VisualC++是当前主流的应用程序开发环境之一,开发环境强大,开发的程序执行速度快。但在科学计算方面函数库显得不够丰富、读取、显示数据图形不方便。Matlab是一款将数值
分析
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、矩阵计算、信号处理和图形显示结合在一起,包含大量高度集成的函数可供调用,适合科学研究、工程设计等众多学科领域使用的一种简洁、高效的编程工具。不过由于Matlab使用的是解释性语言,大大限制了它的执行速度和应用场合。基于VC和Matlab混合编程是很多熟悉VC++编程而又需要进行科学计算、数据仿真的科研人员常用的一种方式,其中最简单也最直接的方法就是调用Matlab引擎。本文以下部分将详细介绍通过VC++6.0调用Matlab6.5引擎来达到VC++与Matlab数据共享编程的方法。 1.什么是Matlab引擎 所谓Matlab引擎(engine),是指一组Matlab提供的接口函数,支持C/C++、Fortran等语言,通过这些接口函数,用户可以在其它编程环境中实现对Matlab的控制。可以主要功能有: ★打开/关闭一个Matlab对话; ★向Matlab环境发送命令字符串; ★从Matlab环境中读取数据; ★向Matlab环境中写入数据。 与其它各种接口相比,引擎所提供的Matlab功能支持是最全面的。通过引擎方式,应用程序会打开一个新的Matlab进程,可以控制它完成任何计算和绘图操作。对所有的数据结构提供100%的支持。同时,引擎方式打开的Matlab进程会在任务栏显示自己的图标,打开该窗口,可以观察主程序通过engine方式控制Matlab运行的
流程
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,并可在其中输入任何Matlab命令。 实际上,通过引擎方式建立的对话,是将Matlab以ActiveX控件方式启动的。在Matlab初次安装时,会自动执行一次:matlab/regserver 将自己在系统的控件库中注册。如果因为特殊原因,无法打开Matlab引擎,可以在Dos命令提示符后执行上述命令,重新注册。 2.配置编译器(针对Matlab7.0以下版本和XP系统) 要在VC中成功编译Matlab引擎程序,必须包含引擎头文件engine.h并引入Matlab对应的库文件libmx.lib、libmat.lib、libeng.lib。具体的说,打开一个工程后,做如下设置(以VC6为例): 1)通过菜单工程/选项,打开设置属性页,进入Directories页面,在目录下拉列表框中选择Includefiles,添加路径:"C:/matlab/extern/include"(假定matlab安装在C:/matlab目录)。 2)选择Libraryfiles,添加路径:C:/matlab/extern/lib/win32/microsoft/msvc60。 3)通过菜单工程/设置,打开工程设置属性页,进入Link页面,在Object/librarymodules编辑框中,添加文件名libmx.liblibmat.liblibeng.lib。 以上步骤1)、2)只需设置一次,而步骤3)对每个工程都要单独设定,对于其它C++编译器如BorlandC++Builder,设置大体相同,不再赘述。 3.引擎API详解 在调用Matlab引擎之前,首先应在相关文件中加入一行:#include"enging.h",该文件包含了引擎API函数的说明和所需数据结构的定义。可以在VC中调用的引擎函数分别如下: 3.1引擎的打开和关闭 engOpen-打开Matlabengine 函数声明: Engine*engOpen(constchar*startcmd); 参数startcmd是用来启动Matlab引擎的字符串参数,在Windows操作系统中只能为NULL。 函数返回值是一个Engine类型的指针,它是在engine.h中定义的engine数据结构。 EngClose-关闭Matlab引擎 函数声明: intengClose(Engine*ep); 参数ep代表要被关闭的引擎指针。 函数返回值为0表示关闭成功,返回1表示发生错误。 例如,通常用来打开/关闭Matlab引擎的代码如下: Engine*ep;//定义Matlab引擎指针。if(!(ep=engOpen(NULL)))//测试是否启动Matlab引擎成功。{MessageBox("Can'tstartMatlabengine!");exit(1);}.…………engClose(ep);//关闭Matlab引擎。 3.2向Matlab发送命令字符串 engEvalString-发送命令让Matlab执行。 函数声明: intengEvalString(Engine*ep,Constchar*string); 参数ep为函数engOpen返回的引擎指针,字符串string为要matlab执行的命令。 函数返回值为0表示成功执行,返回1说明执行失败(如命令不能被Matlab正确解释或Matlab引擎已经关闭了)。 3.3获取Matlab命令窗口的输出 要在VC中获得函数engEvalString发送的命令字符串被Matlab执行后在matlab窗口中的输出,可以调用engOUtputBuffer函数。 