VC++與Matlab混合編程之引擎操作詳解

1、Visual C+ 是當(dāng)前主流的應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境之一，開發(fā)環(huán)境強(qiáng)大，開發(fā)的程序執(zhí)行速度快。但在科學(xué)計(jì)算方面函數(shù)庫(kù)顯得不夠豐富、讀取、顯示數(shù)據(jù)圖形不方便。 Matlab 是一款將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、信號(hào)處理和圖形顯示結(jié)合在一起，包含大量高度集成的函數(shù)可供調(diào)用，適合科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)等眾多學(xué)科領(lǐng)域使用的一種簡(jiǎn)潔、高效的編程工具。不過由于 Matlab 使用的是解釋性語言，大大限制了它的執(zhí)行速度和應(yīng)用場(chǎng)合?；?VC 和 Matlab 混合編程是很多熟悉 VC+ 編程而又需要進(jìn)行科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)仿真的科研人員常用的一種方式，其中最簡(jiǎn)單也最直接的方法就是調(diào)用 Matlab 引擎。本文以下部分將詳細(xì)介紹通

2、過 VC+6.0 調(diào)用 Matlab6.5 引擎來達(dá)到 VC+ 與 Matlab 數(shù)據(jù)共享編程的方法。 1. 什么是 Matlab 引擎 所謂 Matlab 引擎（ engine ），是指一組 Matlab 提供的接口函數(shù)，支持 C/C+ 、 Fortran 等語言，通過這些接口函數(shù)，用戶可以在其它編程環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對(duì) Matlab 的控制。可以主要功能有： 打開 / 關(guān)閉一個(gè) Matlab 對(duì)話； 向 Matlab 環(huán)境發(fā)送命令字符串； 從 Matlab 環(huán)境中讀取數(shù)據(jù)； 向 Matlab 環(huán)境中寫入數(shù)據(jù)。 與其它各種接口相比，引擎所提供的 Matlab 功能支持是最全面的。通過引擎方式，應(yīng)用程

3、序會(huì)打開一個(gè)新的 Matlab 進(jìn)程，可以控制它完成任何計(jì)算和繪圖操作。對(duì)所有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提供 100% 的支持。同時(shí)，引擎方式打開的 Matlab 進(jìn)程會(huì)在任務(wù)欄顯示自己的圖標(biāo)，打開該窗口，可以觀察主程序通過 engine 方式控制 Matlab 運(yùn)行的流程，并可在其中輸入任何 Matlab 命令。 實(shí)際上，通過引擎方式建立的對(duì)話，是將 Matlab 以 ActiveX 控件方式啟動(dòng)的。在 Matlab 初次安裝時(shí)，會(huì)自動(dòng)執(zhí)行一次： matlab /regserver將自己在系統(tǒng)的控件庫(kù)中注冊(cè)。如果因?yàn)樘厥庠颍瑹o法打開 Matlab 引擎，可以在 Dos 命令提示符后執(zhí)行上述命令，重新注冊(cè)。

4、 2. 配置編譯器 要在 VC 中成功編譯 Matlab 引擎程序，必須包含引擎頭文件 engine.h 并引入 Matlab 對(duì)應(yīng)的庫(kù)文件 libmx.lib 、 libmat.lib 、 libeng.lib 。具體的說，打開一個(gè)工程后，做如下設(shè)置（以 VC6 為例）： 1 通過菜單工程 / 選項(xiàng)，打開設(shè)置屬性頁，進(jìn)入 Directories 頁面，在目錄下拉列表框中選擇 Include files ，添加路徑： "C:matlabexterninclude" （假定 matlab 安裝在 C:matlab 目錄）。3.1.7 柴油機(jī)應(yīng)符合下列規(guī)定：選擇每日例保時(shí)，司機(jī)

