VC与MATLAB混合编程的方法及实现.pdf

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1、混合编程的方法及实现 姜长元 湖州师范学院理学院 浙江 湖州 3 1 3 0 0 0 南京师范大学数 学与计算机科学学院 南京 2 1 0 0 9 7 摘要：Ma d a b是功能强大的工程计算和数据分析软件，V i s u a l c+是面向对象的快速 开发工具。二者结 合，可以开发出具有友好界面，满足工程领域应用的软件。通过Ma t l a b 6 5和V i s u a l c+6 0的几种混合编程 的方法，比较 了它们的优缺点，并以实例说明。关键词：Ma t l a b；Vi s u a l C+：混合编程 引 言 M a rl a b 是 M a t h Wo r k s 公 司推

2、出的一套高性能的数 值计算和可视化软件。它是一个高度集成的系统，集科 学计算、图像处理、声音处理于一体，具有极高的编程 效率。V C+是一种 面 向对象 的 可视 化编 程语 言。但 V C+在数值处理分析和算法工具等方面，其效率远远 低于 M a t l a b 语 言。在准确方便地 绘制数据 图形方面，M a t l a b 语言更具有无可 比拟 的优势。此外，M a fl a b 还提 供功能强大的工具箱。但 Ma t l a b的缺点是不能实现端 口操作和实时控制。因此，若能将两者结合运用，实现 优势互补。将获得极大的效益。1 M a t l a b和 V C+混合编程的思路 在 V

3、C的集成开发环境下使用 M a t l a b，可 以利用 M a t l a b的数学库将 M a t l a b的程序编译为 V C编译器所 能识别 的源代码嵌 入 V C的环境。熟 悉 M a t l a b C或 C+数学库 的人也可用 C或 C+的语法在 V C的环境 里直接编写程序。不过，M a t l a b的数学库在开发时似乎 倾向于编译独立的可执 行程序，把 V C只作 为一个编 译和连接的工具 而没有过多地考虑在 V C的集成环 境下进行开发。这给混合编程带来了很大的不便 经过多次实践，总结出下列几种接 口方法。调试环 境 为 Ma t l a b 6 5和 V C+6 0

4、开发 平 台，以 下均 假 定 M a t l a b 6 5安装在 C：l a t l a b 6 p 5目录下。电脑知限与技术 镊溺 躇 2 M a t l a b和 V C+混合编程的具体实现 2 1 使用 M a t l a b E n g i n e 所谓 M a t l a b E n g i n e 是指一组 M a t l a b提供的接口 函(E n g i n e A P I 函数)支持 C语言。M a t l a b E n g i n e采 用客户机 服务器 f C l i e n t S e r v e r)的计算方式，Ma t l a b E n g i n e 作

5、为服务器，C应用程序作为前端客户机，通过 Wi n d o w s的动态控件(A c t i v e X)与服务器通信，向 M a t 1 a b E n gi n e传递命令和数据信息，从 M a t l a b E n g i n e 接 收数据信息。用户可以在 C应用程序中调用这些接1：3 函数，实现对 M a t l a b的控制。可实现 的控制功能主要 有：e n g O p e n：打开 M a t l a b 引擎：e n g C l o s e：关闭 Ma t l a b引擎：e n g E v a l S t r i n g：向 M a t l a b发送字符 串：e n g

6、 G e t A r r a y：读取 M a t l a b 工作空间的数组：e n g p u t A a y：将 C程序 中创建的数组写入 M a t l a b 工作空间：e n g O u t P u t B u ff e r：获取 M a t l a b 命令窗1：3 的输。调用 E n g i n e接 1：3 函数 的 C应用程序称 为引擎程 序。引擎程序可以在 M a fl a b环境下编译和连接，也可 以在 V i s u a l C+6 0的 I D E中编译和连接 两者有所不 同。2 1 1 在 Ma t l a b环境下编译和连接引擎程序 以 M a t l a b

