matlab 与 vc++的混合编程

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loveyuan

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发表于 2004-4-27 20:41 |只看该作者 |正序浏览

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Matlab 作为当今世界上应用最为广泛的数学软件，具有非常强大的数值计算、数据分
析处理、系统分析、图形显示甚至符号运算的功能。已经在如生物工程，图像处理，语音处
理，雷达探空，声纳探水，地震探地，以及控制论，系统论等各个领域得到广泛的应用。它是一个完整的数学平台，在这个平台上，用户只需寥寥数语就可以完成十分复杂的功能，大大提高了工程分析计算、图像处理的效率。但是Matlab 强大的功能只能在它所提供的平台
上才能使用，即用户必须在安装Matlab 系统的机器上才能执行*.m 文件。这样当用户需要
将在Matlab 下已开发完毕的复杂算法应用到高级语言开发环境下时就带来了问题，是将现
成的东西集成高级语言开发的程序中呢？还是用高级语言再重新实现一遍？显然大家所期
望的是减少工作量，最好能将Matlab 下开发好的程序或函数直接应用到高级语言开发的程
序中，这就是Matlab 与高级语言的混合编程问题。
VC＋＋是当前Windows 下的主要编程语言之一，它能方便地形成应用软件中所需要的
各种用户界面和工具并直接与系统及底层硬件交换数据。用VC++开发的系统具有容易维护
升级、界面友好、代码效率高、执行速度快等一系列优点，因此已成为目前应用软件开发中
广泛采用的主要工具之一
因此，如何将Matlab 与VC++进行有效的混合编程广受工程科研人员的关注。解决这
个问题，不仅能更好地发挥Matlab 强大的功能，还能快速地进行软件开发，尤其是当软件
开发中需要实现复杂的数学算法、图形处理时尤为迫切。研究VC＋＋与Matlab 的混合编程
具有很大的实际意义。
MATLAB 与Visual C++结合的方法有多种，但其实用程度与范围不同。常用的方法有：
（ 1）将Matlab 程序编译成C/C++源文件并嵌入VC++；（ 2）在C／ C++程序中利用Matlab
engine 调用Matlab 函数；（ 3）在C/C++程序中直接使用Matlab C/C++ Math Library； (4)将.m
文件编译成*.dll文件嵌入到VC++的程序中。基于实用性、易用性的考虑，本文主要讨论第
四种方法。另外随着Matlab 版本的升级，原来的math library已经并入了Compiler 之中，是
否是mathworks 比较推崇DLL 的方式呢？本文通过一个简单的例子来说明Matlab 和VC++
混编的具体过程（环境为Matlab6.5&VC++6.0）。
1 Matlab编译环境的设置
为了能够使用Matlab 的Complier 将*.m函数文件编译为动态链接库DLL，必须对Matlab
的环境做出相应的配置。具体做法如下：
在Matlab 的Command Window 下输入命令mbuild – setup,并根据Matlab 的提示选择合
适的编译器,笔者使用的是Microsoft Visual C++.过程如下
>> mbuild -setup
Please choose your compiler for building standalone MATLAB applications:
Would you like mbuild to locate installed compilers [y]/n?
Select a compiler:
[1] Lcc C version 2.4 in D:\MATLAB6P5\sys\lcc
[2] Microsoft Visual C/C++ version 7.0 in C:\Program Files\Microsoft Visual Studio .NET
[3] Microsoft Visual C/C++ version 6.0 in D:\Microsoft Visual Studio
[0] None
Compiler: 3
Please verify your choices:
Compiler: Microsoft Visual C/C++ 6.0
Location: D:\Microsoft Visual Studio
Are these correct?([y]/n):
然后,在Command Window 中输入命令cd(prefdir);mccsavepath;这是为了后面使用
