資料介紹
1 引言
Matlab 是當前應用最為廣泛的數學軟件,具有強大的數值計算、數據分析處理、系統 分析、圖形顯示甚至符號運算等功能[1]。利用這一完整的數學平臺,用戶可以快速實現十分 復雜的功能,極大地提高工程分析計算的效率[2][3]。但與其他高級程序[3]相比,Matlab 程序 是一種解釋執行程序,不用編譯等預處理,程序運行速度較慢[4]。
C/C++語言是目前最為流行的高級程序設計語言之一[5]。它可對操作系統和應用程序以 及硬件進行直接操作,用C/C++語言明顯優于其它解釋型高級語言,一些大型應用軟件如 Matlab 就是用C 語言開發的。
在工程實踐中,用戶經常遇到Matlab 與C/C++混合編程的問題。本文基于Matlab 6.5和VC6.0 開發環境,在Windows 平臺下就它們之間的混合編程問題進行深入研究并舉例說明。
2 Matlab 調用C/C++
Matlab 調用C/C++的方式主要有兩種:利用MEX 技術和調用C/C++動態連接庫。
在Matlab 與C/C++混合編程之前,必須先對Matlab 的編譯應用程序mex 和編譯器mbuild進行正確的設置[1]:
對Matlab 編譯應用程序mex 的設置:Mex –setup.
對Matlab 編譯器mbuild 的設置:Mbuild –setup.
2.1 調用C/C++的MEX 文件
MEX 是Matlab Executable 的縮寫,它是一種“可在Matlab 中調用的C(或Fortran)語 言衍生程序”[6]。MEX 文件的使用極為方便,其調用方式與Matlab 的內建函數完全相同,只 需在Matlab 命令提示符下鍵入MEX 文件名即可。
一個C/C++的MEX源程序通常包括4個組成部分,其中前3個是必須包含的內容,第4個則根據所實現的功能靈活選用:(1)#include “mex.h”;(2)MEX文件的入口函數mexFunction, MEX文件導出名必須為mexFunction函數;(3)mxArray;(4)API函數
通過簡單的例子說明C/C++的MEX 源程序編寫和調用過程:
#include “mex.h”
void timeSTwo(double y[], double x[])
{ y[0] = 2.0*x[0]; }
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],int nrhs, const mxArray *prhs[] )
{ double *x,*y; int mrows,ncols;
if(nrhs!=1) mexErrMsgTxt(“One input required.”);
else if(nlhs》1) mexErrMsgTxt(“Too many output arguments”);
mrows = mxGetM(prhs[0]);ncols = mxGetN(prhs[0]);
if( !mxIsDouble(prhs[0])||mxIsComplex(prhs[0])||!(mrows==1 && ncols==1))
mexErrMsgTxt(“Input must be a noncomplex scalar double.”);
plhs[0]=mxCreateDoubleMatrix(mrows,ncols, mxREAL);
x=mxGetPr(prhs[0]); y=mxGetPr(plhs[0]); timestwo(y,x); }
用指令mex timestwo.c 編譯此文件,然后在MATLAB 命令行下調用生成的MEX 文件即可。
2.2 調用C/C++動態連接庫
Matlab 提供對動態連接庫DLL 文件的接口[7]。利用該接口,可在Matlab 中調用動態連 接庫導出的函數。Matlab 對DLL 的接口支持各種語言編寫的DLL 文件。在調用DLL 文件之 前,需要準備函數定義的頭文件。對于C/C++語言開發的DLL 文件,可使用源程序中相應的 頭文件;而對于其他語言開發的DLL,則要手工準備等效的C 語言函數定義頭文件。
