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VC与Matlab混合编程及复杂数据——结构体传递

时间:2015-06-29 来源:本站整理 我要评论

  Matlab 主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境,但由于Matlab开发平台上开发的程序不能脱离Matlab运行环境,因而在处理一些实际应用问题时显得灵活性不足,而VC++则在一定程度上能够弥补这一漏洞,因此,将二者结合共用,各献其长,可以为科研工作和工程开发提供更为强大的技术支持。
 
  Matlab作为控制系统设计的一种通用工具,它可以很方便的和VC进行连接。一般而言,Matlab与VC混合编程的实现方法有很多种,这里主要介绍以下两种:
 
  1            VC调用Matlab Engine的方式:
 
  Matlab Engine是一组Matlab提供的接口函数,支持C/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/C++程序作为前台客户机,向Matlab Engine传递执行命令和数据信息,从Matlab Engine接收执行结果。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,缺点是执行效率较低。下面简单介绍下这种方式的实现步骤:
 
  1.1         API接口介绍
  先来介绍一组Matlab提供的引擎API接口:(仅作简单功能介绍,详细参数说明请参考Matlab帮助)
  Engine* engOpen(const char* startcmd)启动Matlab引擎
  int engClose(Engine* ep) 关闭Matlab引擎
  int engEvalString(Engine* ep, const char* string)执行Matlab表达式
  mxArray* engGetArray(Engine* ep, const char* name)获取一个变量数组的值
  int engPutArray(engine* ep, const mxArray* mp)设置一个变量数组的值
  int engPutVariable(Engine *ep, const char *name, const mxArray *pm)同上
  mxArray *engGetVariable(Engine *ep, const char *name)获取一个变量
  int engOutputBuffer(Engine* eP,char* p,int n)获取输出字符串
 
  1.2         VC环境配置
  要想在VC集成环境下调用Matlab引擎实现VC和Matlab的混合编程,一般需要经过以下几个必要的步骤:(以下以Matlab2008a和VS2005版本为例)
  (1)添加include路径:将“externinclude”(在Matlab的安装路径下)路劲添加到VC编译器的include下
  (2)添加lib路径:将“extern libwin32microsoft” (在Matlab的安装路径下) 路径添加到VC编译器的lib下
  (3)加载lib:需要加载至少libmx.lib、libmat.lib、libeng.lib三个库
  (4)include头文件:在要使用 engine 函数的地方包含engine.h头文件
 
  1.3         引擎调用
  接下来就可以在VC中调用Matlab引擎了,简单的示例代码如下:
 
  #include "engine.h"
  #pragma comment(lib, "libeng.lib")
  #pragma comment(lib, "libmx.lib")
  #pragma comment(lib, "libmat.lib")
  void TestDeno()
  {
  Engine* pEng = NULL;
  if (!(pEng = engOpen(NULL)))
  {
  printf("Open matlab enging fail!");
  return;
  }
  //call Engine plot A*sin(t)+B A=2 B=1
  mxArray *A = NULL;
  double init = 2;
  A = mxCreateDoubleMatrix(1, 1, mxREAL);
  memcpy((void*) mxGetPr(A), (void*)&init, sizeof (double));
  engPutVariable(pEng, "A", A);
  init = 1;
  memcpy((void*) mxGetPr(A), (void*)&init, sizeof (double));
  engPutVariable(pEng, "B", A);
  mxDestroyArray(A);
  Sleep(3*60*1000);
  engEvalString(pEng, "t=0:0.2:7;plot(t,A*sin(t)+B);");
  if(NULL != pEng)
  {
  engClose(pEng);
  }
  }
 
  示例代码通过VC调用Matlab引擎,绘制正弦曲线,相对简单,就不再详细解释,效图如下:(注意这里A、B的赋值方式,后续还会提及)
 
  
 
  2            VC调用Matlab DLL的方式:
 
  DLL是一个可执行的二进制文件。把很多通用的功能放在DLL中,可以供各种应用程序调用,这样可以很好的减少外部存储空间的占有量,并实现代码的共享。Matlab也支持将m程序编译成dll,供其他语言(包括VC、VB、Fortran等)调用,下面先简单介绍下Matlab DLL的编译步骤:
 
  2.1         Matlab DLL制作
  (1)配置Matlab的编译器跟,要将mex和mbuil两个都配置成本机上安装的VC,关于mex编译器的配置参见上一篇博文《S-Function实现simulink》,mbuild的配置方法同mex
  (2)编译m函数成为dll,在matlab命令空间中使用mcc命令编译m文件:(mcc的使用参考Matlab帮助)
  示例:将一个Matlab函数MyFun 编译成libMyFun 的命令:
  mcc –W cpplib:libMyFun –T link:lib MyFun
 