Matlab 在VC++ IDE 中的Add-in 作准备。然后输入命令mex – setup，以类似的方法配
置编译器。至此， Matlab 的配置完成。如有疑问，可以参阅Matlab 的帮助Matlab
Compiler\Getting Started\Installation and configuration 一节。
2 创建动态链接库（ *.DLL）
创建动态链接库主要有两种方法：一种是使用Matlab 为VC++ IDE提供的Add-in。这
种方法比较简单，方便快捷，只要在VC++中创建工程的时候选择Matlab Project Wizard，
并且在接下来的Step 1 中的Visual Matlab Application Type选择Shared M-DLL 就可以
了。接下来就是添加*.m 文件，进行编译了。另一种方法就是使用Matlab 的mcc 命令
将*.m文件编译为动态链接库（ *.DLL）。因为Add-in 也是调用Compiler 的命令mcc 进
行编译工作的，而且有时候这个Add-in 还会出现不能使用的情况，因此这里主要讨论
使用mcc 命令的方法。
关于mcc 有很多参数可以使用，而且有多种用法，具体的可以参见Matlab 的帮助。
这里我们使用命令mcc – B csglsharedlib:youlibname function1 funcion2 … 来创建我
们所需要的动态链接库DLL文件。其中参数-B表示使用的是Bundle Files 作为参数，
csglsharedlib 是-B 的参数，意思是生成使用Matlab 图形库的C 共享动态链接库，
youlibname 是你想要生成的动态链接库DLL的文件名，注意csglsharedlib 与youlibname
之间有一个冒号“ ：” 连接， function1 为你想要加入到动态链接库DLL 中的函数名，如
果有多个函数，各个函数名用空格隔开。
在我们的例子中，首先创建所需的Matlab函数文件myfun.m。
function y=myfun(timeend)
t=0:0.001:timeend;
y=sin(2*pi*50*t);
plot(y);
然后使用命令mcc -B csglsharedlib:mylib myfun 生成动态链接库DLL。Matlab 会生成
一系列文件，其中mylib.h mylib.lib mylib.dll 以及相同目录下的bin\ 下的
FigureMenuBar.fig 和FigureToolBar.fig 是我们在以后所需要使用的。
3 在VC++中使用Matlab 生成的动态链接库（ *.DLL）
为了能在VC++中使用上面生成的*.DLL,首先要对VC++的环境进行一些设置：
（ 1）设置Include 和Library 目录
在VC++ IDE 中选择Tools->Options->Directories。
在Show directoris for:中选择Include files，添加如下两个目录：
<Matlab>\extern\include\
<Matlab>\extern\include\cpp
在Show directoris for:中选择Library files，添加如下两个目录：
<Matlab>\extern\lib\win32
<Matlab>\extern\lib\win32\microsof\msvc6
这里假设<Matlab>为你的Matlab 的安装目录。
这些操作只需要一次， VC++ IDE 就会自动记录。自动应用到每一个工程（ Project）。
（ 2）工程(project)本身的一些设置
在VC++ IDE 中选择Project->Setting->C/C++
在Category 中选择Code Generation，在Use run-time library 中选择Multithreaded
DLL。
在Category 中选择Precompiled Headers,选择Automatic use of precompiled headers,
并且在Through header 下面添加stdafx.h。
在Category 中选择Preprocessor ，在preprocessor definitions 中添加
MSVC,MSWIND,IBMPC.
在VC++ IDE 中选择Project->Settings->Link
在Categories 中选择Input，在Ignore libraries:中填入： msvcrt.lib。
（ 3）为工程添加相应的文件
把刚才生成的mylib.h mylib.dll mylib.lib 和<Matlab>\extern\lib\win32 下的libmatpm.lib，