函数声明: intengOutputBuffer(Engine*ep,char*p,intn); 参数ep为Matlab引擎指针,p为用来保存输出结构的缓冲区,n为最大保存的字符个数,通常就是缓冲区p的大小。该函数执行后,接下来的engEvalString函数所引起的命令行输出结果会在缓冲区p中保存。如果要停止保存,只需调用代码:engOutputBuffer(ep,NULL,0)。 3.4读写Matlab数据 3.4.1从Matlab引擎工作空间中获取变量。 mxArray*engGetVariable(Engine*ep,constchar*name); 参数ep为打开的Matlab引擎指针,name为以字符串形式指定的数组名。 函数返回值是指向name数组的指针,类型为mxArray*(mxArray数据类型在本文第4节详细简介)。 3.4.2向Matlab引擎工作空间写入变量。 intengPutVariable(Engine*ep,constchar*name,constmxArray*mp); 参数ep为打开的Matlab引擎指针,mp为指向被写入变量的指针,name为变量写入后在Matlab引擎工作空间中的变量名。函数返回值为0表示写入变量成功,返回值为1表示发生错误。 3.5调用引擎时显示/隐藏Matlab主窗口 默认情况下,以engine方式调用Matlab的时候,会打开Matlab主窗口,可在其中随意操作。但有时也会干扰应用程序的运行,可用以下设置是否显示该窗口。 intengSetVisible(Engine*ep,boolvalue); 参数ep为打开的Matlab引擎指针,value为是否显示的标志,取值true(或1)表示显示Matlab窗口,取值false(或0)表示隐藏Matlab窗口。 函数返回值为0表示设置成功,为1表示有错误发生。 要获得当前Matlab窗口的显示/隐藏情况,可以调用函数: intengGetVisible(Engine*ep,bool*value); 参数ep为打开的Matlab引擎指针,Value为用来保存显示/隐藏情况的变量(采用指针方式传递)。 函数返回值为0表示获取成功,为1表示有错误发生。4.数据类型mxArray的操作 在上节的Matlab引擎函数中,所有与变量有关的数据类型都是mxArray类型。数据结构mxArray以及大量的mx开头的函数,广泛用于Matlab引擎程序和MatlabC数学库中。mxArray是一种很复杂的数据结构,与Matlab中的array相对应,我们只需熟悉Matlab的array类型和几个常用的mxArray函数即可。 在VC中,所有和Matlab的数据交互都是通过mxArray来实现的,在使用mxArray类型的程序中,应包含头文件matrix.h,不过在引擎程序中,一般会包含头文件engine.h,该文件里面已经包含了matrix.h,因此无需重复包含。 4.1创建和清除mxArray型数据 Matlab有很多种变量类型,对应于每种类型,基本上都有一个函数用于创建,但它们都有相同的数据结构,就是mxArray。 数组的建立采用mxCreatexxx形式的函数,例如新建一个double类型数组,可用函数mxCreateDoubleMatrix,函数形式如下: mxArray*mxCreateDoubleMatrix(intm,intn,mxComplexityComplexFlag); 参数m和n为矩阵的函数和列数。ComplexFlag为常数,用来区分矩阵中元素是实数还是复数,取值分别为mxREAL和mxCOMPLEX。 例如,创建一个3行5列的二维实数数组,可用如下语句: mxArray*T=mxCreateDoubleMatrix(3,5,mxREAL); 对应的,要删除一个数组mxDestroyArray,该函数声明如下: voidmxDestroyArray(mxArray*array_ptr); 参数array_ptr为要删除的数组指针。 例如,要删除上面创建的数组T,可用如下语句: mxDestroyArray(T); 类似的创建函数还有: mxArray*mxCreateString(constchar*str); 创建一个字符串类型并初始化为str字符串。 一般的在VC与Matlab交互中,以上两种类型就够了,其它类型数组的创建这里不再介绍。 4.2管理mxArray数据类型 4.2.1管理mxArray数据大小 要获得mxArray数组每一维上元素的个数,可以用mxGetM和mxGetN函数。其中mxGetM用来获得数组第一维的元素个数,对于矩阵来说就是行数。 intmxGetM(constmxArray*array_ptr);//返回array_ptr对应数组第一维的元素个数(行数)intmxGetN(constmxArray*array_ptr);//返回array_ptr对应数组其它维的元素个数,对于矩阵来说是列数。对于多维数组来说是从第2维到最后一维的各维元素个数的乘积。 要获得某一特定维的元素个数,则要用函数: constint*mxGetDimensions(constmxArray*array_ptr); 该函数返回array_ptr各维的元素个数保存在一个int数组中返回。对于常用的矩阵来说,用mxGetM和mxGetN两个函数就可以了。 