VS下调用Matlab引擎

VS2008是当前主流的应用程序开发环境之一&＃xff0c;开发环境强大&＃xff0c;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&＃xff0c;包含大量高度集成的函数可供调用&＃xff0c;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&＃xff0c;大大限制了它的执行速度和应用场合。基于VC和Matlab混合编程是很多熟悉VC&＃43;&＃43;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&＃xff0c;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VS2008调用Matlab2007a引擎来达到VC与Matlab数据共享编程的方法。
1. 什么是Matlab引擎
所谓Matlab引擎&＃xff08;engine&＃xff09;&＃xff0c;是指一组Matlab提供的接口函数&＃xff0c;支持C/C&＃43;&＃43;、Fortran等语言&＃xff0c;通过这些接口函数&＃xff0c;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&＃xff1a;
★ 打开/关闭一个Matlab对话&＃xff1b;
★ 向Matlab环境发送命令字符串&＃xff1b;
★ 从Matlab环境中读取数据&＃xff1b;
★ 向Matlab环境中写入数据。
与其它各种接口相比&＃xff0c;引擎所提供的Matlab功能支持是最全面的。通过引擎方式&＃xff0c;应用程序会打开一个新的Matlab进程&＃xff0c;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&＃xff0c;引擎方式打开的Matlab进程会在任务栏显示自己的图标&＃xff0c;打开该窗口&＃xff0c;可以观察主程序通过engine方式控制Matlab运行的流程&＃xff0c;并可在其中输入任何Matlab命令。
实际上&＃xff0c;通过引擎方式建立的对话&＃xff0c;是将Matlab以ActiveX控件方式启动的。在Matlab初次安装时&＃xff0c;会自动执行一次&＃xff1a;
matlab /regserver
  将自己在系统的控件库中注册。如果因为特殊原因&＃xff0c;无法打开Matlab引擎&＃xff0c;可以在Dos命令提示符后执行上述命令&＃xff0c;重新注册。
  2. 配置编译器
要在VC中成功编译Matlab引擎程序&＃xff0c;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&＃xff0c;打开一个工程后&＃xff0c;做如下设置&＃xff1a;
1) 通过菜单工具/选项&＃xff0c;打开选项页&＃xff0c;点击项目和解决方案&＃xff0c;然后在页面右面“显示以下内容的目录”下拉列表框中选择“包含文件”&＃xff0c;添加路径&＃xff1a;"D:\Program files\MATLAB\R2007a\extern\include"。
2) 选择“库文件”&＃xff0c;添加路径&＃xff1a;d:\Program Files\MATLAB\R2007a\extern\lib\win32\microsoft。
3) 右击工程/属性&＃xff0c;打开项目属性页&＃xff0c;选择链接器/输入&＃xff0c;在附加依赖项编辑框中&＃xff0c;添加文件名libmx.lib libmat.lib libeng.lib。
以上步骤1)、2)只需设置一次&＃xff0c;而步骤3)对每个项目都要单独设定。
3. 引擎API详解
在调用Matlab引擎之前&＃xff0c;首先应在相关文件中加入一行&＃xff1a;#include "enging.h"&＃xff0c;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&＃xff1a;
3.1 引擎的打开和关闭
engOpen&＃xff0d;打开Matlab engine
函数声明&＃xff1a;
Engine *engOpen(const char *startcmd);
参数startcmd是用来启动Matlab引擎的字符串参数&＃xff0c;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&＃xff0c;它是在engine.h中定义的engine数据结构。
EngClose&＃xff0d;关闭Matlab 引擎
函数声明&＃xff1a;
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&＃xff0c;返回1表示发生错误。
例如&＃xff0c;通常用来打开/关闭Matlab引擎的代码如下&＃xff1a;
Engine *ep; //定义Matlab引擎指针。
if (!(ep&＃61;engOpen(NULL))) //测试是否启动Matlab引擎成功。
{
MessageBox("Can&＃39;t start Matlab engine!" );
exit(1);
}
. …………
engClose(ep); //关闭Matlab引擎。
3.2 向Matlab发送命令字符串
engString&＃xff0d;发送命令让Matlab执行。
函数声明&＃xff1a;
int engString(Engine *ep, Const char *string);
参数ep为函数engOpen返回的引擎指针&＃xff0c;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&＃xff0c;返回1说明执行失败&＃xff08;如命令不能被Matlab正确解释或Matlab引擎已经关闭了&＃xff09;。
3.3 获取Matlab命令窗口的输出
要在VC中获得函数engString发送的命令字符串被Matlab执行后在matlab窗口中的输出&＃xff0c;可以调用engOUtputBuffer函数。
函数声明&＃xff1a;
int engOutputBuffer(Engine *ep, char *p, int n);
