1 引言

Matlab是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的數(shù)學(xué)軟件，具有強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)分析處理、系統(tǒng) 分析、圖形顯示甚至符號(hào)運(yùn)算等功能。利用這一完整的數(shù)學(xué)平臺(tái)，用戶可以快速實(shí)現(xiàn)十分 復(fù)雜的功能，極大地提高工程分析計(jì)算的效率。但與其他高級(jí)程序相比，Matlab程序是一種解釋執(zhí)行程序，不用編譯等預(yù)處理，程序運(yùn)行速度較慢。

C/C++語(yǔ)言是目前最為流行的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言之一。它可對(duì)操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序以 及硬件進(jìn)行直接操作，用C/C++語(yǔ)言明顯優(yōu)于其它解釋型高級(jí)語(yǔ)言，一些大型應(yīng)用軟件如Matlab就是用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的。

在工程實(shí)踐中，用戶經(jīng)常遇到Matlab 與C/C++混合編程的問(wèn)題。本文基于Matlab 6.5和VC6.0 開(kāi)發(fā)環(huán)境，在Windows 平臺(tái)下就它們之間的混合編程問(wèn)題進(jìn)行深入研究并舉例說(shuō)明。

2 Matlab 調(diào)用C/C++

Matlab 調(diào)用C/C++的方式主要有兩種：利用MEX 技術(shù)和調(diào)用C/C++動(dòng)態(tài)連接庫(kù)。

在Matlab 與C/C++混合編程之前，必須先對(duì)Matlab 的編譯應(yīng)用程序mex 和編譯器mbuild進(jìn)行正確的設(shè)置：

對(duì)Matlab 編譯應(yīng)用程序mex 的設(shè)置：Mex –setup.

對(duì)Matlab 編譯器mbuild 的設(shè)置：Mbuild –setup.

2.1 調(diào)用C/C++的MEX 文件

MEX 是Matlab Executable 的縮寫(xiě)，它是一種“可在Matlab 中調(diào)用的C（或Fortran）語(yǔ) 言衍生程序”。MEX 文件的使用極為方便，其調(diào)用方式與Matlab 的內(nèi)建函數(shù)完全相同，只 需在Matlab 命令提示符下鍵入MEX 文件名即可。

一個(gè)C/C++的MEX源程序通常包括4個(gè)組成部分，其中前3個(gè)是必須包含的內(nèi)容，第4個(gè)則根據(jù)所實(shí)現(xiàn)的功能靈活選用1）#include “mex.h”;（2）MEX文件的入口函數(shù)mexFunction， MEX文件導(dǎo)出名必須為mexFunction函數(shù);（3）mxArray;（4）API函數(shù)

通過(guò)簡(jiǎn)單的例子說(shuō)明C/C++的MEX 源程序編寫(xiě)和調(diào)用過(guò)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(diào)用生成的MEX 文件即可。

2.2 調(diào)用C/C++動(dòng)態(tài)連接庫(kù)

Matlab 提供對(duì)動(dòng)態(tài)連接庫(kù)DLL 文件的接口。利用該接口，可在Matlab 中調(diào)用動(dòng)態(tài)連 接庫(kù)導(dǎo)出的函數(shù)。Matlab 對(duì)DLL 的接口支持各種語(yǔ)言編寫(xiě)的DLL 文件。在調(diào)用DLL 文件之 前，需要準(zhǔn)備函數(shù)定義的頭文件。對(duì)于C/C++語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的DLL 文件，可使用源程序中相應(yīng)的 頭文件；而對(duì)于其他語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的DLL，則要手工準(zhǔn)備等效的C 語(yǔ)言函數(shù)定義頭文件。

在Matlab 中利用動(dòng)態(tài)連接庫(kù)接口技術(shù)通常需要完成以下4 個(gè)步驟：

（1）打開(kāi)動(dòng)態(tài)連接庫(kù)文件；（2）為調(diào)用函數(shù)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)；（3）調(diào)用動(dòng)態(tài)連接庫(kù)文件中導(dǎo)出的 函數(shù)；（4）關(guān)閉動(dòng)態(tài)連接庫(kù)文件。

為了實(shí)現(xiàn)以上步驟，用到的Matlab 函數(shù)有：loadlibrary，loadlibrary，calllib， libfunctions，lipointer，libstruct，libisloaded。下面舉例說(shuō)明Matlab 調(diào)用C/C++動(dòng)態(tài) 連接庫(kù)的方法和步驟：

a.在VC 環(huán)境下，新建工程-》win32 動(dòng)態(tài)連接庫(kù)-》工程名Test1-》empty 工程-》完成；

b.新建-》C++源文件-》添加a.cpp，內(nèi)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(nèi)容為： _declspec（dllexport） int add（int a，intb）;然后編譯生成Test1.dll 動(dòng)態(tài)連接庫(kù)文件，將Test1.dll 和a.h 拷到Matlab 工作目錄下。

d.在Matlab 命令行下，調(diào)用Test.dll：》》loadlibrary（‘Test1’，’a.h’）; 》》x=7;