在Matlab 中利用動態連接庫接口技術通常需要完成以下4 個步驟:
(1)打開動態連接庫文件;(2)為調用函數準備數據;(3)調用動態連接庫文件中導出的 函數;(4)關閉動態連接庫文件。
為了實現以上步驟,用到的Matlab 函數有:loadlibrary,loadlibrary,calllib,
libfunctions,lipointer,libstruct,libisloaded。下面舉例說明Matlab 調用C/C++動態 連接庫的方法和步驟:
a.在VC 環境下,新建工程-》win32 動態連接庫-》工程名Test1-》empty 工程-》完成;
b.新建-》C++源文件-》添加a.cpp,內容為: #include “a.h”
_declspec(dllexport) int add(int a, int b) { return a+b; }
c.新建-》C/C++頭文件-》添加a.h,內容為: _declspec(dllexport) int add(int a,intb);然后編譯生成Test1.dll 動態連接庫文件,將Test1.dll 和a.h 拷到Matlab 工作目錄下。
d.在Matlab 命令行下,調用Test.dll:》》loadlibrary(‘Test1’,’a.h’); 》》x=7;
》》y=8; 》》calllib(‘Test1’,‘add’,x,y); Ans=15 》》unloadlibrary(‘Test1’)。
調用DLL 動態連接庫的方法,為Matlab 重用工程實踐中積累的大量實用C/C++代碼提供了一種簡潔方便的方法。與調用MEX 文件相比,該方法更加簡便實用。
3 C/C++調用Matlab
在工程實踐中,C/C++調用Matlab 的方法主要有調用Matlab 計算引擎、包含m 文件轉 換的C/C++文件,以及調用m 文件生成的DLL 文件。
3.1 利用Matlab 計算引擎
Matlab 的引擎庫為用戶提供了一些接口函數,利用這些接口函數,用戶在自己的程序 中以計算引擎方式調用Matlab 文件。該方法采用客戶機/服務器的方式,利用Matlab 引擎 將Matlab 和C/C++聯系起來。在實際應用中,C/C++程序為客戶機,Matlab 作為本地服務器。
C/C++程序向Matlab 計算引擎傳遞命令和數據信息,并從Matlab 計算引擎接收數據信息[2]。
Matlab 提供了以下幾個C 語言計算引擎訪問函數供用戶使用[8]:engOpen,engClose, engGetVariable,engPutVariable,engEvalString,engOutputBuffer,engOpenSingleUse, engGetVisible,engSetVisible。
Matlab 是當前應用最為廣泛的數學軟件,具有強大的數值計算、數據分析處理、系統 分析、圖形顯示甚至符號運算等功能[1]。利用這一完整的數學平臺,用戶可以快速實現十分 復雜的功能,極大地提高工程分析計算的效率[2][3]。但與其他高級程序[3]相比,Matlab 程序 是一種解釋執行程序,不用編譯等預處理,程序運行速度較慢[4]。
C/C++語言是目前最為流行的高級程序設計語言之一[5]。它可對操作系統和應用程序以 及硬件進行直接操作,用C/C++語言明顯優于其它解釋型高級語言,一些大型應用軟件如 Matlab 就是用C 語言開發的。
在工程實踐中,用戶經常遇到Matlab 與C/C++混合編程的問題。本文基于Matlab 6.5和VC6.0 開發環境,在Windows 平臺下就它們之間的混合編程問題進行深入研究并舉例說明。
2 Matlab 調用C/C++
Matlab 調用C/C++的方式主要有兩種:利用MEX 技術和調用C/C++動態連接庫。
在Matlab 與C/C++混合編程之前,必須先對Matlab 的編譯應用程序mex 和編譯器mbuild進行正確的設置[1]:
對Matlab 編譯應用程序mex 的設置:Mex –setup.
對Matlab 編譯器mbuild 的設置:Mbuild –setup.