7、6 5自带的示 范程序 e n g w i n d e m o c为例，维普资讯 http:/ 可以在 M a t l a b命令窗 E 1 中用 m e x 命令编译为e x e程 序。m e x 命令 的默认配置文件是 m e x o p t s-b a t，该文件是 为生成 m e x 程序专用 的，编译引擎程序不能使用这个 配置文件。在 目录 c：h n a t l a b 6 p 5 i n w i n 3 2 h n e x o p t s 下找 到 m s v c 6 O e“g m a t 叩t s h a t，用文本编 辑器 打开它，找 到 以下这行：s e t M S V

8、C D i r-m a t l a b 将 后面的m a fl a b 修改为用户 的 V C安装 目录。修改完毕，将其命名为 m y e n g m a t o p t s b a t，以后就可以 用这个文件作为 m e x命令编译引擎程序 的配置文件 了。在 M a t l a b 6 5 环境下，进人要编译的文件在 目录，执行命令：m e x f m y e n g m a t o p t s b a t e n g w i n d e m o C 命令执行后 会生成 e n g w i n d e m o e x e文件 可以双 击运行它，稍后会在后台启动一个 M a d a b的简易

9、命令 窗 E 1 并显示 出一条抛物线以及一个对话框。2 1 2在 V C+6 0的 I D E中编译和连接 引擎程序 以 M F C A p p Wi z a r d(e x e)为模板 建立名为 E n-g v c D e m o的工程，选择单文档，其它的接受默认设置。(1)设置 V C选项：进人 T o o l s I O p t i o n s I D i r e c t o r i e s 页 面 在 S h o w d i r e c t o ri e s f o r 的下拉列表中选择 I n c l u d e fi l e s 添 加路径 c：n a t l a b 6 p 5

10、 e x t e mk i n c l u d e；选 择 L i b r a r y fi l e s 添 加路径 c：I T l a t l a b 6 p 5 e x t e mU i h、w i n 3 2 I T l i c m s o f t I T l s v c 6 0。(2)设置工程选项：进人 P r o j e c t t S e t t i n g s l L i n k页面，在 O b j e c t L i b r a ry m o d u l e s 编辑框中 添加文件名：l i b m x 1 i b l i b m a t 1 i b l i b e n g 1

11、 i b。(3)在工程中添加源文件 m a t l a b c p p，编辑其内容 如下：#i n c l u d e“s t d a f x h”#i n c l u d e“e n g i n e h”，每一个引擎程序都必须包含此头文件 v o i d Ma t l a b D r a w 0 E n g i n e e p；i f(!(e p：e n g 0 p e n(N U L 1 )M e s s a g e B o x(H WN D)N U L L，“C a n t s t a r t M A T L A B e n g i n e”，“Ma t l a b D r a w”，M

12、B一0 K)；e x i t(-1),】e n g E v a l S t r i n g(e p “x=0：0 0 1：2 p i；y=s i n(x)；p l o t(X，y)；”)；e n g E V a l S “g(e p，“t i t l e(M a t l a b D r a w i n g )；”)；e“g E v a l S n g(e p，“x l a b e l(X )；”)；e n g E v a l S t r i n g(e p，“y l a b e l(Y )；”)；M e s s a g e B o x(N U L L，“P r e s s O K t o c

13、l o s e”，“E n g v c D e-m o”，MB_O K)；e n g C l o s e(e p)；】(4)编辑主菜单，添加主菜单项 E n g i n e及其子菜单 D e m o 并 为子菜单 D e m o生成 消息处 理 函数(在 类 C E n g v c D e m o V i e w中实现1 然后将其编辑如下：v o i d C E n g v c D e m o V i e w：O n E n g i n e D e m o 0 T O D O：A d d y o u r c o m m a n d h a n d l e c o d e h e r e M a

14、 t l a b D r a w 0；】(5)在文件 E n g v c D e m o V i e w h的头部添加函数声 明：e x t e m v o i d M a t l a b D r a w 0；至此 工程已经建立并设置完毕 可以开始编译和 连接。运行之后，单击菜单 E n g i n e I D e m o，稍候会在后 台启动一个 M a t l a b的简易命令窗E 1，并绘出一条正弦 曲线。该方法的特点是：混合编程后的可执行程序脱离 不 了 M a t l a b的运行环境：另外一方面在调用引擎之后 是按照 Ma fl a b的执行方式进行的 由于 M a t l a b是