<Matlab>\extern\lib\win32\microsof\msvc6 下的所有*.lib文件复制到VC++工程的文件夹
下，并且用add files to project … 添加的工程中。
接下来就可以使用刚才生成的动态链接库mylib.dll了。首先要在使用DLL 中函数的源
文件中加上头文件mylib.h。在使用之前还需要对mylib.dll 进注册，使用完毕之后需要
对其进行释放。注册使用函数mylibInitiallize();释放使用函数mylibTerminate()。函数名
的规则就是youlibname+Initialize(Terminate). 这两函数在mylib.h 中可以找到。
mylibInitialize()不仅注册了刚才生成的mylib.dll，同时它也注册了Matlab 本身的一些动
态链接库（ *.DLL）；同理mylibTerminate()不仅释放了刚才生成的mylib.dll，同时它也
释放了Matlab 本身的一些动态链接库（ *.DLL）。因此在注册了mylib.dll 之后，我们也
可以使用Matlab 的数学库中的函数，例如mlfabs()， mlfAssign()等等。
在使用mylib.dll 的时候，存在着一个VC++和mylib.dll 中的函数之间数据交互的问题。
由于mylib.dll 中的函数所接受的参数是mxArray 型数据。因此我们要使用Matlab 为我
们提供的External Interfaces/ API 函数来创建mxArray 型数据,大量的API函数可以参见
Matlab 的帮助文件Matlab\External Interfaces/API Reference\C MX-Functionsx小节。还有
一个需要注意的问题就是原来的函数名myfun 变成了mlfMyfun。可以在mylib.h 中看
到。
下面就是一个实例
<A>file://包</A>含头文件
#include “mylib.h”
.
.
.
<A>file://注</A>册动态链接库
mylibInitialize()；
double x=0.04;
<A>file://创</A>建mxArray 型数据并对其赋值
mxArray *t;
t=mxCreateDoubleMatrix(1,1,mxREAL);
memcpy(mxGetPr(t),&x,sizeof(double));
<A>file://或</A>者使用t=mxCreateDoubleScalar(x)
<A>file://或</A>者使用Matlab 数学库中的函数mlfAssign()等
<A>file://使</A>用mylib.dll 中的函数
mlfMyfun(t);
<A>file://销</A>毁t，释放内存
mxDestroyArray(t);
<A>file://注</A>销动态链接库
mylibTerminate();
4 程序的发布
在程序完成之后，就可以进行打包发布了。需要注意的问题就是发布的时候除了生成的
mylib.dll 和FigureMenuBar.fig、FigureToolBar.fig，还需要加上Matlab 的一些动态链接
库。这样发布的程序就可以完全脱离Matlab 的环境而独立运行了。如何得到这些动态
链接库呢？将<matlab>\extern\lib\win32\ 下的mglinstaller.exe 解压缩，会得到
mglarchive.exe，再将mglarchive.exe 解压缩，在生成的目录bin\win32\下就是程序独立
运行所需要的动态链接库文件了。
从以上的讨论中可以清楚的看到，使用Matlab 生成动态链接库（ *.DLL）实现VC＋＋
和Matlab 的混编的确以它的方便，易用成为VC++和Matlab 混编的一种快速实现方法。另
外， Matlab 的Compiler 也具有一定的局限性：原则上在混编的过程中只能使用Matlab 数学
库中的函数和图形库中的部分函数，mathworks提供的文档上面讲到,Matlab 的图形库只有在
用mcc 生成可执行程序（ *.exe）时才能引用。在VC++的程序中直接使用Matlab 图形库中
的函数（例如mlfPlot）是不背支持的。另外，在使用mcc 生成DLL 的时候， Matlab 图形库
中的函数也不是全部都测试过。还有对于一些工具箱中的函数，如果用到一些数学库之外的
函数，就有可能出现错误。即使编译通过，在运行的时候也有可能出错。但是，随着Matlab
的不断升级， mathworks 推出了Matlab COM Builder 创建COM 组件，对这种不兼容性有了
一定的改进，使得Matlab 和高级语言的混合编程变得越来越实用，越来越简单。

[此贴子已经被xShandow于2004-12-6 18:27:00编辑过]

zan