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VC++与Matlab混合编程之引擎操作详解

Posted on 2006-12-05 18:58 济公 阅读(6204) 评论(13)  编辑 收藏 引用 所属分类: VCMatlab

Visual C++ 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、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 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++ 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;

  ★ Matlab 环境发送命令字符串;

  ★ Matlab 环境中读取数据;

  ★ 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,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 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

  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 Include files ,添加路径: "C:\matlab\extern\include" (假定 matlab 安装在 C:\matlab 目录)。

   2) 选择 Library files ,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/library modules 编辑框中,添加文件名 libmx.lib libmat.lib libeng.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 Borland C++ 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 Matlab engine

  函数声明:

Engine *engOpen(const char *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:

int engClose(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't start Matlab engine!" );
exit(1);
}
. …………
engClose(ep); //
关闭 Matlab 引擎。


   3.2 Matlab 发送命令字符串

   engEvalString -发送命令让 Matlab 执行。

  函数声明:

int engEvalString(Engine *ep, Const char *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:

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


  参数 ep 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 Matlab 引擎工作空间中获取变量。

mxArray *engGetVariable(Engine *ep, const char *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 Matlab 引擎工作空间写入变量。

int engPutVariable(Engine *ep, const char *name, const mxArray *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。

int engSetVisible(Engine *ep, bool value);


  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:

int engGetVisible(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 Matlab C 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 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(int m, int n, mxComplexity ComplexFlag);


  参数 m 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 mxCOMPLEX

  例如,创建一个 3 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:

void mxDestroyArray(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(const char *str);


  创建一个字符串类型并初始化为 str 字符串。

  一般的在 VC 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 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。

int mxGetM(const mxArray *array_ptr); // 返回 array_ptr 对应数组第一维的元素个数(行数)
int mxGetN(const mxArray *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:

const int *mxGetDimensions(const mxArray *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 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:

int mxGetNumberOfDimensions(const mxArray *array_ptr); // 返回数组的维数
void mxSetM(mxArray *array_ptr, int m); //
设置数组为 m
void mxSetN(mxArray *array_ptr, int n); //
设置数组为 n


   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:

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);
…… ……


  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 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(const mxArray *array_ptr); // 返回数组 array_ptr 的实部指针
double *mxGetPi(const mxArray *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 Matlab 工作空间读入 mxArray 类型的数组,然后用 mxGetPr 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 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"
using namespace std;
void main()
{
 
const int N = 50;
 
double x[N],y[N];
 
int j = 1;
  for (int i=0; i<N; i++) // 计算数组 x
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't start Matlab engine!" <<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); // mxArray 数组 xx 写入到 Matlab 工作空间,命名为 xx
  engPutVariable(ep, "yy",yy); // mxArray 数组 yy 写入到 Matlab 工作空间,命名为 yy

  // Matlab 引擎发送画图命令。 plot 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 yy

  mxDestroyArray(yy);

 
cout <<"Press any key to exit!" <<endl;
 
cin.get();
  engClose(ep); // 关闭 Matlab 引擎。

}


  编译并运行程序得结果入下图:

y sin(x) ±log(x) 的图形


   6. 小结

  本文详细的介绍了 Matlab 引擎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。

Feedback

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2007-03-20 10:14 by 懒汉
mxArray 如何创建三维数组,谢谢

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2007-04-15 11:24 by 李晓凤
请教个问题,我用matlab引擎与vc混编,matlab中的源程序有循环,在vc中怎么弄?

for (int i=0;i<10;i++)
{
mxArray *i2=NULL;
double i1[1]={i};
i2=mxCreateDoubleMatrix(1,1,mxREAL);
memcpy((void*)mxGetPr(i2),(void*)i1,sizeof(i1));
engPutVariable(ep,"i",i2);
engEvalString(ep,"P=sin(i);");
engEvalString(ep,"plot(i,P,'-r');");
engEvalString(ep,"grid on;");
}
还是

engEvalString(ep,"for i=1:10");
engEvalString(ep,"P=sin(i);");
engEvalString(ep,"plot(i,P,'-r');");
engEvalString(ep,"grid on;");
engEvalString(ep,"end");
还是有其他方法,我这两种都的不出曲线来
谢谢你了,帮帮忙吧

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2007-04-15 16:38 by 济公
To李晓风-你这种情况我没有做过,不过可以给你点建议。你把没有必要循环的东西放在外面,把必须要用到循环的,循环向Matlab引擎发送命令就可以吧。如果你试验后还是不行,你可以加到群里面在请假下其他人。

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2007-04-17 10:07 by 李晓凤
还想请教你个问题,如果我想显示我用engEvalString得到的一些变量或是矩阵,我是想看看它计算了没有,怎样才能显示出来?
还有,你说的群,能告诉我群号吗?
谢谢!

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2007-04-17 13:29 by 济公
TO:李晓风。Matlab引擎接口函数(API)里面有一个取计算结果的函数,和向Matlab发送数据一个函数对应的。大哥,群号网页标题那里,应该很容易看到,近视太厉害了吧,呵呵32723148。

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2007-04-17 15:25 by 李晓凤
可是我加不进去了,群满了

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2007-04-17 15:30 by 济公
To:李晓风
下次加的时候,写上你名字,多发几次。

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2007-06-28 10:26 by 一泓秋水
济公你好,
这篇文章是你写的吗?

如果不是的话,能不能告诉我原出处?

我怕引用一些内容的时候侵权,呵呵

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2007-06-28 16:28 by 济公
TO:泓秋水
呵呵,好啊。不是我写的,我实现过,这是很久以前找到资料一块搞得,我也不记得哪里找的了。你可以查看一些论文很多内容都是重复,只是例子不一样,我想没你想这么严重,哈哈哈,如果怕那就别用了,全部自己搞。

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2007-06-29 00:19 by 一泓秋水
谢谢你啊

没想到你会回复的,

呵呵

你的博客很精彩

期待你更精彩的文章,呵呵

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2007-07-27 17:26 by 莹莹的宝猪
我想问问,我想通过VC把一个.txt文件load到matlab里,然后再调用命令plot来画图,这两个命令我都会用,可我不懂如何把load到的数值付给一个变量,请指教。

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2007-08-21 09:46 by Sissi Wu
我的装的是matlat2007 为什么我的路径D:\MATLAB\extern\lib\win32\microsoft 下面没有你说的msvc6.0啊? D:\MATLAB是我的安装路径

# re: VC++与Matlab混合编程之引擎操作详解  回复  更多评论   

2007-08-21 17:07 by Sissi Wu
噢,知道了,D:\MATLAB\extern\lib\win32\microsoft 就对了。lib文件就放在这个目录下。
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