Matlab与C++接口与混合编程讨论小结教学文案.doc
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1、Good is good, but better carries it.精益求精,善益求善。Matlab与C+接口与混合编程讨论小结-Matlab与C+接口与混合编程讨论小结目录第一章、概述第二章、在Matlab中使用mex和mcc(作者dodoo,energy)2.1用c编写mex程序1-dodoo2.2用c编写mex程序2-dodoo2.3用c编写mex程序3-dodoo2.4用c编写mex程序4-dodoo2.5用c编写mex程序5-dodoo2.6用c编写mex程序6-dodoo2.7VC+中使用MATLAB的C+数学库和MCC生成的程序-energy第三章、Matcom的使用3.1概
2、述3.1.1Matcom能作什么3.1.2Matcom的工作原理3.1.3Matcom的不足3.1.4Matcom下载地址及网络资源3.2版本及安装注意事项3.2.1MIDEVA4.0的安装3.2.2MIDEVA4.5的安装3.3用Matcom翻译m文件3.4如何得到CPP源文件3.5在CB中C+与Matlab语言混编3.6程序的发布附录一、Matcom的函数分类列表-第一章、概述Matlab是当今世界上使用最为广泛的数学软件,它具有相当强大的数值计算、数据处理、系统分析、图形显示,甚至符号运算功能,是一个完整的数学平台,在这个平台上,你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
3、计算的效率。另外由于Matlab的广泛使用,于是出现了为各个领域专门使用的工具箱(即在某一研究领域常用数学工具的函数包),这些工具箱的出现更加促进了Matlab的流行。Matlab强大的功能只能在它所提供的平台上才能使用,也就是说,你必需在安装有matlab系统的机器上使用.m文件,这样就给工程计算带来了很大不便;特别是,在matlab中,使用的行解释方式执行代码,这样大大地限制了代码执行速度。于是人们想到,能否开发一个matlab与其他高级语言的接口,这样就可以把matlab的强大功能融入各种应用程序中,并且通过高级语言编译器编译为2进制代码,从而大大提高了执行速度。于是matlab的5.1
4、版本提供了自带的C+Complier,同时MathTools公司也为Matlab开发了m文件高效解释和调试IDE:MIDEVA。经过近两年的发展,matlab5.3中的Ccomplier-mcc版本已经为2.0,而MIDEVA最新版本为4.5。将matlab与C混合编程大概有如下三种方法:1.用Matlab的mcc将.m文件翻译为cpp源文件,然后在C编译器中调用也可以用mcc编译编译为stand-alone程序。2.用Matcom(MIDEVA)将.m文件翻译为cpp代码,并编译为exe或dll文件。3.按照matcom的语法,在VC或BCB中直接书写matlab语句(与matlab很相似)
5、,这也是我最喜欢用的方法。方法1和2/3各有利弊,1不支持图形(支持图形的库国内现在还没有D),1对类支持也不够,2支持绝大多数的matlab语句(包括图形),但对于struct等的支持也有缺陷。-Matlab与C+接口与混合编程讨论小结(二)VC+中使用MATLAB的C+数学库和MCC生成的程序0、简介MATLAB5.3的提供了C/C+数学库,其中的C+数学库功能很强,使用它可以用类似MATLAB的语法编写C+程序,十分方便。虽然速度上仍然比手工C/C+程序慢,但是由此换来的高效的开发效率和可靠性往往是值得的。另外mcc命令可以将M文件转化为C或CPP文件,编译后可以脱离MATLAB运行,它
6、们也是使用的C/C+数学库。不过,MATLAB的数学库在开发时似乎倾向于编译独立的可执行程序,把VC、BC只是作为一个编译和连接的工具,而没有过多地考虑在VC、BC的集成环境下进行开发。这给我们带来了不便。很多网友问起如何将MCC生成的C+程序嵌入到VC。最近对这个问题做了一下尝试,在这里做一个总结,请大家回去试试。这里只介绍VC的情况,用BC的网友就自己研究研究吧,估计是类似的。1、设置项目编译选项首先建立一个新的项目,或者打开一个已有的项目,然后选择菜单:Project-Settings-C/C+Category:PreprocessorPreprocessordefinitions:添加
7、:MSVC,IBMPC,NDCategory:PrecompiledHeaders选择:AutomaticuseofprecompiledheadersThroughheader:stdafx.h2、调设置项目连接选项首先要从下面几个函数定义文件(*.def)生成相应的导入库文件(*.lib)libmmfile.deflibmcc.deflibmatlb.deflibmx.deflibmat.def它们位于目录c:matlabexterninclude用下面命令导出库文件:lib/def:libmmfile.def/out:libmmfile.lib/machine:ix86lib/def:l