15、解释 执行代码 运行速度很慢。2 2 利用 m c c 命令 M a t l a b数学库和图像库是专门为脱离 M a fl a b环 境而开发的 C C+程序库。有了M a t l a b 数学库和图像 库 用户可以用 M a t l a b的 m c c 命令将 M a t l a b程序直接 编译为可执行程序 或者生成 中间的 C C+代码，再嵌 人用户 的 C C+程序中编译和连接。m c c 命令的执行需要调用 m e x 命令。因此要按照 前面所说的配置好 m e x才可以用 m c c。需要明确的是，m c c 是编译 M a t l a b的源程序(m文件)，而 m e x 是

16、编译 C C+的源程序(C 文件或 c p p文件)，二者有所不 同。下面着重介绍如何在 V i s u a l C+6 0的 I D E中重 新利用 m c c 生成的 C+代码，以M F C A p p Wi z a r d(e x e 1 为模板，建立名为Mc c D e m o的工程，选择单文档，其它 的接受默认设置。(1)参考本文 2 1 2中的第一步，给 V C工程添加头 文件搜索路径；(2)设置工程选项：进人 P r o j e c t lS e t t i n g s，(a)在 C C+F 性页中，选择 C a t e g o ry为 G e n e r a l，再 在 P r

17、 e p r o c e s s o r d e fi n i t i o n s编 辑 框 中加 入：M S V C I B M P C，M S WI N D(中间有逗号)；豢 2 8 篓 囊 翻 l 维普资讯 http:/ (b)在 C C+F性页 中，选择 C a t e g o r y为 P r e c o m-p i l e d H e a d e r s 选择 A u t o m a t i c u s e o f p r e c o m p i l e d h e a d-e r s 再在 T h o u g h t h e a d e r 编辑框中输入 s t d a f x

18、h；(C)在 C C+属 性 页 中，选择 C a t e g o r y为 C o d e G e n e r a t i o n 再 在 U s e mR t i m e l i b r a r y列表 框 中选 择 D e b u g M u h i t h r e a d e d D L L。f 如果把程序编译为 R e l e a s e 版，就选择 M u l t i t h r e a d e d D L L)；(d)在 L i n k属性 页中，选择 C a t e g o r y为 I n p u t，再在 0 b j e c t 1 i b r a r y m o d u

19、l e s 编辑框 中加入：l i b m m fi l e 1 i b l i b m a t l b 1 i b l i b m x 1 i b l i b ma t 1 i b l i b ma t p m 1 i b s g 1 1 i b l i b m w s g l m 1 i b。然后在 I n g o r e l i b r a r i e s 编辑框 中输入：m s v c r t 1 i b。f 3 1 编辑 m文件v c m c c m f u n c t i o n v c m c c(n)x=s i n(1：(2 n)l (2 n)(2 0 p i)；y=a b s

20、(f f t(x)；y=y(1：n)；【m，i l=m a x(y)；s u b p l o t(2 1 1)；p l o t(x)；s u b p l o t(2 1 2)；p l o t(y)；s=s p r i n ff(Ma x=d，I n d e x=d n ，m，i)；u i w a i t(m s g b o x(s，结果，n o n m o d a l )；c l o s e；在 M a t l a b环境下，进入 v c m c c m文件所在目录，执行命令：m c c B s g l c p p v c m c c m 命令执行完毕，将生成的 s u b p l o t c

21、 p p s u b p l o t h p p v c m c c c p p v c m c c h p p复制到工程 目录。并将 s u b p l o t c p p v c m c c c p p 添加到工程中。(4)打开菜单编辑器，给程序的主菜单加入一个新 菜单 M C C，它有 一 个 子 菜单 D e m o。指 定 其 I D为 MCCDEMO。(5)在工程 中添加一个对话框，并为其创建一个对 话 框 类 C M y D L G。在 对 话 框 中 添加 一 个 编 辑 控 件(I D C E D I T)，为I D C E D I T添加一个整形变量 i n t mn，指定