参数ep为Matlab引擎指针&＃xff0c;p为用来保存输出结构的缓冲区&＃xff0c;n为最大保存的字符个数&＃xff0c;通常就是缓冲区p的大小。该函数执行后&＃xff0c;接下来的engString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&＃xff0c;只需调用代码&＃xff1a;engOutputBuffer(ep, NULL, 0)。
3.4 读写Matlab数据
3.4.1从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&＃xff0c;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&＃xff0c;类型为mxArray*&＃xff08;mxArray数据类型在本文第4节详细简介&＃xff09;。
3.4.2 向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&＃xff0c;mp为指向被写入变量的指针&＃xff0c;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&＃xff0c;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&＃xff0c;以engine方式调用Matlab的时候&＃xff0c;会打开Matlab主窗口&＃xff0c;可在其中随意操作。但有时也会干扰应用程序的运行&＃xff0c;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&＃xff0c;value为是否显示的标志&＃xff0c;取值true&＃xff08;或1&＃xff09;表示显示Matlab窗口&＃xff0c;取值false&＃xff08;或0&＃xff09;表示隐藏Matlab窗口。
函数返回值为0表示设置成功&＃xff0c;为1表示有错误发生。
要获得当前Matlab窗口的显示/隐藏情况&＃xff0c;可以调用函数&＃xff1a;
int engGetVisible(Engine *ep, bool *value);
参数ep为打开的Matlab引擎指针&＃xff0c;Value为用来保存显示/隐藏情况的变量&＃xff08;采用指针方式传递&＃xff09;。
函数返回值为0表示获取成功&＃xff0c;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&＃xff0c;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&＃xff0c;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&＃xff0c;与Matlab中的array相对应&＃xff0c;我们只需熟悉Matlab的array类型和几个常用的mxArray函数即可。
在VC中&＃xff0c;所有和Matlab的数据交互都是通过mxArray来实现的&＃xff0c;在使用mxArray类型的程序中&＃xff0c;应包含头文件matrix.h&＃xff0c;不过在引擎程序中&＃xff0c;一般会包含头文件engine.h&＃xff0c;该文件里面已经包含了matrix.h&＃xff0c;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&＃xff0c;对应于每种类型&＃xff0c;基本上都有一个函数用于创建&＃xff0c;但它们都有相同的数据结构&＃xff0c;就是mxArray。
数组的建立采用mxCreatexxx形式的函数&＃xff0c;例如新建一个double类型数组&＃xff0c;可用函数mxCreateDoubleMatrix&＃xff0c;函数形式如下&＃xff1a;
mxArray *mxCreateDoubleMatrix(int m, int n, mxComplexity ComplexFlag);
参数m和n为矩阵的函数和列数。ComplexFlag为常数&＃xff0c;用来区分矩阵中元素是实数还是复数&＃xff0c;取值分别为mxREAL和mxCOMPLEX。
例如&＃xff0c;创建一个3行5列的二维实数数组&＃xff0c;可用如下语句&＃xff1a;
mxArray *T &＃61; mxCreateDoubleMatrix(3, 5, mxREAL);
对应的&＃xff0c;要删除一个数组mxDestroyArray&＃xff0c;该函数声明如下&＃xff1a;
void mxDestroyArray(mxArray *array_ptr);
参数array_ptr为要删除的数组指针。
例如&＃xff0c;要删除上面创建的数组T&＃xff0c;可用如下语句&＃xff1a;
mxDestroyArray(T);
类似的创建函数还有&＃xff1a;
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与Matlab交互中&＃xff0c;以上两种类型就够了&＃xff0c;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&＃xff0c;可以用mxGetM和mxGetN函数。其中mxGetM用来获得数组第一维的元素个数&＃xff0c;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&＃xff08;行数&＃xff09;
int mxGetN(const mxArray *array_ptr); //返回array_ptr对应数组其它维的元素个数&＃xff0c;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&＃xff0c;则要用函数&＃xff1a;
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&＃xff0c;用mxGetM和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&＃xff0c;用mxSetM、mxSetN设置矩阵的行数和列数&＃xff0c;函数说明如下&＃xff1a;