5、應(yīng)檢查機(jī)油尺所示機(jī)油量；油量過少會(huì)導(dǎo)致機(jī)油壓力低，發(fā)動(dòng)機(jī)因得不到良好潤(rùn)滑而發(fā)生機(jī)械事故；油量過多會(huì)導(dǎo)致串油，發(fā)動(dòng)機(jī)冒藍(lán)煙，造成輸出功率下降；曲軸箱內(nèi)機(jī)油超出油尺上刻度會(huì)導(dǎo)致排氣管噴出機(jī)油。，添加路徑：發(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)溫器是保持發(fā)動(dòng)機(jī)水溫的一種裝置，當(dāng)氣溫達(dá)不到 3 時(shí)，節(jié)溫器打開，發(fā)動(dòng)機(jī)水套內(nèi)的水流向散熱器，散熱器開始散熱，以保持發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。/ 3.1.9 Link 電氣系統(tǒng)應(yīng)符合下列規(guī)定： Object/library modules 編輯框中，添加文件名JGJ462005 的規(guī)定，其中，當(dāng)單臺(tái)容量超過100kVA 以上步驟 1 100kVA 2 只需設(shè)置一次，而步驟的電力變壓器或發(fā)電機(jī)的工作

6、接地電阻值不應(yīng)大于10 C+ 編譯器如 Borland C+ builder ，設(shè)置大體相同，不再贅述。 3. 引擎 API 在供電系統(tǒng)設(shè)置電源隔離開關(guān)及短路、過載、漏電保護(hù)器是為了強(qiáng)調(diào)適應(yīng)施工用電工程的需要，應(yīng)符合施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范JGJ46在調(diào)用 Matlab 3.1.10 #include "enging.h" ，該文件包含了引擎空氣壓縮機(jī)及附屬設(shè)備 VC 中調(diào)用的引擎函數(shù)分別如下： 3.2.2 固定式空氣壓縮機(jī)，在工作中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和沖擊，因此，安裝時(shí)必須放置平穩(wěn)、固定良好；移動(dòng)式空氣壓縮機(jī)為防止電動(dòng)機(jī)絕緣損壞導(dǎo)致人員觸電，故采取拖車接地措施。3.3 低壓配

7、電系統(tǒng)3.3.1 符合施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范JGJ462005 第函數(shù)聲明： TNS 系統(tǒng)不被改變的補(bǔ)充規(guī)定，還應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)接地的型式及安全技術(shù)要求GB1405093。3.3.2 利用大地或動(dòng)力設(shè)備的金屬結(jié)構(gòu)體作相線或工作零線時(shí)，會(huì)使漏電設(shè)備的相零回路阻抗增大，短路電流不夠大，不能確保漏電設(shè)備的保護(hù)裝置迅速靈敏的動(dòng)作，增加了觸電的危險(xiǎn)；使施工現(xiàn)場(chǎng)的漏電保護(hù)器無法正常運(yùn)行，無法實(shí)行三級(jí)配電兩級(jí)漏電保護(hù)。3.3.3 Engine *engOpen(const char *startcmd; 3.3.4為了不因某一設(shè)備保護(hù)地線或保護(hù)零線接觸不良或斷線而使以下所有設(shè)備失去保護(hù)，故規(guī)定只

8、能并聯(lián)接地，不能串聯(lián)接地。3.3.5 根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范2005 NULL 。 JGJ46中定義的 engine 3.3.8 配電室（房）應(yīng)符合下列規(guī)定： EngClose 本條按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)低壓配電設(shè)計(jì)規(guī)范GB5005495 為避免配電室內(nèi)積水和雨水進(jìn)入室內(nèi)，影響設(shè)備的正常運(yùn)行，規(guī)定室內(nèi)地面排水坡度不應(yīng)小于0.5%，應(yīng)符合施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范JGJ462005的規(guī)定。int engClose(Engine *ep; 94 的規(guī)定，在保證安全的前提下，確定控制室、配電室的耐火等級(jí)，并要求配置一定的消防器材。 低壓配電系統(tǒng)的配電線路應(yīng)符合下列規(guī)定：函數(shù)返回值為 0 表示關(guān)