8、ibmcc.def/out:libmcc.lib/machine:ix86lib/def:libmatlb.def/out:libmatlb.lib/machine:ix86lib/def:libmx.def/out:libmx.lib/machine:ix86lib/def:libmat.def/out:libmat.lib/machine:ix86将它们放入你的项目连接选项Project-Settings-LinkCategory:InputObject/librarymodules:添加:libmatpm.liblibmmfile.liblibmcc.liblibmatlb.liblib
9、mx.liblibmat.lib注1:中间是空格,不要加逗号注2:libmatpm.lib是C+MathLib的库,如果是只用C,就不用连接它了。Ignorelibraries:添加:msvcrt.lib注:仅在Debug版本中需要。原因不明:P以上的这些lib文件,我已经做好了,打了个包放在这里下载:matlablibs.zip(64K)3、设置编译环境Tools-Options-DirectoriesIncludefiels添加:c:matlabexternincludec:matlabexternincludecppLibraryfiels添加:c:matlabexternlibc:ma
10、tlabexterninclude注:下面这个目录是那些lib所在的地方。如果都挪到上面的目录,这个自然就不要了。4、编写程序用MCC命令生成的CPP文件和自己手工编写的CPP文件,其项目设置是完全相同的,程序的语法原则上也是一样的.只是MCC生成的CPP文件有大量没用的代码.(1)添加自己编写的程序模块用下面文件头:#includestdafx.h#includematlab.hpp然后,按照C+MathLib文档要求的格式书写程序.(2)嵌入mcc生成的文件在MATLAB下用下面格式的命令生成cpp文件mcc-t-LCpptest得到test.hpp,test.cpp将test.cpp加入
11、项目,不做任何改动.最后,摁F7编译就可以了。5、实例上面罗罗嗦嗦一大堆,肯定让你打哈欠了:P没关系,其实还是挺简单的,这里有个VC的project,用C+数学库解决了一个幼儿园的算术题,下载回去看看吧,马上就明白了。MccDemo.zip(68K)这里先说明一下:MATLAB程序test.m:functionsum,prod=test(x,y)sum=x+y;prod=x*y;用来计算两个数的和与积。注意这是两个返回变量的情况。另外,x,y当然可以是数组。用mcc命令生成了test.hpp和test.cpp。文件demo.cpp:#includestdafx.h#includematlab.
12、hpp#includetest.hppvoidmccDemo()CStringstr;mwArrayx,y,sum,prod;doubledx,dy,dsum,dprod;x=5.0;y=10.0;sum=test(&prod,x,y);dx=x(1,1);dy=y(1,1);dsum=sum(1,1);dprod=prod(1,1);str.Format(%f+%f=%fn%f*%f=%f,dx,dy,dsum,dx,dy,dprod);AfxMessageBox(str);由于采用了C+数学库,语法很简单。注意数组的赋值、其中数据的存取,这些都要仔细地看手册。最后是跳出一个消息框,显示计算
13、结果。改程序启动之后,选择菜单mcc-demo即可。-Matlab与C+接口与混合编程讨论小结(三)第二章、第一节、用c编写mex程序开篇用C编写mex程序大家都知道,matlab是一种解释型的编程环境,也就是说,跟以前的basic一样,是读一句执行一句的。这样做可以很方便的实现编程过程中的交互,也免去了麻烦又耗时的编译过程。但凡事有一利必有一弊,matlab在执行时速度慢也就根源于此。在matlab里ticfori=1:10000b(i)=a(10001-i);end怎么样,是不是很慢?你的程序里如果再多几个这样的循环,运行速度就可想而知了。上面程序的功能是将向量a里的数据逆序赋给向量b。下
14、面的程序可以实现相同的功能ticb=a(10000:-1:1);为什么这个程序运行速度就这么快呢?这是因为matlab里的基础矩阵运算函数,像转置,复制等等,都是以二进制程序的形式存在的,运行起来速度当然比解释执行10000次所以编matlab程序时,应该尽量避免用循环语句,而使用等效的矩阵运算。虽然这样但总是有的时候没法找到对应的矩阵运算来等效,或编出来的程序复杂得让人没法修简单地说,mex程序就是根据一定的接口规范(mtlab提出的)编写的一个dll,matla比如我编了一个mex函数,名字叫max2.dll,那么只要把这个dll所在的目录加到matlab的搜索路径里(用addpath),
