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C混合编程接口及应用方法

发布时间:2020-07-21 18:38:53 阅读: 来源:钢套钢直埋保温管厂家

1 引言Matlab 是当前应用最为广泛的数学软件,具有强大的数值计算、数据分析处理、系统 分析、图形显示甚至符号运算等功能[1]。利用这一完整的数学平台,用户可以快速实现十分 复杂的功能,极大地提高工程分析计算的效率[2][3]。但与其他高级程序[3]相比,Matlab 程序 是一种解释执行程序,不用编译等预处理,程序运行速度较慢[4]。C/C++语言是目前最为流行的高级程序设计语言之一[5]。它可对操作系统和应用程序以 及硬件进行直接操作,用C/C++语言明显优于其它解释型高级语言,一些大型应用软件如 Matlab 就是用C 语言开发的。在工程实践中,用户经常遇到Matlab 与C/C++混合编程的问题。本文基于Matlab 6.5和VC6.0 开发环境,在Windows 平台下就它们之间的混合编程问题进行深入研究并举例说明。2 Matlab 调用C/C++Matlab 调用C/C++的方式主要有两种:利用MEX 技术和调用C/C++动态连接库。在Matlab 与C/C++混合编程之前,必须先对Matlab 的编译应用程序mex 和编译器mbuild进行正确的设置[1]:对Matlab 编译应用程序mex 的设置:Mex –setup.对Matlab 编译器mbuild 的设置:Mbuild –setup.2.1 调用C/C++的MEX 文件MEX 是Matlab Executable 的缩写,它是一种“可在Matlab 中调用的C(或Fortran)语 言衍生程序”[6]。MEX 文件的使用极为方便,其调用方式与Matlab 的内建函数完全相同,只 需在Matlab 命令提示符下键入MEX 文件名即可。一个C/C++的MEX源程序通常包括4个组成部分,其中前3个是必须包含的内容,第4个则根据所实现的功能灵活选用:(1)#include “mex.h”;(2)MEX文件的入口函数mexFunction, MEX文件导出名必须为mexFunction函数;(3)mxArray;(4)API函数通过简单的例子说明C/C++的MEX 源程序编写和调用过程:#include oid 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 编译此文件,然后在MATLAB 命令行下调用生成的MEX 文件即可。2.2 调用C/C++动态连接库Matlab 提供对动态连接库DLL 文件的接口[7]。利用该接口,可在Matlab 中调用动态连 接库导出的函数。Matlab 对DLL 的接口支持各种语言编写的DLL 文件。在调用DLL 文件之 前,需要准备函数定义的头文件。对于C/C++语言开发的DLL 文件,可使用源程序中相应的 头文件;而对于其他语言开发的DLL,则要手工准备等效的C 语言函数定义头文件。在Matlab 中利用动态连接库接口技术通常需要完成以下4 个步骤:(1)打开动态连接库文件;(2)为调用函数准备数据;(3)调用动态连接库文件中导出的 函数;(4)关闭动态连接库文件。为了实现以上步骤,用到的Matlab 函数有:loadlibrary,loadlibrary,calllib,libfunctions,lipointer,libstruct,libisloaded。下面举例说明Matlab 调用C/C++动态 连接库的方法和步骤:a.在VC 环境下,新建工程->win32 动态连接库->工程名Test1->empty 工程->完成;b.新建->C++源文件->添加p,内容为: #include a.h_declspec(dllexport) int add(int a, int b) { return a+b; }c.新建->C/C++头文件->添加a.h,内容为: _declspec(dllexport) int add(int a,intb);然后编译生成l 动态连接库文件,将l 和a.h 拷到Matlab 工作目录下。d.在Matlab 命令行下,调用l:>>loadlibrary(‘Test1’,’a.h’); >>x=7;>>y=8; >>calllib(‘Test1’,‘add’,x,y); Ans=15 >>unloadlibrary(‘Test1’).调用DLL 动态连接库的方法,为Matlab 重用工程实践中积累的大量实用C/C++代码提供了一种简洁方便的方法。与调用MEX 文件相比,该方法更加简便实用。3 C/C++调用Matlab