》》y=8; 》》calllib（‘Test1’，‘a(chǎn)dd’，x，y）; Ans=15 》》unloadlibrary（‘Test1’）。

調(diào)用DLL 動(dòng)態(tài)連接庫(kù)的方法，為Matlab 重用工程實(shí)踐中積累的大量實(shí)用C/C++代碼提供了一種簡(jiǎn)潔方便的方法。與調(diào)用MEX 文件相比，該方法更加簡(jiǎn)便實(shí)用。

3 C/C++調(diào)用Matlab

在工程實(shí)踐中，C/C++調(diào)用Matlab 的方法主要有調(diào)用Matlab 計(jì)算引擎、包含m 文件轉(zhuǎn) 換的C/C++文件，以及調(diào)用m 文件生成的DLL 文件。

3.1 利用Matlab 計(jì)算引擎

Matlab 的引擎庫(kù)為用戶提供了一些接口函數(shù)，利用這些接口函數(shù)，用戶在自己的程序 中以計(jì)算引擎方式調(diào)用Matlab 文件。該方法采用客戶機(jī)/服務(wù)器的方式，利用Matlab 引擎 將Matlab 和C/C++聯(lián)系起來(lái)。在實(shí)際應(yīng)用中，C/C++程序?yàn)榭蛻魴C(jī)，Matlab 作為本地服務(wù)器。

C/C++程序向Matlab 計(jì)算引擎?zhèn)鬟f命令和數(shù)據(jù)信息，并從Matlab 計(jì)算引擎接收數(shù)據(jù)信息。

Matlab 提供了以下幾個(gè)C 語(yǔ)言計(jì)算引擎訪問(wèn)函數(shù)供用戶使用：engOpen，engClose， engGetVariable，engPutVariable，engEvalString，engOutputBuffer，engOpenSingleUse， engGetVisible，engSetVisible。

下面以C 語(yǔ)言編寫(xiě)的、調(diào)用Matlab 引擎計(jì)算方程x3 ？2x+5=0根的源程序example2.c 為 例，說(shuō)明C/C++調(diào)用Matlab 計(jì)算引擎編程的原理和步驟：

#include #include

#include #include “engine.h”

int PASCAL WinMain （HANDLE hInstance， HANDLE hPrevInstance，

LPSTR lpszCmdLine， int nCmdShow）

{ Engine *ep; mxArray *P=NULL，*r=NULL;

char buffer［301］; double poly={1，0，-2，5};

if （！（ep=engOpen（NULL）））

{fprintf（stderr，“\nCan‘t start MATLAB engine\n”）; return EXIT_FAILURE;}

P=mxCreateDoubleMatrix（1，4，mxREAL）; mxSetClassName（P，“p”）;

memcpy（（char *）mxGetPr（P），（char *）poly， 4*sizeof（double））;

engPutVariable（ep，P）; engOutputBuffer（ep，buffer，300）;

engEvalString（ep，“disp（［’多項(xiàng)式‘，poly2str（p，’x‘），’的根‘］），r=roots（p）”）;

MessageBox（NULL，buffer，“example2 展示MATLAB 引擎的應(yīng)用”，MB_OK）;

engClose（ep）; mxDestroyArray（P）; return EXIT_SUCCESS; }

在Matlab 下運(yùn)行example2.exe： mex -f example2.c。運(yùn)行結(jié)果如圖1 所示：

利用計(jì)算引擎調(diào)用Matlab的特點(diǎn)是：節(jié)省大量的系統(tǒng)資源，應(yīng)用程序整體性能較好，但 不能脫離Matlab的環(huán)境運(yùn)行，且運(yùn)行速度較慢，但在一些特別的應(yīng)用（例如需要進(jìn)行三維 圖形顯示）時(shí)可考慮使用。

3.2 利用mcc 編譯器生成的cpp 和hpp 文件

Matlab自帶的C++Complier--mcc，能將m文件轉(zhuǎn)換為C/C++代碼。因此，它為C/C++程序調(diào)用m文件提供了另一種便捷的方法。下面舉例說(shuō)明相應(yīng)步驟：

a.新建example3.m：function y=exmaple3（n） y=0; for i=1:n y=y+i;end

保存后在命令窗口中輸入：mcc -t -L Cpp -h example3.

則在工作目錄下生成example3.cpp 和example3.hpp 兩個(gè)文件。

b.在VC 中新建一個(gè)基于對(duì)話框的MFC 應(yīng)用程序Test2，添加一個(gè)按鈕，并添加按鈕響應(yīng)函數(shù)，函數(shù)內(nèi)容見(jiàn)f 步。將上面生成的兩個(gè)文件拷貝到VC 工程的Test2 目錄下。

c.在VC 中選擇：工程-》設(shè)置，選擇屬性表Link 選項(xiàng)，下拉菜單中選擇Input，在對(duì)象 / 庫(kù)模塊中加入libmmfile.lib libmatlb.lib libmx.lib libmat.lib libmatpm.lib sgl.lib libmwsglm.lib libmwservices.lib ， 注意用空格分開(kāi)； 而在忽略庫(kù)中加入 msvcrt.lib；