9、閉成功，返回 1 表示發(fā)生錯(cuò)誤。 保證電桿的埋設(shè)深度與采取卡盤等加固措施都是確保電桿性能穩(wěn)定，防止其傾斜、倒塌，以致影響供電可靠性或發(fā)生觸電事故；裝設(shè)變壓器的電桿，其埋設(shè)深度不宜小于2m / 關(guān)閉 Matlab 引擎的代碼如下： 不應(yīng)沿地面明設(shè)或沿腳手架等敷設(shè)，主要是防止電纜受機(jī)械損傷而使腳手架等設(shè)施帶電發(fā)生觸電事故，并能避免介質(zhì)腐蝕。結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和特點(diǎn)，考慮到施工現(xiàn)場(chǎng)電纜埋地時(shí)間短，負(fù)荷容量較小，適當(dāng)降低了埋設(shè)深度（0.70m）而作出的規(guī)定。3.3.10定義 Matlab 引擎指針。JGJ46if (!(ep=engOpen(NULL / 測(cè)試是否啟動(dòng)TN S 接零保護(hù)系統(tǒng)，不應(yīng)采用

10、TNC 系統(tǒng)，明確規(guī)定TNS 系統(tǒng)的形成方式和方法，專用保護(hù)零線的引出方式，應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)接地的型式及安全技術(shù)要求GB1405093 的規(guī)定。引擎。 在保護(hù)接零系統(tǒng)中，如果個(gè)別設(shè)備接地未接零，且該設(shè)備相線碰殼，則該設(shè)備及所有接零設(shè)備的外殼都會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)電壓；尤其是當(dāng)接地線或接零保護(hù)的兩個(gè)設(shè)備距離較近，一個(gè)人同時(shí)接觸這兩個(gè)設(shè)備時(shí)，其接觸電壓可達(dá) 220V 本條是根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)接地的型式及安全技術(shù)要求GB1405093規(guī)定的原則，對(duì)TN系統(tǒng)保護(hù)零線接地要求作出的規(guī)定；其中對(duì) engEvalString 應(yīng)符合民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范JGJ162008 的規(guī)定，其中，用作人工接地材料的最小規(guī)

11、格尺寸為：角鋼不應(yīng)小于4mm*25mm，鋼管壁厚不應(yīng)小于3.50mm，圓鋼直徑不應(yīng)小于10mm；不應(yīng)采用螺紋鋼的規(guī)定主要是因其難于與土壤緊密接觸、接地電阻不穩(wěn)定之故。應(yīng)符合施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范JGJ462005 的規(guī)定，其中綜合接地電阻值應(yīng)滿足現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)塔式起重機(jī)安全規(guī)程GB51442006 關(guān)于起重機(jī)接地電阻不應(yīng)大于4的要求。3.3.11、3.3.12 為函數(shù)由于臨時(shí)用電工程中的漏電保護(hù)器主要用于防止人體間接觸電危害，應(yīng)按照剩余電流動(dòng)作保護(hù)器的一般要求GB68291995 的要求，所選擇的漏電保護(hù)器應(yīng)是高速、高靈敏、電流動(dòng)作型產(chǎn)品；即設(shè)置于開關(guān)箱中的漏電保護(hù)器，一般場(chǎng)所其額定漏電動(dòng)

12、作電流不應(yīng)大于15mA，其結(jié)構(gòu)是符合外殼防護(hù)等級(jí)（函數(shù)返回值為 0 表示成功執(zhí)行，返回 1 說明執(zhí)行失?。ㄈ缑畈荒鼙?Matlab 正確解釋或根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全技術(shù)規(guī)范JGJ46 3.3 獲取 Matlab 命令窗口的輸出要在 VC 中獲得函數(shù)推土機(jī)：最大牽引力；Matlab 執(zhí)行后在 matlab 窗口中的輸出，可以調(diào)用 engOUtputBuffer 函數(shù)。 函數(shù)聲明：輪胎式裝載機(jī)：額定載重量；穩(wěn)定土拌和機(jī)：拌和寬度、最大拌深；瀝青混凝土攤鋪機(jī)：攤鋪寬度、攤鋪厚度；瀝青混凝土攪拌設(shè)備：額定生產(chǎn)能力。機(jī)械在使用中其主要工作性能應(yīng)達(dá)到使用說明書規(guī)定的技術(shù)參數(shù)。int engOutput