  参数说明:-W控制编译之后的封装格式,cpplib表示c++的lib,冒号之后是编译输出lib名,-T表示目标,link:lib表示连接到lib的目标,MyFun是待编译的m文件名,编译成功之后,会输出三个文件:libMyFun.lib libMyFun.dll libMyFun.h
 
  2.2            DLL在VC中调用
  要想在VC集成环境下调用Matlab的DLL,实现VC和Matlab的混合编程,一般需要经过以下几个必要的步骤:(以下以Matlab2008a和VS2005版本为例)
  (1)VC环境配置,同前面VC调用Matlab引擎方式类似,也需要配置VC的编译环境,其中include路径、lib路径和前一种方式相同,加载的lib变更为:mclmcrrt.lib、libmx.lib、libmat.lib、mclmcr.lib四个,include的头文件变更为: mclmcr.h、matrix.h、mclcppclass.h三个。
  (2)DLL中函数的调用,先看一下m函数编译成C++Dll之后的函数声明,例:matlab函数:function [y, out] = CaculateFun(x, in)编译之后对应c++的声明:void MW_CALL_CONV CaculateFun(int nargout, mwArray& y, mwArray& out, const mwArray& x, const mwArray& in)参数int nargout指定调用时,输出参数的个数,紧跟的后续nargout个参数y、out为输出参数,后续再剩下的多个参数x、in就为输入参数。
  (3)注意事项:在VC中调用dll中的函数之前,需要先调用函数libFunInitialize初始化,在调用完函数以后,需要再调用函数libFunTerminate和mclTerminateApplication终止。
 
  准备好了上述步骤,就可以在VC中调用DLL中函数的了,简单的示例代码如下:
 
  // include matlab sys head file
  #include "mclmcr.h"
  #include "matrix.h"
  #include "mclcppclass.h"
  // include lib head file
  #include "libCaculateFun.h"
  // link matlab sys lib
  #pragma comment(lib, "mclmcrrt.lib")
  #pragma comment(lib, "libmx.lib")
  #pragma comment(lib, "libmat.lib")
  #pragma comment(lib, "mclmcr.lib")
  // link lib
  #pragma comment(lib, "libCaculateFun.lib")
  void TestDeno()
  {
  // init lib
  if (!(libCaculateFunInitialize()))
  {
  std::cout<<"Could not init lib !"<<endl;
  return -1;
  }
  double xxxx[2] = {0};
  double inin    = 0;
  double yyyy[2] = {0};
  double outo    = 0;
 
  // 为函数参数分配内存空间
  mwArray mwXX(1, 2, mxDOUBLE_CLASS);
  mwArray mwIn(1, 1, mxDOUBLE_CLASS);
  mwArray mwYY(1, 2, mxDOUBLE_CLASS);
  mwArray mwOut(1, 2, mxDOUBLE_CLASS);
 
  // 为输入参数赋值
  mwXX.SetData(&xxxx, 2);
  mwIn.SetData(&inin, 1);
 
  // 调用计算函数
  CaculateFun(2, mwYY, mwOut, mwXX, mwIn);
 
  // 获取输出参数
  outo = mwOut.Get(1, 1);
  // lib Terminate
  libCaculateFunTerminate();
  // MCR Terminate
  mclTerminateApplication();
  }
 
  示例代码通过VC调用Matlab DLL,将变量xxxx的值付给yyyy,将变量inin的值付给outo,相对简单,就不再详细解释,(注意这里函数参数的赋值方式,后续还会提及)
 
  3            Vc向Matlab函数传递参数
 
  前面在介绍两种混合编程的方式时,示例代码中已经涉及到了参数的传递问题,对于VC中的简单数据类型:变量、数组等,网上已经有很多资料介绍,前面示例代码中也有所体现,这里不再详细说明。
 
  关于复杂数据结构:用户自定义结构体类型,处理起来比较麻烦,网上能找到的资料也较少,由于前面提及的两种方式,在传递参数时,使用的数据类型是不一致的:引擎方式只能是mxArray类型,而DLL方式的参数只能是mwArray,因此需要分别介绍将结构体转换成这两种类型的方法:
 
  先来定义两个结构体:
 
  // 三维坐标系中的点
  struct Postion
  {
  double x;
  double y;
  double z;
  };
 
