VC++与MATLAB混合编程及其应用

 

 

Matlab 是由Math Works 公司于1984 年推出的数值计算及图形处理软件，可以实现数值分析、优化、统计、偏微分方程数值解、自动控制、信号处理、图像处理等若干领域的计算和图形显示功能。其中，控制系统工具箱的集成为设计和分析各种复杂的控制系统提供了有效的方法和途径。


   



但是，由于Matlab开发平台的局限性，在其上面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，现将二者结合共用，各献其长，可以为科研工作和工程开发提供了更为强大的技术支持。


1、Matlab与VC混合编程的实现方法



Matlab作为控制系统设计的一种通用工具，它可以和VC方便的进行连接。一般而言，Matlab与VC混合编程的实现方法主要有以下三种方法：（1）通过引擎（Engine）,采用客户机服务器的计算模式，通过Window的ActiveX通道和Matlab进行连接。具体应用时，往往在VC中设计程序框架，以编译的程序作为前端客户机；通过调用Matlab引擎在后台实现与服务器的连接，实现动态通信（2）应用Matlab数学函数库，Matlab中包含了内容丰富的函数库，而且还提供了与VC的数学函数接口，用户可以方便的在VC的IDE（集成开发环境）中调用。（3）通过DLL实现VC与Matlab的混合编程。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，可以供多个应用程序调用，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 [2]。在上述三种方法中，第一种方法对调用Matlab的工具箱很实用，所有在进行控制系统的设计和分析时，一般都是通过调用Matlab引擎（Engine）来实现的。本文主要介绍采用通过引擎（Engine）来实现VC与Matlab的混合编程。


2、MATLAB引擎简介



Matlab引擎是Matlab提供的一系列程序的结合，它允许用户在自己的应用程序中对Matlab进行调用，将Matlab作为一个操作引擎使用，使其在后台运行。一般Matlab 引擎采用客户机/ 服务器(Client/ Sever) 计算方式，就是一种把应用处理负载分布到客户机和服务器上的一种计算模式，客户机和服务器既可以是存在于同一台计算机，也可以通过网络来实现信息共享。一般情况下，客户机是运行前端软件的PC机，并且知道如何与服务器通信，服务器与此相对应，是接收请求信息，并采取相应行的机器。由于客户机和服务器共同承担处理负载，使系统总体性能大为提高。在实际应用过程中,把VC的C语言或C + + 语言的程序作为前端客户机程序,它从Matlab 引擎接收数据信息,并与引擎传递命令的数据信息。表1是几种常用的Matlab引擎调用函数。



 






表1：Matlab引擎常用调用函数



 




VC++与MATLAB混合编程及其应用 通过引擎（Engine）,采用客户机服务器的计算模式_服务器


 


通过Matlab引擎用户可以完成以下任务：首先，可以将Matlab作为一个功能强大的和可编程的数学函数库，调用Matlab中的大量的数学计算函数，完成复杂的计算任务；其次，可以为一个特定的任务构建一个完整的系统，前台的用户界面用高级语言编写，后台的计算任务由Matlab引擎来完成；最后，用户不但可以在本地计算机上调用Matlab引擎，而且还可以通过网络调用其它计算机上的Matlab引擎，这样可以很好的实现资源的共享和作业的分工合作。


3、Matlab引擎实现VC和Matlab混合编程的步骤


要想在VC集成环境下利用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：


   


（1）Visual C++6.0 编译环境的设置：通过菜单 Tools/ Options，打开Visual C++6.0设置属性页，进入 Directorie页面，在 Show Directories for下拉列表中选择Include Files，添加路径：D：\Matlab6p5\extern\include（在Matlab的安装路径下）；再选择下拉列表中的 Library Files，添加路径：D：\Matlab6p5\extern\ lib\win32\Microsoft\msvc60（在Matlab的安装路径下）。编译环境只需设置一次。


（2）添加库文件: 通过菜单 Projects|settings，进入 Link 页面，在 Object/Library Modules 框中，添加库文件名：libmx.lib 、libmat.lib 、libeng.lib。每个新的工程文件都要单独添加库文件。


（3）在使用 engine 函数的程序头文件中包含如下两个头文件:


#include "engine.h"


#include <stdlib.h>


（4）在应用程序中添加调用Matlab引擎的程序代码：


 


   


以上步骤是对VC与Matlab混合编程的编译环境进行设置，在完成了以上基本步骤后就可以利用Matlab引擎库函数engEvalString来调用Matlab的内建函数了。


4、VC与Matlab混合编程应用实例


根据上面的方法，下面通过一个具体的实力来说明如何实现VC与Matlab混合编程、它们之间的数据通信以及VC环境下对Matlab命令的调用。


   


首先，利用VC++6.0的MFC建立一个单文档结构的应用程序，加入一个菜单资源，为其映射相应的功能函数；


   


其次，根据Matlab引擎实现VC和Matlab的混合编程步骤（见第三部分）为程序设置相应的编译环境并添加连接库函数；


   


然后，调用Matlab的内建函数和命令，主要编写程序代码如下：


 


 


最后，添加头文件：


#include "matlab.h"  


   


编译运行，就可以得到如（图1）所示的结果。


VC++与MATLAB混合编程及其应用 通过引擎（Engine）,采用客户机服务器的计算模式_服务器_02




图1：调用Matlab引擎输出结果


   


上面例子是VC和Matlab的混合编程的一个简单应用，在实际的数值计算，控制系统开发等工程应用中，可以很好的利用VC和Matlab的混合编程技术，从而简化应用程序的开发工作量。


5、结论


Matlab提供了强大的数学计算功能和丰富的工具箱, 使用VC和Matlab的混合编程, 可以发挥各自特长, 缩短工程应用软件的开发周期, 同时也提高了程序的运行效率。其中，基于客户机/服务器计算模式的Matlab引擎是实现VC与Matlab 混合编程的一种常用方法。通过对引擎调用与数据组织方式的面向对象的设计,将数据组织透明化,极大地简化了程序设计过程, 封装了对Matlab 引擎的访问和与Matlab 服务器进行数据交换的细节,为用户提供了一个友好的编程接口环境。


 


（责任编辑 火凤凰 





{                     

                      Engine *ep;                    

                      if(!(ep=engOpen(" \0")))          //打开Matlab引擎，建立与本地Matlab的连接                    

                      {                    

                      fprintf(stderr,"\n Can't start MATLAB engine\n");                    

                      exit(-1);                    

                      }