22、该变量的范围(2 0 9 9 9 9)。，(6)为子菜单 M C C D E MO生成消息处理函数(在类 C M a i n F r a m e中实现)，并编辑如下：v o i d C M a i n F r a m e：0 n D e m o()l i b m m fi l e l n i t i a l i z e()；l i b m w s g l m I n i t i a l i z e O；2 4 电 脑 知识 与 技 术 穗壤l譬 壤蕊 m l f H G I n i t i a l i z e(N U L L，N U L L)；My DL G d l g；i f(d i g D

23、 o D e m o()=I D 0 K)i n t n=d l g m n；mw Ar r a y a；a=n；v c m c c(a)；l 在源文件f M a i n F m c p p)l J 头部添加包含文件#i n c l u d e“ma fl a b h p p”ma t l a b h p p是 Ma t l a b C+数学库的头文件#i n c l u d e“v c m c c h p p#i n c l u d e“My D L G h”f 7)至此，设置和添加完毕，编译 连接之后，就可以 运行了。此程序利用一个对话框接受一个正整数 n，将 一个波长为 2 0的正弦波信

24、号离散化，并计算其快速 傅立叶变换以及变换后的最大值。2 3利用 m e x 程序 所谓 m e x程序，是 M a t l a b E x e c u t a b l e 程序 的缩写，即M a t l a b可执行程序。它是扩展文件名为D L L的动态 连接库。在 2 1 1 节 中，是将已有的引擎程序编译为 e x e文件，在 Wi n d o w s 环境下双击 即可运行，但不能供 M a t l ab 调用；而本节将要介绍的是将 C应用程序编译 为动态连接库f D E E)文件，这种 D L L文件符合 Ma a b 的调用格式。可以在 M a t l a b的命令窗 口和 m程序

25、中直 接调用。M a t l a b提供 了用于 m e x程序 的 应用 程序 接 口。m e x 程序有 唯一的输 出函数 m e x F u n c t i o n，所有 的输入 变量 和输 出变 量都用 统一的 数据类 型 m x A r r a y来表 达。输入变量 和输 出变量的个 数都 可以在 m e x F u n c t i o n 的参数中表明。在运行 m e x 程序之前，必须在 M a t l ab 中用“m e x s e t u p”命令，对 m e x 程序的编译器选项进行 设置。建立 V C工程时，应选择静态链接 MF C的 D L L，因为M a t l a

26、b 必须使用 自带的 m f c 4 2 d l l。此文件与wi n d o w s 系统 目录中的相应文件不相容。选择 静态链接 MF C可避免出错。此外，需要在 V C的 d e f 文件中指定 D L L文件的输出函数，即在 d e f 文件中的“E x p o r t s”后 加 上”m e x F u n c t i o n”。还 要 把 头 文 件 目 录 c：M a t l a b 6 p 5 e x t e r n i n c l u d e 和 库 文 件 目 录 c：k m a t l ab6 p 5 e x t e mk l i b w i n 3 2 k m i c

27、r o s o fi k ms v c 6 0加入 V C的 搜索路径 中。并指定要链接 的库文件 l i b m x 1 i b l i b m e x 1 i b ma t l b mx 1 i b l i b ma t 1 i b。举一个简单的例子：维普资讯 http:/ 将以下代码以 C P P文件保存，并加入 V C工程。#i n c l u d e“s t d a f x h#i n c l u d e“me x h”v o i d m e x F u n c t i o n(i n t n l h s，m x A r r a y p l h s【，i n t n r h s，c

28、o n s t m x A r r a y p r h s )m e x P r i n t f(“H e l l o Wo r l d!k n”)；1 编译和链接后 可在 d e b u g目录下得到相应的 D L L 文件。该文件可在 M a t l a b中直接运行，输出字符串：“He l l o Wo r l d!”。由于 M a t l a b是一种解释执行的脚本语言 其运行 速度通常比较缓慢。而 m e x 程序是用 C C+语言编写 的可执行程序，克服 了脚本语 言速度缓慢的缺点，提 高了程序执行的效率。前面提到的M a t l a b编译器m c c 虽然能将 n l 文件转换