  // 名字标示的一个坐标点
  struct Coordinate
  {
  struct Postion pos;
  char name[ARRAYSIZE];
  };
 
  分别介绍将如上两个结构体转成Matlab能使识别的Array的方法
  (1)    结构体转换成mxArray:解释比较多余,就直接上代码吧:
 
  mxArray *Staruct2mxArray(struct Postion *pStaruct)
  {
  mxArray *pm, *mx;
  mwSize m = 1, n = 1;
  const int nfields = 3;
  const char *fieldnames[3] = {"x","y","z"};
  const mwIndex index = 0;
  pm = mxCreateStructMatrix(m, n, nfields, fieldnames);
  mx = mxCreateNumericMatrix(m, n, mxDOUBLE_CLASS, mxREAL);
  memcpy(mxGetPr(mx), &(pStaruct->x), sizeof(double));
  mxSetFieldByNumber(pm, index, 0, mx);
  mx = mxCreateNumericMatrix(m, n, mxDOUBLE_CLASS, mxREAL);
  memcpy(mxGetPr(mx), &(pStaruct->y), sizeof(double));
  mxSetFieldByNumber(pm, index, 1, mx);
  mx = mxCreateNumericMatrix(m, n, mxDOUBLE_CLASS, mxREAL);
  memcpy(mxGetPr(mx), &(pStaruct->z), sizeof(double));
  mxSetFieldByNumber(pm, index, 2, mx);
  return pm;
  }
  mxArray *Staruct2mxArray(struct Coordinate *pStaruct)
  {
  mxArray *pm, *mx;
  mwSize m = 1, n = 1;
  const int nfields = 2;
  const char *fieldnames[2] = {"pos","name"};
  const mwIndex index = 0;
  pm = mxCreateStructMatrix(m, n, nfields, fieldnames);
  mx = Staruct2mxArray(&(pStaruct->pos));
  mxSetFieldByNumber(pm, index, 0, mx);
  n = ARRAYSIZE;
  mx = mxCreateNumericMatrix(m, n, mxCHAR_CLASS, mxREAL);
  memcpy(mxGetPr(mx), pStaruct->name, sizeof(char)*ARRAYSIZE);
  mxSetFieldByNumber(pm, index, 1, mx);
  return pm;
  }
 
  (2)    结构体转换成mwArray:
  mwArray Staruct2mwArray(struct Postion *pStaruct)
  {
  mwSize m = 1, n = 1;
  const int nfields = 3;
  const char *fieldnames[3] = {"x","y","z"};
  mwArray pm(m, n, nfields, fieldnames);
  mwArray mx(pStaruct->x);
  pm(fieldnames[0], 1, 1) = mx;
  mwArray my(pStaruct->y);
  pm(fieldnames[1], 1, 1) = my;
  mwArray mz(pStaruct->z);
  pm(fieldnames[2], 1, 1) = mz;
  return pm;
  }
  mwArray Staruct2mwArray(struct Coordinate *pStaruct)
  {
  mwSize m = 1, n = 1;
  const int nfields = 2;
  const char *fieldnames[2] = {"pos","name"};
  const mwIndex index = 0;
  mxArray pm(m, n, nfields, fieldnames);
  mxArray mpos = Staruct2mwArray(&(pStaruct->pos));
  pm(fieldnames[0], 1, 1) = mpos;
  mxArray mname(pStaruct->name);
  pm(fieldnames[1], 1, 1) = mname;
  return pm;
  }
 
  (3)    mxArray转换成结构体:
  struct Coordinate *mwArray2Staruct(mwArray pm)
  {
  // 代码仅处理 name 字段 pos 字段是三个简单类型省略
  struct Coordinate *pStaruct = new struct Coordinate;
  const int nfields = 2;
  const char *fieldnames[2] = {"pos","name"};
  mwArray mwStr = pm.Get(fieldnames[1], 1, 1);
  char *str = strdup(mwStr.ToString());
  memcpy(pStaruct->name,str,sizeof(char)*ARRAYSIZE);
  return pStaruct;
  }
 
  (4)    mwArray转换成结构体:
  struct Coordinate *mxArray2Staruct(mxArray *pm)
  {
  // 代码仅处理 name 字段 pos 字段是三个简单类型省略
  struct Coordinate *pStaruct = new struct Coordinate;
  mxArray * mxname = mxGetFieldByNumber(pm, 1, 1)
  mxArray * str = mxGetPr(mxname);
  memcpy(pStaruct->name,str,sizeof(char)*ARRAYSIZE);
  return pStaruct;
  }
 

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