13、Buffer(Engine *ep, char *p, int n; 使用黏度不適宜、不潔、乳化的液壓油，會(huì)導(dǎo)致液壓元件磨損加速，提前老化，密封不良；故制定本條規(guī)定以保證液壓系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、靈敏、平穩(wěn)的傳遞液壓效果。4.1.10參數(shù) ep 為 Matlab 引擎指針， p 為用來保存輸出結(jié)構(gòu)的緩沖區(qū)， n 為最大保存的字符個(gè)數(shù)，通常就是緩沖區(qū) p 4.1.14 engEvalString 函數(shù)所引起的命令行輸出結(jié)果會(huì)在緩沖區(qū) p 中保存。如果要停止保存，只需調(diào)用代碼：4.2.6 3.4 讀寫 Matlab 數(shù)據(jù) 3.4.1 從 Matlab 引擎工作空間中獲取變量。 mxArray *eng

14、GetVariable(Engine *ep, const char *name; 參數(shù) ep 為打開的 Matlab 引擎指針， name 為以字符串形式指定的數(shù)組名。 函數(shù)返回值是指向 name 數(shù)組的指針，類型為 mxArray* （ mxArray 數(shù)據(jù)類型在本文第 4 節(jié)詳細(xì)簡(jiǎn)介）。 3.4.2 向 Matlab 引擎工作空間寫入變量。 int engPutVariable(Engine *ep, const char *name, const mxArray *mp; 參數(shù) ep 為打開的 Matlab 引擎指針， mp 為指向被寫入變量的指針， name 為變量寫入后在 Matl

15、ab 引擎工作空間中的變量名。 函數(shù)返回值為 0 表示寫入變量成功，返回值為 1 表示發(fā)生錯(cuò)誤。 3.5 調(diào)用引擎時(shí)顯示 / 隱藏 Matlab 主窗口 默認(rèn)情況下，以 engine 方式調(diào)用 Matlab 的時(shí)候，會(huì)打開 Matlab 主窗口，可在其中隨意操作。但有時(shí)也會(huì)干擾應(yīng)用程序的運(yùn)行，可用以下設(shè)置是否顯示該窗口。 int engSetVisible(Engine *ep, bool value; 參數(shù) ep 為打開的 Matlab 引擎指針， value 為是否顯示的標(biāo)志，取值 true （或 1 ）表示顯示 Matlab 窗口，取值 false （或 0 ）表示隱藏 Matlab 窗

16、口。 函數(shù)返回值為 0 表示設(shè)置成功，為 1 表示有錯(cuò)誤發(fā)生。 要獲得當(dāng)前 Matlab 窗口的顯示 / 隱藏情況，可以調(diào)用函數(shù)： int engGetVisible(Engine *ep, bool *value; 參數(shù) ep 為打開的 Matlab 引擎指針， Value 為用來保存顯示 / 隱藏情況的變量（采用指針方式傳遞）。 函數(shù)返回值為 0 表示獲取成功，為 1 表示有錯(cuò)誤發(fā)生。 4. 數(shù)據(jù)類型 mxArray 的操作 在上節(jié)的 Matlab 引擎函數(shù)中，所有與變量有關(guān)的數(shù)據(jù)類型都是 mxArray 類型。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) mxArray 以及大量的 mx 開頭的函數(shù)，廣泛用于 Matlab