本文引用地址:在工程实践中,C/C++调用Matlab 的方法主要有调用Matlab 计算引擎、包含m 文件转 换的C/C++文件,以及调用m 文件生成的DLL 文件。3.1 利用Matlab 计算引擎Matlab 的引擎库为用户提供了一些接口函数,利用这些接口函数,用户在自己的程序 中以计算引擎方式调用Matlab 文件。该方法采用客户机/服务器的方式,利用Matlab 引擎 将Matlab 和C/C++联系起来。在实际应用中,C/C++程序为客户机,Matlab 作为本地服务器。C/C++程序向Matlab 计算引擎传递命令和数据信息,并从Matlab 计算引擎接收数据信息[2]。Matlab 提供了以下几个C 语言计算引擎访问函数供用户使用[8]:engOpen,engClose, engGetVariable,engPutVariable,engEvalString,engOutputBuffer,engOpenSingleUse, engGetVisible,engSetVisible。下面以C 语言编写的、调用Matlab 引擎计算方程x3 ?2x+5=0根的源程序example2.c 为 例,说明C/C++调用Matlab 计算引擎编程的原理和步骤:#include windows.h> #include stdlib.h>#include stdio.h> #include nt PASCAL WinMain (HANDLE hInstance, HANDLE hPrevInstance,LPSTR lpszCmdLine, int nCmdShow){ Engine *ep; mxArray *P=NULL,*r=NULL;char buffer[301]; double poly[4]={1,0,-2,5};if (!(ep=engOpen(NULL))){fprintf(stderr,nCan't start MATLAB enginen); 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(['多项式',poly2str(p,'x'),'的根']),r=roots(p));MESSageBox(NULL,buffer,example2 展示MATLAB 引擎的应用,MB_OK);engClose(ep); mxDestroyArray(P); return EXIT_SUCCESS; }在Matlab 下运行e: mex -f example2.c。运行结果如图1 所示:利用计算引擎调用Matlab的特点是:节省大量的系统资源,应用程序整体性能较好,但 不能脱离Matlab的环境运行,且运行速度较慢,但在一些特别的应用[9](例如需要进行三维 图形显示)时可考虑使用。3.2 利用mcc 编译器生成的cpp 和hpp 文件Matlab自带的C++Complier--mcc,能将m文件转换为C/C++代码。因此,它为C/C++程序调用m文件提供了另一种便捷的方法。下面举例说明相应步骤:

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输入:mcc -t -L Cpp -h example3.则在工作目录下生成p 和p 两个文件。b.在VC 中新建一个基于对话框的MFC 应用程序Test2,添加一个按钮,并添加按钮响应函数,函数内容见f 步。将上面生成的两个文件拷贝到VC 工程的Test2 目录下。c.在VC 中选择:工程->设置,选择属性表Link 选项,下拉菜单中选择Input,在对象 / 库模块中加入b b b b b b b b , 注意用空格分开; 而在忽略库中加入 b;d.选择属性表C/C++选项,下拉菜单选General,在预处理程序定义中保留原来有的内 容,并添加MSVC,IBMPC,MSWIND,并用逗号隔开。选择下拉菜单的Precompiled Headers 选 项,在“自动使用预补偿页眉”中添加stdafx.h,然后确定。e. 选择: 工具-> 选项, 属性页选择“ 目录” , 在include files 加入: C:MATLAB6p5p1externinclude , C:MATLAB6p5p1externincludecpp ; 然后在 Library files 里面加入: C:MATLAB6p5p1binwin32 , C:MATLAB6p5p1extern libwin32microsoftmsvc60;注意根据用户的Matlab 安装位置,修改相应目录。f.在响应函数中添加头文件:#include p #include p 函数响应代码为:int i; mwArray n; n=10; n=example3(n); i=tractScalar(1);CString str; rmat(example3 的返回值是:%d,i); AfxMessageBox(str);g. 编译,连接,执行,结果如图2 所示。3.3 利用mcc 编译器生成的的DLL 文件Matlab的C++ Complier不仅能够将Matlab的m文件转换为C/C++的源代码,还能产生完全 脱离Matlab运行环境的独立可执行DLL程序。从而可以在C/C++程序中,通过调用DLL实现对 Matlab代码的调用。下面通过一个简单的例子说明C/C++调用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.然后在命令窗口中输入:mcc -t -W libhg:example4 -T link:lib -h ib ib example4则在工作目录下会生成example4 .dll、example4 .lib和example4 .h三个文件。b.在VC中新建一个基于对话框的应用程序Test3,然后添加一个按钮及按钮响应函数,函数内容见d步,再将生成的3个文件拷贝到Test2工程目录下。编译环境的设置如同3.2节c、d步;d.在按钮函数文件添加如下的头文件:#include example4 .h ,函数响应代码为:mxArray* para=mxCreateDoubleScalar(2); mxArray* result; example4Initialize();result=mlfExample4(para); CString str;rmat(%f,mxGetScalar(result)); AfxMessageBox(str);e.编译,连接,执行,结果如图3所示。利用mcc 编译器生成的DLL 动态连接库文件,只需在C/C++编译环境中将其包含进来, 调用导出函数即可实现原m 文件的功能,极大地方便了用户的代码设计。4 结束语本文从Matlab 调用C/C++代码和C/C+调用m 文件两方面,详细地研究了Matlab 与C/C++ 混合编程技术。对于Matlab 调用C/C++代码,给出了常用的MEX 技术和调用C/C++动态连接 库的方法,并对它们进行比较。针对用户在实际中经常遇到的C/C++调用Matlab 问题,通过研究给出了常用的三种方法及其特点:利用Matlab 计算引擎的方法,混合编程后的可执 行程序脱离不了Matlab 的运行环境,运行速度很慢;利用mcc 编译器将m 文件转化为C/C++ 文件的方法,虽然能独立于Matlab 运行环境,可在C/C++环境中包含生成的文件非常繁琐; 但是m 文件生成的DLL 为用户提供了一种简洁方便的C/C++调用Matlab 代码的方法。除 Matlab 自带的mcc 外,Matcom 也能将M 文件编译为C/C++文件和DLL 文件[2][8],但混合编程 原理一样,在此省略。

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