另外还可以通过mxGetNumberOfDimensions来获得数组的总的维数,用mxSetM、mxSetN设置矩阵的行数和列数,函数说明如下:mxGetNumberOfDimensions(constmxArray*array_ptr);//返回数组的维数voidmxSetM(mxArray*array_ptr,intm);//设置数组为m行voidmxSetN(mxArray*array_ptr,intn);//设置数组为n列 4.2.2判断mxArray数组类型 在对mxArray类型的变量进行操作之前,可以验证以下其中的数组的数据类型,比如是否为double数组、整数、字符串、逻辑值等,以及是否为某种结构、类、或者是特殊类型,比如是否为空数组,是否为inf、NaN等。常见的判断函数有: boolmxIsDouble(constmxArray*array_ptr);boolmxIsComplex(constmxArray*array_ptr);boolmxIsChar(constmxArray*array_ptr);boolmxIsEmpty(constmxArray*array_ptr);boolmxIsInf(doublevalue);………… 这些函数比较简单,意义自明,不再解释。 4.2.3管理mxArray数组的数据 对于常用的double类型的数组,可以用mxGetPr和mxGetPi两个函数分别获得其实部和虚部的数据指针,这两个函数的声明如下: double*mxGetPr(constmxArray*array_ptr);//返回数组array_ptr的实部指针double*mxGetPi(constmxArray*array_ptr);//返回数组array_ptr的虚部指针 这样,就可以通过获得的指针对mxArray类型的数组中的数据进行读写操作。例如可以用函数engGetVariable从Matlab工作空间读入mxArray类型的数组,然后用mxGetPr和mxGetPi获得数据指针,对并其中的数据进行处理,最后调用engPutVariable函数将修改后的数组重新写入到Matlab工作空间。具体实现见第5节程序实例。5.程序实例 对大部分软件研发人员来说利用VC编程方便、高效,但是要显示数据图形就不那么容易了,这时候不防借助Matlab引擎辅助画图做数据分析。下面通过实例演示如何利用VC调用Matlab绘图,程序的主要功能是在VC中对数组x计算函数值y=sin(x)±log(x),然后调用Matlab绘制y对x的图形。 在VC中新建工程,编写代码如下: #include<iostream>#include<math.h>#include"engine.h"usingnamespacestd;voidmain(){ constintN=50; doublex[N],y[N]; intj=1; for(inti=0;i<N;i++)//计算数组x和y { x[i]=(i+1); y[i]=sin(x[i])+j*log(x[i]);//产生-之间的随机数赋给xx[i]; j*=-1; } Engine*ep;//定义Matlab引擎指针。 if(!(ep=engOpen(NULL)))//测试是否启动Matlab引擎成功。 { cout<<"Can'tstartMatlabengine!"<<endl; exit(1); } //定义mxArray,为行,N列的实数数组。 mxArray*xx=mxCreateDoubleMatrix(1,N,mxREAL); mxArray*yy=mxCreateDoubleMatrix(1,N,mxREAL);//同上。 memcpy(mxGetPr(xx),x,N*sizeof(double));//将数组x复制到mxarray数组xx中。 memcpy(mxGetPr(yy),y,N*sizeof(double));//将数组x复制到mxarray数组yy中。 engPutVariable(ep,"xx",xx);//将mxArray数组xx写入到Matlab工作空间,命名为xx。 engPutVariable(ep,"yy",yy);//将mxArray数组yy写入到Matlab工作空间,命名为yy。 //向Matlab引擎发送画图命令。plot为Matlab的画图函数,参见Matlab相关文档。 engEvalString(ep,"plot(xx,yy);"); mxDestroyArray(xx);//销毁mxArray数组xx和yy。 mxDestroyArray(yy); cout<<"Pressanykeytoexit!"<<endl; cin.get(); engClose(ep);//关闭Matlab引擎。}6.小结 本文详细的介绍了Matlab引擎
使用方法
消防栓的使用方法指针万用表的使用方法84消毒液使用方法消防灭火器使用方法铁材计算器使用方法
并演示了一个简单的利用VC调用Matlab画图的程序实例。大多数时候,程序员可以利用Matlab强大的数据读写、显示能力和VC编程的高效率。例如,在Matlab中要读入一幅任意格式的图像均只需一条命令i=imread('test.jp');图像数据矩阵便存放在了二维数组i中,可以通过VC读入该数组进行相关处理再调用Matlab显示,这种混合编程方式能大大提高工作效率。 当然,利用VC编译的Matlab引擎程序,运行环境中还必须Matlab的支持,如果要编译完全脱离Matlab的程序,可采用其它方式,如利用第三方Matcom程序编译独立的可执行程序等