浅析VC与matlab接口编程 (zz)

浅析VC与matlab接口编程

Matcom是mathTools公司推出的一个能将M文件转化成相同功能C++代码的工具。相比Matlab自带的编译器Compiler，用Matcom转化代码要简单和方便
得多。本文将结合作者编程经验，以VC6.0和Matcom为例，详细介绍如何利用Matcom进行VC与Matlab的联合编程。


　　Matcom安装
安装Matcom前要已求安装VC6.0。在安装过程中出现选择编译器对话框，选择“是”（图一）。出现选择是否安装Matlab时，选“否”。其他选项采用默认设置。Matcom可以独立于Matlab运行，但需要外部的C++编译器，指定Matlab的位置是为了让编译文件中需要的一些系统函数找到路径用的。





              
图一



　　
安装完成后，启动界面MIDEVA(图二)。MIDEVA集成开发环境包括命令行窗口、变量列表窗口、命令列表窗口和编译链接信息窗口等几部分，并有详细的帮助文档。




图二

Matcom命令输入方法与Matlab相同。如果安装在中文版操作系统时，输入命令前加一空格。（如图三）。



　　　　　　　　　　　　　　　　　　图三




下面详细介绍如何将m文件编译后放入VC中。

1、启动MIDEVA ,File->New，新建如下Test1.m文件：

x=1:0.1:10; y=sin(x); plot(x,y); 

将文件保存（如图四）。




　　　　图四



m文件保存的默认位置为：matcom安装目录\matcom45，生成的C++文件保存的默认位置为：matcom安装目录\matcom45\Debug\，本例matcom安装目录为C盘 即 C:\matcom45\Debug\,在该目录下将会产生Test1.h、Test1.cpp、Test1.r 、Test1.obj文件。




2、在VC中用MFC Wizard(exe)创建一个基于对话框名为Example的工程。

在面板上添加一个ID为IDC_BUTTON1按扭。



3、将C:\matcom45\Debug目录下的Test1.cpp文件的内容拷贝到

void CExamleDlg::OnButton1()下，（如图五）。




             图五





4、将C:\matcom45\lib\下的matlib.h 和v4501v文件和C:\matcom45\debug下的Test1.h文件拷贝到工程Example目录下，然后在VC中将库文件和头文件加入到工程中：工程->添加工程->Files,选择刚刚拷贝到Example目录下的matlib.h 、v4501v和Test1.h文件（如图六）。




         
图六



5、在ExamleDlg.cpp中加入如下代码：

#include "matlib.h"
#include "Test1.h"

6、在void CExamleDlg::OnButton1()中分别添加一个初始化类库调用函数”initM(MATCOM_VERSION)”和一个结束类库调用函数”exitM()”（如图七）。






             图七



运行程序，点击画图按扭（如图八）。

 



                            
图八



　　程序的release版本需要ago4501.dll、v4501v.dll、v4501.lib三个文件的支持。
以上只是介绍了VC和Matcom接口编程的一个简单例子，功能并不完善，也远远达不到一个软件所要求的水平，但只要熟悉了VC和Matcom接口编程的基本原理和方法，相信大家一定能够编出优秀的软件。



在“浅析VC与Matlab联合编程
（一）”中简单介绍了VC与matcom的接口编程，实现了VC调用matcom的一个基本功能，要真正熟练使用接口编程，还要对函数调用有一定了解。本文通过一个实例，较详细的介绍如何在VC中调用matcom编译后的函数。



　　首先新建一个函数huatu.m，该函数的功能是:接受用户输入的左端点值和右端点值两个输入参数，然后在该区间画正弦图形。函数还将生成两个随机数，作为一个点的坐标在图中打印出来（绿点），用来说明如何在VC中处理调用函数的返回值。








步骤如下：

1．建立一个名为Example2基于对话框的MFC(exe)工程。

2．在matcom中新建一个名为huatu.m文件，如图1;



图1



3.在matcom命令窗口中运行该函数,如图2;