d.選擇屬性表C/C++選項(xiàng)，下拉菜單選General，在預(yù)處理程序定義中保留原來(lái)有的內(nèi) 容，并添加MSVC，IBMPC，MSWIND，并用逗號(hào)隔開(kāi)。選擇下拉菜單的Precompiled Headers 選 項(xiàng)，在“自動(dòng)使用預(yù)補(bǔ)償頁(yè)眉”中添加stdafx.h，然后確定。

e. 選擇： 工具-》 選項(xiàng)， 屬性頁(yè)選擇“ 目錄” ， 在include files 加入： C：\MATLAB6p5p1\extern\include ， C：\MATLAB6p5p1\extern\include\cpp ； 然后在 Library files 里面加入： C：\MATLAB6p5p1\bin\win32 ， C：\MATLAB6p5p1\extern\ lib\win32\microsoft\msvc60；注意根據(jù)用戶的Matlab 安裝位置，修改相應(yīng)目錄。

f.在響應(yīng)函數(shù)中添加頭文件：#include “matlab.hpp” #include “example3.hpp” 函數(shù)響應(yīng)代碼為：

int i; mwArray n; n=10; n=example3（n）; i=n.ExtractScalar（1）;

CString str; str.Format（“example3 的返回值是：%d”，i）; AfxMessageBox（str）;

g. 編譯，連接，執(zhí)行，結(jié)果如圖2 所示。

3.3 利用mcc 編譯器生成的的DLL 文件

Matlab的C++ Complier不僅能夠?qū)atlab的m文件轉(zhuǎn)換為C/C++的源代碼，還能產(chǎn)生完全 脫離Matlab運(yùn)行環(huán)境的獨(dú)立可執(zhí)行DLL程序。從而可以在C/C++程序中，通過(guò)調(diào)用DLL實(shí)現(xiàn)對(duì) Matlab代碼的調(diào)用。下面通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的例子說(shuō)明C/C++調(diào)用m文件生成的DLL：

a.建立m文件example4.m： function result=example4（para）

x=［1 para 3］; y=［1 3 1］; plot（x，y）; result=para*2; end.然后在命令窗口中輸入：

mcc -t -W libhg:example4 -T link:lib -h libmmfile.mlib libmwsglm.mlib example4則在工作目錄下會(huì)生成example4 .dll、example4 .lib和example4 .h三個(gè)文件。

b.在VC中新建一個(gè)基于對(duì)話框的應(yīng)用程序Test3，然后添加一個(gè)按鈕及按鈕響應(yīng)函數(shù)，函數(shù)內(nèi)容見(jiàn)d步，再將生成的3個(gè)文件拷貝到Test2工程目錄下。

c.VC編譯環(huán)境的設(shè)置如同3.2節(jié)c、d步；

d.在按鈕函數(shù)文件添加如下的頭文件：#include “example4 .h” ，函數(shù)響應(yīng)代碼為：

mxArray* para=mxCreateDoubleScalar（2）; mxArray* result; example4Initialize（）;

result=mlfExample4（para）; CString str;

str.Format（“%f”，mxGetScalar（result））; AfxMessageBox（str）;

e.編譯，連接，執(zhí)行，結(jié)果如圖3所示。

利用mcc 編譯器生成的DLL 動(dòng)態(tài)連接庫(kù)文件，只需在C/C++編譯環(huán)境中將其包含進(jìn)來(lái)， 調(diào)用導(dǎo)出函數(shù)即可實(shí)現(xiàn)原m 文件的功能，極大地方便了用戶的代碼設(shè)計(jì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文從Matlab 調(diào)用C/C++代碼和C/C+調(diào)用m 文件兩方面，詳細(xì)地研究了Matlab 與C/C++ 混合編程技術(shù)。對(duì)于Matlab 調(diào)用C/C++代碼，給出了常用的MEX 技術(shù)和調(diào)用C/C++動(dòng)態(tài)連接 庫(kù)的方法，并對(duì)它們進(jìn)行比較。針對(duì)用戶在實(shí)際中經(jīng)常遇到的C/C++調(diào)用Matlab 問(wèn)題，通過(guò)研究給出了常用的三種方法及其特點(diǎn)：利用Matlab 計(jì)算引擎的方法，混合編程后的可執(zhí) 行程序脫離不了Matlab 的運(yùn)行環(huán)境，運(yùn)行速度很慢；利用mcc 編譯器將m 文件轉(zhuǎn)化為C/C++ 文件的方法，雖然能獨(dú)立于Matlab 運(yùn)行環(huán)境，可在C/C++環(huán)境中包含生成的文件非常繁瑣； 但是m 文件生成的DLL 為用戶提供了一種簡(jiǎn)潔方便的C/C++調(diào)用Matlab 代碼的方法。除 Matlab 自帶的mcc 外，Matcom 也能將M 文件編譯為C/C++文件和DLL 文件，但混合編程 原理一樣，在此省略。
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