VC++与Matlab混合编程的快速实现
发布时间：2010/6/9 10:34:33 来源：城市学习网 编辑：ziteng
摘 要:该文讨论了如何使用Matlab 的Complier 将*.m函数编译为动态链接库DLL,提供给VC++调用的方法， 提供了一种VC++与Matlab 混合编程的快速实现。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。
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？
一．首先进行 Matlab编译环境的设置（环境为Matlab6.5&VC++6.0）
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 //这里填入3
Please verify your choices:
Compiler: Microsoft Visual C/C++ 6.0
Location: D:\Microsoft Visual Studio
Are these correct?([y]/n): //确认输入y
//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。
可以参阅Matlab 的帮助MatlabCompiler\Getting Started\Installation and configuration 一节。
二．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。
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。（mcc -t -h -L C -W lib : ppp -T link :lib myfunct.m）
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。 [NextPage] 三．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 … 添加到工程中。
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。在进行调用的时候，我们使用的是m文件的文件名myfunct，而不是m文件中定义的myfun。可以在mylib.h 中看到。
下面就是一个实例
//包含头文件
#include “mylib.h”
//注册动态链接库
mylibInitialize()；
double x=0.04;
//创建mxArray 型数据并对其赋值
mxArray *t;
t=mxCreateDoubleMatrix(1,1,mxREAL);
memcpy(mxGetPr(t),&x,sizeof(double));
//或者使用t=mxCreateDoubleScalar(x)
//或者使用Matlab 数学库中的函数mlfAssign()等
//使用mylib.dll 中的函数
mlfMyfun(t);
//销毁t， 释放内存
mxDestroyArray(t);
//注销动态链接库
mylibTerminate();
参数格式转换：应该指出，MATLAB所有计算都是基于一种名为mxArray的数据结构之上的，所有的浮点数、向量或者矩阵在MATLAB当中都是通过mxArray结构来进行存储和传递的。当然，MATLAB所提供的所有数学函数也都是基于这样一种数据结构进行计算的。所以，要使用MATLAB的生成代码，就必须将C语言当中常用的浮点数和整数转换成mxArray结构。可以利用MATLAB的函数 mxArray *mlfScalar(double v)和函数double *mxGetPr(mxArray *)来实现参数格式的转换。函数mlfScalar（）将double型变量存入一个新建的mxArray结构中，并返回指针，而函数mxGetPr将 mxArray结构保存的实数的实部取出。 [NextPage] 一个实例：
void CMatDlg::OnButton1()
{//在matlab中定义的m文件:myfunct，其功能是完成两个数的相加操作。
CString str;
UpdateData(true);
pppInitialize();
//为了调用matlab中的函数，必须使用数组数据类型，并其后调用matlab函数将其转化为矩阵格式（matlab的基本数据类型是矩阵）
static double x1[1]={1.0};
static double x2[1]={2.5};
double result;
//调用matlab创建3个矩阵
mxArray *A=mclGetUninitializedArray();
mxArray *B=mclGetUninitializedArray();
mxArray *C=mclGetUninitializedArray();
//将C语言中的变量值赋给matlab中的矩阵
mlfAssign(&A,mlfDoubleMatrix(1,1,x1,NULL));
mlfAssign(&B,mlfDoubleMatrix(1,1,x2,NULL));
mlfAssign(&C,mlfMyfunct(A,B));
//将matlab中的矩阵的指针传递给C语言中的指向double的指针
double * md=mxGetPr(C);
result=md[0];
//释放这些矩阵
mxDestroyArray(A);
mxDestroyArray(B);
mxDestroyArray(C);
str.Format ("It is : %f",result);
::AfxMessageBox(str);
}
相信看到里面的注释，我们就明白的差不多了。
VC编程以实现对matlab函数的调用，例如VC中我们实现两个double型的相加，则需要做上述的编程：首先定义两个数组并存入我们要进行函数操作的数据（也就是所谓的实参）；然后将这两个数组转换为matlab可以识别的矩阵；然后调用m文件中自定义的函数，对矩阵进行操作；最后将结果再转回VC支持的数据格式：
double * md=mxGetPr(C);
result=md[0];
至此，经matlab函数处理过的数据已经存入了VC中的result变量。
mlfAssign(&C,mlfMyfunct(A,B));
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。另外还要加上libmatlb.h和matlab.hpp两个头文件。
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）是不被支持的。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。