图2




4．将生成的huatu.h、huatu.cpp（默认位置为 安装目录:\matcom45\samples\Debug）和matlib.h、v4501v.lib（默认位置为 安装目录:\matcom45\lib）四个文件拷贝到建立的工程Example2目录下。



5．将第四步拷贝的四个文件加入到VC工程中：工程->添加工程->文件，选择刚才拷贝到Example2目录下的四个文件。完成后如图3;




图3



6．在Example2dlg.cpp中添加头文件：(如图4所示)

#include "matlib.h"
#include "huatu.h"

图4



7．为工程建立界面：添加一个Button按扭控件；添加四个Edit box控件，用于显示数据；添加五个Static text控件，四个显示文字，一个显示图形，将显示图形的Static text的ID设置为ID_PIC。其他所有控件属性保持默认(为了看图方便，可以适当调整显示图形Static text控件的边缘)。如图5所示




图5



8．按Ctrl+W为控件添加变量。如图6所示




图6




9．为Button1按钮添加响应代码。如图7所示




图7



10．运行程序，输入左端点和右端点，点击”画图”按钮，结果如图8所示。（本例只是为了说明如何调用函数，没有进行容错处理）




图8



注：如果在编译中出现下列错误：

fatal error C1010: unexpected end of file while looking for precompiled header directive

　　进行下列设置：工程->设置-> C/C++ 选择precompiled headers 选择第一或第二项：自动选择预补偿页眉,如图9所示





图9



　　本例介绍了在VC中如何调用用matcom编译的m函数的方法，并且基本上实现了VC和Matlab的无缝结合，希望对大家编程会有所帮助，现在时间很紧，下次有机会详细介绍m文件翻译成C++语言后代码的含义。

在“浅析VC与Matlab联合编程<一>”和“浅析VC与Matlab联合编程<二>”中介绍了matcom，这个工具可以将用matlab写的m文件翻译成C++文件，或者是可执行文件（exe）或库文件(dll)。但是matcom在很多方面也有限制，比如，对struct等类的支持有缺陷，部分绘图语句无法实现或得不到准确图象，尤其是三维图象。
　　实际上VC与matlab的接口实现方法有很多种，matcom只是其中一种，本文再介绍一种比较容易实现的方法：COM接口方法。COM （Compponent Object Model组件对象模型）是一项比较复杂的技术，详细讲的话几本书也讲不完，所以在这里不作介绍，本文通过一个例子详细介绍如何在matlab下做COM 组件，以及如何在VC中调用COM组件。
　　首先在Matlab编辑器里编辑m函数文件：启动matlab->File->New->M-file 函数内容如图1：该函数无输入输出参数，文件保存为huatu.m。


图1 m函数huatu.m

在matlab下建立COM组件，步骤如下：
1、在matlab command window 输入如下命令：
>> comtool
出现com编辑界面，如图2：


图2 com组件编辑界面

2、新建工程：File->New Project…,如图3。

图2 com组件属性设置

3、设置组件属性，在"Component name"项中填写组件名称"component",这时候会自动生成类"component",在"Class name"项中填写类名称"huatu",如图4,

图4 com组件属性设置1

　　为了便于区分,选中"Classes"中的"component",点击“remove”按钮，将类component移除，再点击"Add>>"添加新类huatu,结果如图5。点击"OK"，接下来出现一个对话框，选择"Yes".