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行
void mxSetN(mxArray *array_ptr, int n); //设置数组为n列

4.2.2 判断mxArray数组类型
在对mxArray类型的变量进行操作之前&＃xff0c;可以验证以下其中的数组的数据类型&＃xff0c;比如是否为double数组、整数、字符串、逻辑值等&＃xff0c;以及是否为某种结构、类、或者是特殊类型&＃xff0c;比如是否为空数组&＃xff0c;是否为inf、NaN等。常见的判断函数有&＃xff1a;

 
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&＃xff0c;意义自明&＃xff0c;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&＃xff0c;可以用mxGetPr和mxGetPi两个函数分别获得其实部和虚部的数据指针&＃xff0c;这两个函数的声明如下&＃xff1a;

 
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&＃xff0c;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从Matlab工作空间读入mxArray类型的数组&＃xff0c;然后用mxGetPr和mxGetPi获得数据指针&＃xff0c;对并其中的数据进行处理&＃xff0c;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&＃xff0c;但是要显示数据图形就不那么容易了&＃xff0c;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&＃xff0c;程序的主要功能是在VC中对数组x计算函数值y&＃xff1d;sin(x) ±log(x)&＃xff0c;然后调用Matlab绘制y对x的图形。
在VC中新建工程&＃xff0c;编写代码如下&＃xff1a;

    #include

#include
#include
#include "engine.h"
using namespace std;
void main()
{
const int N &＃61; 50;
double x[N],y[N];
int j &＃61; 1;
for (int i&＃61;0; i {
x[i] &＃61; (i&＃43;1);
y[i] &＃61; sin(x[i]) &＃43; j * log(x[i]);

j *&＃61; -1;
}
Engine *ep; //定义Matlab引擎指针。
if (!(ep&＃61;engOpen(NULL))) //测试是否启动Matlab引擎成功。
{
cout <<"Can&＃39;t start Matlab engine!" < exit(1);
}

//定义mxArray&＃xff0c;为行&＃xff0c;N列的实数数组。
mxArray *xx &＃61; mxCreateDoubleMatrix(1,N, mxREAL);
mxArray *yy &＃61; 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); //将mxArray数组xx写入到Matlab工作空间&＃xff0c;命名为xx。
engPutVariable(ep, "yy",yy); //将mxArray数组yy写入到Matlab工作空间&＃xff0c;命名为yy。

//向Matlab引擎发送画图命令。plot为Matlab的画图函数&＃xff0c;参见Matlab相关文档。
engString(ep, "plot(xx, yy); ");
mxDestroyArray(xx); //销毁mxArray数组xx和yy。
mxDestroyArray(yy);

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

     另外一个例子&＃xff1a;

    #include "engine.h"
    #include
    #include
    #include
    //#include "matlab.h"
    using namespace std;
    int main()
    {
     {
      Engine *ep;
      if(!(ep&＃61;engOpen("\0"))) //打开Matlab引擎&＃xff0c;建立与本地Matlab的连接
      {
       fprintf(stderr,"\n Can&＃39;t start MATLAB engine\n");
       exit(-1);
      }
      static double Areal[6]&＃61;{1,2,3,4,5,6};

      mxArray *T&＃61;NULL,*a&＃61;NULL,*d&＃61;NULL;

      double time[10]&＃61;{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};

      T&＃61;mxCreateDoubleMatrix(1,10,mxREAL);

      memcpy((char*)mxGetPr(T),(char*)time,10*sizeof(double));

      engPutVariable(ep,"T",T);

      eng_rString(ep,"D&＃61;.5.*(-9.8).*T.^5;");

      eng_rString(ep,"plot(T,D);");
      return 0;
     }
    }

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&＃xff0c;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&＃xff0c;在Matlab中要读入一幅任意格式的图像均只需一条命令i&＃61;imread(&＃39;test.jp&＃39;);图像数据矩阵便存放在了二维数组i中&＃xff0c;可以通过VC读入该数组进行相关处理再调用Matlab显示&＃xff0c;这种混合编程方式能大大提高工作效率。
当然&＃xff0c;利用VC编译的Matlab引擎程序&＃xff0c;运行环境中还必须Matlab的支持&＃xff0c;如果要编译完全脱离Matlab的程序&＃xff0c;可采用其它方式&＃xff0c;如利用第三方Matcom程序编译独立的可执行程序等