2.1 調用C/C++的MEX 文件
MEX 是Matlab Executable 的縮寫,它是一種“可在Matlab 中調用的C(或Fortran)語 言衍生程序”[6]。MEX 文件的使用極為方便,其調用方式與Matlab 的內建函數完全相同,只 需在Matlab 命令提示符下鍵入MEX 文件名即可。
一個C/C++的MEX源程序通常包括4個組成部分,其中前3個是必須包含的內容,第4個則根據所實現的功能靈活選用:(1)#include “mex.h”;(2)MEX文件的入口函數mexFunction, MEX文件導出名必須為mexFunction函數;(3)mxArray;(4)API函數
通過簡單的例子說明C/C++的MEX 源程序編寫和調用過程:
#include “mex.h”
void timeSTwo(double y[], double x[])
{ y[0] = 2.0*x[0]; }
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],int nrhs, const mxArray *prhs[] )
{ double *x,*y; int mrows,ncols;
if(nrhs!=1) mexErrMsgTxt(“One input required.”);
else if(nlhs》1) mexErrMsgTxt(“Too many output arguments”);
mrows = mxGetM(prhs[0]);ncols = mxGetN(prhs[0]);
if( !mxIsDouble(prhs[0])||mxIsComplex(prhs[0])||!(mrows==1 && ncols==1))
mexErrMsgTxt(“Input must be a noncomplex scalar double.”);
plhs[0]=mxCreateDoubleMatrix(mrows,ncols, mxREAL);
x=mxGetPr(prhs[0]); y=mxGetPr(plhs[0]); timestwo(y,x); }
用指令mex timestwo.c 編譯此文件,然后在MATLAB 命令行下調用生成的MEX 文件即可。
2.2 調用C/C++動態連接庫
Matlab 提供對動態連接庫DLL 文件的接口[7]。利用該接口,可在Matlab 中調用動態連 接庫導出的函數。Matlab 對DLL 的接口支持各種語言編寫的DLL 文件。在調用DLL 文件之 前,需要準備函數定義的頭文件。對于C/C++語言開發的DLL 文件,可使用源程序中相應的 頭文件;而對于其他語言開發的DLL,則要手工準備等效的C 語言函數定義頭文件。
在Matlab 中利用動態連接庫接口技術通常需要完成以下4 個步驟:
(1)打開動態連接庫文件;(2)為調用函數準備數據;(3)調用動態連接庫文件中導出的 函數;(4)關閉動態連接庫文件。
為了實現以上步驟,用到的Matlab 函數有:loadlibrary,loadlibrary,calllib,
libfunctions,lipointer,libstruct,libisloaded。下面舉例說明Matlab 調用C/C++動態 連接庫的方法和步驟:
a.在VC 環境下,新建工程-》win32 動態連接庫-》工程名Test1-》empty 工程-》完成;
b.新建-》C++源文件-》添加a.cpp,內容為: #include “a.h”
_declspec(dllexport) int add(int a, int b) { return a+b; }
c.新建-》C/C++頭文件-》添加a.h,內容為: _declspec(dllexport) int add(int a,intb);然后編譯生成Test1.dll 動態連接庫文件,將Test1.dll 和a.h 拷到Matlab 工作目錄下。
d.在Matlab 命令行下,調用Test.dll:》》loadlibrary(‘Test1’,’a.h’); 》》x=7;
》》y=8; 》》calllib(‘Test1’,‘add’,x,y); Ans=15 》》unloadlibrary(‘Test1’)。
調用DLL 動態連接庫的方法,為Matlab 重用工程實踐中積累的大量實用C/C++代碼提供了一種簡潔方便的方法。與調用MEX 文件相比,該方法更加簡便實用。
3 C/C++調用Matlab
在工程實踐中,C/C++調用Matlab 的方法主要有調用Matlab 計算引擎、包含m 文件轉 換的C/C++文件,以及調用m 文件生成的DLL 文件。
3.1 利用Matlab 計算引擎
Matlab 的引擎庫為用戶提供了一些接口函數,利用這些接口函數,用戶在自己的程序 中以計算引擎方式調用Matlab 文件。該方法采用客戶機/服務器的方式,利用Matlab 引擎 將Matlab 和C/C++聯系起來。在實際應用中,C/C++程序為客戶機,Matlab 作為本地服務器。
C/C++程序向Matlab 計算引擎傳遞命令和數據信息,并從Matlab 計算引擎接收數據信息[2]。
Matlab 提供了以下幾個C 語言計算引擎訪問函數供用戶使用[8]:engOpen,engClose, engGetVariable,engPutVariable,engEvalString,engOutputBuffer,engOpenSingleUse, engGetVisible,engSetVisible。
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