图5 com组件属性设置2

4. 添加文件：选中左边工作区的"huatu",点击Project->Add File…，选择已经编辑好的函数文件huatu.m,如图6。需要注意的是m文件必须是m函数,否则会报错,如果是m脚本文件的话,只需要改为无输入输出参数的m函数即可。

图6 添加m文件

5、生成 com组件:点击Build->COM Object…，结果如图7。

图7

com组件已经由matlab做好，默认的保存位置为：matlab安装位置\work\component。

VC中调用COM组件,步骤如下：
1、在VC中建立名为ComHuaTu的基于对话框的MFC(exe)。
2、面板上添加一个名为“画图”的button按钮，如图8。


图7 工程界面

3、将component_idl.h 和component_idl_i.c文件拷贝到VC建立的工程ComHuaTu目录下。两文件默认目录为\work\component\src
4、将上面两文件加入工程：工程->添加工程->Files，选择刚刚拷到目录下的component_idl.h 和component_idl_i.c文件。
5、将目录/extern/include/下的mwcomtypes.h拷贝到工程ComHuaTu目录下，并加入到工程中，方法同上。
6、为程序添加头文件component_idl.h 、component_idl_i.c和mwcomtypes.h，结果如图9

图9 添加头文件


7、按钮画图函数添加代码：

图10 添加按钮函数代码

函数代码的意义涉及到COM，正在写VC调用COM组件所涉及到的有关COM方面的知识。
8、设置预编译头文件：工程->设置(快捷键Alt+F7)，选择C/C++项precomplied Headers，设置如图11

图11 预编译头文件设置

9、编译、连接、运行，结果如图12。

图11 运行结果

　　可以看出利用VC调用com组件的方式来调用matlab比较简单，而且几乎支持matlab所有的函数，在m文件较大、用matcom、调用 math library或使用mcc方式无法实现的时候，推荐使用。需要说明的是，以上程序拷到另一台机器上是无法直接运行的，因为COM组件没有新机器上注册，如果要在另一台机器上使用的话，还需要打包安装COM组件，并且由于本程序代码很简单，所以也就不提供源程序了，自己可以动手做一下。
　　本人正在写一本关于VC和matlab接口方面的书，估计年底完稿，详细介绍VC和matlab接口的几种方法，并提供详细的例子，例子都是我自己写过的，欢迎大家提供些好的意见和建议。

在浅析VC与MATLAB联合编程<一>、浅析VC与MATLAB联合编程<二>和浅析VC与MATLAB联合编程<三>中简单介绍了VC和MATLAB接口的两种方法，初学者可能会问为什么要用VC和MATLAB接口，接口的实质又是什么，本文就通过一个例子来回答这两个问题。


　　
首先来介绍一下MATLAB。
MATLAB名字由MATrix和 LABoratory 两词的前三个字母组合而成。那是20世纪七十年代后期的事：时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的Cleve Moler教授出于减轻学生编程负担的动机，为学生设计了一组调用LINPACK和EISPACK库程序的“通俗易用”的接口，此即用FORTRAN编写的萌芽状态的MATLAB。


　　经几年的校际流传，在Little的推动下，由Little、Moler、Steve Bangert合作，于1984年成立了MathWorks公司，并把MATLAB正式推向市场。从这时起，MATLAB的内核采用C语言编写，而且除原有的数值计算能力外，还新增了数据图视功能。

　　MATLAB以商品形式出现后，仅短短几年，就以其良好的开放性和运行的可靠性，使原先控制领域里的封闭式软件包（如英国的UMIST，瑞典的LUND和SIMNON，德国的KEDDC）纷纷淘汰，而改以MATLAB为平台加以重建。在时间进入20世纪九十年代的时候，MATLAB已经成为国际控制界公认的标准计算软件。

MATLAB已经成为目前国际上最流行、应用最广泛的科学工程计算软件，它广泛的应用于自动控制、数学运算、信号分析、图象处理、财务分析等各行各业。由于它具有强大的计算和绘图功能、大量稳定可靠的算法库和简洁高效的编程语言，已成为数学计算工具方面事实上的标准。

　　
在欧美大学里，诸如应用代数、数理统计、自动控制、数字信号处理、模拟与数字通信、时间序列分析、动态系统仿真等课程的教科书都把MATLAB作为内容。这几乎成了九十年代教科书与旧版书籍的区别性标志。在那里，MATLAB是攻读学位的大学生、硕士生、博士生必须掌握的基本工具。