29、 为 C C+文件，但 实际上 n e e是 将 i n文件生硬地直接 翻译成 C C+程序。这样翻译得 到的程序通 常包含大量的标准 函数，在某些情况下执 行效率并不很高，甚 至比原来的 m 文件还慢。因此，编 写 m e x程序才是提 高 M a t l a b程序运 行速度 的最有效 的方法。2 4利用 M a t c o m编译 M a t l a b自带的 m c c编译器存在很多不便，M a t h T o o l s 公 司推出的 M a t c o m是一个 十分有效 的 m 文件 翻译器，它具有 以下优点：(1)M a t c o m提供 了 M a t l a b中 n l

30、 文件 与其他高级 语言的接 口，能够将 n l 文件编译为脱离 M a t l a b环境 独立运行的可执行性程序，这样既提高了代码的复用 率，又提高了代码的执行速度。(2)它提供 了近千个数学函数。对于其他高级语言 编译器来说，提供了一个丰富的数学函数库 基本上在 M a fl a b 上的常用函数都可以在高级语言中直接调用。(3)M a t c o m不仅将 Ma t l a b中的 n l 文件编译为脱 离 M a fl a b 环境独立运行的可执行性程序。还能够将其 翻译成相应 的 c p p文件，用户则可选择其中的部 分 代码直接插入到 V C+开发的程序中。M a t c o m

31、同时还 克服了m c c只能编译一个独立的 n l 文件的缺点，当 所编译的 n l 文件依赖于其他的 m 文件(在 Ma d a b 中称为函数)时，M a t c o m能够将 该 m文件 中所调用 的其他的 1 3 1 文件直接编译成 d U，同时给出相应的 c p p和 h文件，条件是被调用的 I n文件与编译的 i n文件在同一个 目录下。编译后用户可 以将 c p p 和 h文件插入到 v C+开发的工程中，像调用函数一 样调用，也可以将生成的 d U像使甩其他动态链接库 一样使用。f 4)M a t c o m支持一定的图形显示。由以上 4个优点不难想象，M a t c o m将

32、是 M a t l a b和 v C+甚至其他高级语言之间进行混合编程的完美解 决途径。对 M a t c o m来说，其工作过程是先将 i n 文件 按照与 M a t c o m的c p p库的对应关系翻译为 c p p源代 码，然后用对应版本的 C 编译器将 c p p文件编译成相 应的 e x e 或 d U文件。3结论 M a t l a b和v C+的4种混合编程方法。利用 M a t l a b 引擎可节省大量的系统资源，应用程序整体性能较 好，能最充分地利用 Ma fl a b的功能，但不可脱 离 M a t l a b的环境运行，且运行速度较慢，但在一些 特别的应 用(例如需

33、要进行三维图形显示)时可以考虑使用。用 M a t l a b自带 的 m c c编译器将 相应的-m文件转换 为 c p p 代码，转换的代码可读性不太好 且不支持图形函 数，不常使用，但该方法是 M a t l a b自身提供的。编写 m e x程序可在 M a t l a b中实现对 V C代码的调用。当程 序有多个模块时，需要多次使用 m e x 命令，操作很麻 烦。用 M a t c o m进行转换非常简单、方便，生成的代码 可读性很好。且在 C编译器编译后其代码的执行的速 度 比 M a t l a b下平均要快 1 5倍以上 可 以认为是 Ma t l a b和V C+进行混合编

34、程最为有效的途径。参考文献【1 刘志俭，潘献飞，连军想 M a t l a b外部程序接口 (6 x)【M 北京：科学出版社，2 0 0 2 【2 尹泽明，丁春利 精通M A T L A B 6 M 北京：清华大 学出版社 2 0 0 2 【3 郭虹，薄云飞，林冬 V C+与M A T L A B混合编程 技术研究 J 计算机工程，2 0 0 2，9：2 6 9 2 7 1 【4】林岚，周云波，杨玉星，等 Ma t c o m：M a t l a b与 C+结合的有效途径【J 微机处理，1 9 9 9，5(2)：5 0 5 1 【5 闻斌，崔建昆 M A T L A B与 V i s u a l C+的联合应 用【J 计算机与现代化，2 0 0 4，2：1 4 1 6 【6 何强，何英 M a fl a b扩展编程【M 北京：清华大学 出版社 2 0 0 2 电脑知识与技术 0 冀溪一 维普资讯 http:/