程式等

 

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