15、就可以像调用普通matlab函数一样来调用它了。因为把循环体放到了二进制程序中,执行速度快得多。Mex文件既可以用c,也可以用fortran来编。因为我用的是c语言,所以下面的介绍都是用c语言编写mex文件的方法。如果你用的是fortran,请你自己去看Apiguide.pdf,里面有详细说明。开场说明我的论文里的程序大多是用matlab编的,因为方向是图像处理,速度上的限制很大。不得已,拿着apiguide.pdf啃了两天,才算摸出点门道。现在论文写完了,想着这点经验也许有用,就不浅薄,打算把它写下来。因为还要备论文讲稿,还有一堆表要填,不知能否写完,在这里预为说明,到时莫要骂我。:文讲稿,
16、还有一堆表要填,不知能否写完,在这里预为说明,到时莫要骂我。:-Matlab与C+接口与混合编程讨论小结(四)第二章、第二节、用c编写mex程序一标题:用C编写mex程序PART2前面说到通过把耗时长的函数用c语言实现,并编译成mex函数可以加快执行速度。这Matlab5.1本身是不带c语言的编译器的,所以要求你的机器上已经安装有VC,BC或WatcomC中的一种。如果你在安装Matlab时已经设置过编译器,那么现在你应该就可以使用mex命令来编译c语言的程序了。如果当时没有选,只要在Matlab里键入mex-setup,就会出现一个DOS方式窗口,下面只要根据提示一步步设置就可以了。由于我用
17、的是w听说Matlab5.2已经内置了C语言的编译器,那么下面的这些可能就用不着了。可惜现需要注意的是,在设置编译器路径时,只能使用路径名称的8字符形式。比如我用的VC5装在路径C:PROGRAMFILESDEVSTUDIO下,那在设置路径时就要写成:C:PROGRA1这样设置完之后,mex就可以执行了。为了测试你的路径设置正确与否,把下面的程序存为hello.c。存为hello.c。存为hello.c。#includemex.hvoidmexFunction(intnlhs,mxArray*plhs,intnrhs,constmxArray*prhs)mexPrintf(hello,worl
18、d!n);假设你把hello.c放在了C:TEST下,在Matlab里用CDC:TEST将当前目录改为C:TEST(注意,仅将C:TEST加入搜索路径是没有用的)。现在敲:mexhello.c如果一切顺利,编译应该在出现编译器提示信息后正常退出。如果你已将C:TEST加入了搜索路径,现在键入hello,程序会在屏幕上打出一行:hello,world!看看CTEST目录下,你会发现多了一个文件:HELLO.DLL。这样,第一个mex函数就算完成了。怎么样,很简单吧。下一次,会对这个最简单的程序进行分析,并给它增加一些功能。-Matlab与C+接口与混合编程讨论小结(五)第二章、第三节、用c编写m
19、ex程序三标题:用C编写mex程序PART3分析hello.c,可以看到程序的结构是十分简单的,整个程序由一个接口子过程mexFunction构成。前面提到过,Matlab的mex函数有一定的接口规范,就是指这nlhs:输出参数数目plhs:指向输出参数的指针nrhs:输入参数数目例如,使用a,b=test(c,d,e)调用mex函数test时,传给test的这四个参数分别是2,plhs,3,prhs。其中:prhs0=cprhs1=dprhs2=eprhs2=eprhs2=e当函数返回时,将会把你放在plhs0,plhs1里的地址赋给a和b,达到返回数据的目的。细心的你也许已经注意到,prh
20、si和plhsi都是指向类型mxArray类型数据的指针。这个类型是在mex.h中定义的,事实上,在Matlab里大多数数据都是以这种类型存在。当然还有其他的数据类型,可以参考Apiguide.pdf里的介绍。为了让大家能更直观地了解参数传递的过程,我们把hello.c改写一下,使它能根据输入参数的变化给出不同的屏幕输出:/hello.c2.0#includemex.hvoidmexFunction(intnlhs,mxArray*plhs,intnrhs,constmxArray*prhs)inti;i=mxGetScalar(prhs0);if(i=1)mexPrintf(hello,wo
21、rld!n);elsemexPrintf(大家好!n);将这个程序编译通过后,执行hello(1),屏幕上会打出:hello,world!而hello(0)将会得到:大家好!现在,程序hello已经可以根据输入参数来给出相应的屏幕输出。在这个程序里,除了用到了屏幕输出函数mexPrintf(用法跟c里的printf函数几乎完全一样)外,还用到了一个函数:mxGetScalar,调用方式如下:i=mxGetScalar(prhs0);Scalar就是标量的意思。在Matlab里数据都是以数组的形式存在的,mxGetScalar的作用就是把通过prhs0传递进来的mxArray类型的指针指向的数据
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