　　在国际学术界，MATLAB已经被确认为准确、可靠的科学计算标准软件。在许多国际一流学术刊物上（尤其是信息科学刊物）都可以看到MATLAB的应用。
在设计研究单位和工业部门，MATLAB被认作进行高效研究、开发的首选软件工具。如美国National Instruments公司信号测量、分析软件LabVIEW，Cadence公司信号和通信分析设计软件SPW等，或者直接建筑在MATLAB之上，或者以MATLAB为主要支撑。又如HP公司的VXI硬件，TM公司的DSP，Gage公司的各种硬卡、仪器等都接受MATLAB的支持。




为了说明问题，我们举个例子：
解下列线形方程组：(如图1)：


 



图1



用C语言(VC环境中)编写的代码为:(图2)










图2





编译、连接，运行结果为：(图3)：





图3





而该方程在MATLAB中只需要一个命令“\”就可以解决：

在MATLAB中建立一个新的m文件，在MATLAB菜单中：File->New->M file(如图4)：





图4





在M文件中输入代码，并保存为QJFCZ.m。(如图5)





图5







在MATLAB Command命令窗口中输入以下命令：

>> QJFCZ

然后回车，结果如下：


x =



-0.1429

2.7857

0

>>




　　可以看出用MATLAB写出的代码十分简单，对于上面的方程，如果矩阵A和b的维数发生变化的话，
C代码还要重新编写，而用MATLAB书写的代码几乎不用改动，只需改变数据即可。


　　
如果现在我们用VC编写的一个软件，其中要求解有5个未知数的线形方程组，如果用C\C++语言来写程序的话其编程量是很大的，
如果在C\C++语言中能用MATLAB那么简单的代码来实现该功能就可以大大减少工作量，VC和MATLAB接口就是做这个工作的。
MATLAB中提供了大量用C\C++重新编写的MATLAB库函数，包括初等数学函数、线形代数函数、矩阵操作函数、数值计算函数、
特殊数学函数、插值函数等等，还可以利用MATLAB的编译工具将m文件方便的转化为C\C++语言、可执行程序(exe)、动态连接库文件(dll)、COM组
件等等，并可直接供C\C++语言调用，利用VC和MATLAB接口技术可以在VC中充分发挥MATLAB的数值计算功能，并且可以不依赖MATLAB软件运行，我们在编写程序时，可以在VC下做出很漂亮的界面，而把复杂的数值处理交给MATLAB去做(实际上MATLAB也能做界面GUI(Graphic User Interface),而且做出的界面我认为
并不比VC逊色，但是需要MATLAB软件作为后台运行，如果不依赖MATLAB软件运行的话，可以在VC中调用GUI)，然后通过接口技术将MATLAB集
成到VC中，这样可以大大减轻编程的负担，并减少程序编写时间。



　　
事实上正是由于MATLAB数值计算功能的强大，MATLAB与许多程序都有接口，例如Fortran、VB、Java、SPSS(一个著名的统
计软件)、Excel、Word等，其实质也是通过接口在程序中调用MATLAB的功能。

在前面的介绍中,只是简介绍了VC与Matlab程序设计的几个简单例子，很多关键性的知识都没有介绍（例如函数的输入输出格式，VC中调用工具箱函数，编译器的使用，几种方法的混合使用等等）在以后的文章中，将会对这些知识进行介绍(因此标题也改了一下，呵呵，如果有错误的地方，还望大家多多指点)VC调用Matlab的方法有多种，为了对混合编程有一个大概认识，将常用的几种方法中介绍一下：



一、通过Matlab Engine方式

　　Matlab Engine是指一组Matlab提供的接口函数,支持C语言, Matlab Engine采用C/S(客户机/服务器)模式,Matlab作为后台服务器,而C程序作为前台客户机,通过Windows的动态控件与服务器通信,向Matlab Engine传递命令和数据信息,从Matlab Engine接受数据信息。用户可以在前台应用程序中调用这些接口函数,实现对Matlab Engine的控制。采用这种方法几乎能利用Matlab全部功能，但是需要在机器上安装Matlab软件，而且执行效率低，因此在实际应用中不采用这种方法，在软件开发中也不可行，我认为适合个人使用或做演示用，因此不打算介绍。





二、直接调用Matlab的C/C++数学函数库


　　Matlab中提供了可以供C/C++语言调用的C/C++数学函数库，其中包含了大量用C\C++语言重新编写的Matlab数学函数，这些函数涉及到线形代数、数值分析、傅立叶变换、多项式计算、解微分方程等，并且函数库中提供了大量各种矩阵操作函数，在VC中可以直接使用这些函数，通过这些函数可以在VC中方便的实现在Matlab中矩阵运算功能。可以看出用这种方法可以很灵活的调用Matlab来编写应用程序，但要求读者对C\C++语言比较熟悉，可以看出使用这种方法调用Matlab的工具箱函数有很大困难。适合对C\C++语言比较熟悉的用户使用，


三、用Matlab自带的Matlab Compiler

　　Matlab Compiler的作用是将m文件转化成C/C++代码（也就是通常所用的mcc命令）,这种源代码需要用C/C++编译器编译连接成独立应用程序，在将m文件转成独立应用程序的过程中生成的C/C++文件，原则上是可以被其它的C/C++代码调用的，编译器可以通过设置mcc命令的选项，将m文件编译成动态链接库文件、C/C++文件、可执行文件等一系列文件。到matlab R21.1为止，Matlab Compiler的m程序转换成C/C++代码功能有很多限制：

1. 不能转换脚本m文件，只能转换m函数；


2. 不能使用matlab对象；


3. 不能用input或者eval操作matlab空间变量；



4. 不能动态地命名变量，然后用load或者save命令来操作；


5. 不能处理具有嵌套调用其他m文件的m文件；


6. 不能使用MATLAB内联函数；

四、使用matlab的combuilde工具

　　
COM是component object module的简称，它是一种通用的对象接口，任何语言只要按照这种接口标准，就可以实现调用它。matlab6.5新推出来的combuilder就是把用matlab编写的程序做成com组件，供其他语言调用。该方法实现简单，通用性强，而且几乎可以使用Matlab的任何函数(注意：不支持脚本文件，脚本文件使用时要改为函数文件)，因此在程序较大、调用工具箱函数或调用函数较多时推荐使用，这也是Matlab公司(Matlab公司就是Mathworks公司)推荐的使用方法。




五、使用matcom工具。
　　这是个第三方控件，很小(8M多),原本属于mathtool公司，后来被Mathworks公司合并了，使用该工具可以将m脚本文件和m函数转化成相同功能的C\C++文件，相比其它方法使用matcom具有如下优点：

1. 转换过程简单(由matcom工具自动实现)，容易实现；


2. 可以方便的生成动态链接库文件(dll)和可执行文件(exe)；


3. 不仅可以转换独立的脚本文件，也可以转换嵌套脚本文件；


4. 设置环境后，可以使用Matlab的工具箱函数；

但matcom也有以下不足：

1. 对struct等类的支持有缺陷，对class数据类型；


2. 部分绘图语句无法实现或得不到准确图象，尤其是三维图象；

因此在不涉及到三维做图以及m文件不大的情况下推荐使用。



　　以上几种方法可以单独使用，也可以混合使用。这里简单的介绍了VC和matlab接口的几种方法，读者可以根据需要选择适合自己的方法。需要说明的是上以上几种方法并不是相互独立的，而是有相互联系的，比如使用C/C++函数库与使用编译器，对于实现相同功能的程序，直接调用函数库与使用编译器最终生成的代码可能相差不大，只不过一个是直接在VC中写C/C++代码，一个是在Matlab中写好m代码，然后通过编译器将m代码转化成相同功能的C/C++代码，而在转化的过程中也需要调用相应的C/C++函数库文件。在后面的文章中将从第二种方法开始进行介绍。