17、 引擎程序和 Matlab C 數(shù)學(xué)庫(kù)中。 mxArray 是一種很復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，與 Matlab 中的 array 相對(duì)應(yīng)，我們只需熟悉 Matlab 的 array 類型和幾個(gè)常用的 mxArray 函數(shù)即可。 在 VC 中，所有和 Matlab 的數(shù)據(jù)交互都是通過 mxArray 來實(shí)現(xiàn)的，在使用 mxArray 類型的程序中，應(yīng)包含頭文件 matrix.h ，不過在引擎程序中，一般會(huì)包含頭文件 engine.h ，該文件里面已經(jīng)包含了 matrix.h ，因此無需重復(fù)包含。 4.1 創(chuàng)建和清除 mxArray 型數(shù)據(jù) Matlab 有很多種變量類型，對(duì)應(yīng)于每種類型，基本上都有一個(gè)函數(shù)

18、用于創(chuàng)建，但它們都有相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，就是 mxArray 。 數(shù)組的建立采用 mxCreatexxx 形式的函數(shù)，例如新建一個(gè) double 類型數(shù)組，可用函數(shù) mxCreateDoubleMatrix ，函數(shù)形式如下： mxArray *mxCreateDoubleMatrix(int m, int n, mxComplexity ComplexFlag; 參數(shù) m 和 n 為矩陣的函數(shù)和列數(shù)。 ComplexFlag 為常數(shù)，用來區(qū)分矩陣中元素是實(shí)數(shù)還是復(fù)數(shù)，取值分別為 mxREAL 和 mxCOMPLEX 。 例如，創(chuàng)建一個(gè) 3 行 5 列的二維實(shí)數(shù)數(shù)組，可用如下語句： mxArray

19、*T = mxCreateDoubleMatrix(3, 5, mxREAL; 對(duì)應(yīng)的，要?jiǎng)h除一個(gè)數(shù)組 mxDestroyArray ，該函數(shù)聲明如下： void mxDestroyArray(mxArray *array_ptr; 參數(shù) array_ptr 為要?jiǎng)h除的數(shù)組指針。 例如，要?jiǎng)h除上面創(chuàng)建的數(shù)組 T ，可用如下語句： mxDestroyArray(T; 類似的創(chuàng)建函數(shù)還有： mxArray *mxCreateString(const char *str; 創(chuàng)建一個(gè)字符串類型并初始化為 str 字符串。 一般的在 VC 與 Matlab 交互中，以上兩種類型就夠了，其它類型數(shù)組的創(chuàng)建

20、這里不再介紹。 4.2 管理 mxArray 數(shù)據(jù)類型 4.2.1 管理 mxArray 數(shù)據(jù)大小 要獲得 mxArray 數(shù)組每一維上元素的個(gè)數(shù)，可以用 mxGetM 和 mxGetN 函數(shù)。其中 mxGetM 用來獲得數(shù)組第一維的元素個(gè)數(shù)，對(duì)于矩陣來說就是行數(shù)。 int mxGetM(const mxArray *array_ptr; / 返回 array_ptr 對(duì)應(yīng)數(shù)組第一維的元素個(gè)數(shù)（行數(shù)） int mxGetN(const mxArray *array_ptr; / 返回 array_ptr 對(duì)應(yīng)數(shù)組其它維的元素個(gè)數(shù)，對(duì)于矩陣來說是列數(shù)。對(duì)于多維數(shù)組來說是從第 2 維到最后一維的各

21、維元素個(gè)數(shù)的乘積。 要獲得某一特定維的元素個(gè)數(shù)，則要用函數(shù)： const int *mxGetDimensions(const mxArray *array_ptr; 該函數(shù)返回 array_ptr 各維的元素個(gè)數(shù)保存在一個(gè) int 數(shù)組中返回。對(duì)于常用的矩陣來說，用 mxGetM 和 mxGetN 兩個(gè)函數(shù)就可以了。 另外還可以通過 mxGetNumberOfDimensions 來獲得數(shù)組的總的維數(shù)，用 mxSetM 、 mxSetN 設(shè)置矩陣的行數(shù)和列數(shù)，函數(shù)說明如下： int mxGetNumberOfDimensions(const mxArray *array_ptr; / 返回?cái)?shù)

22、組的維數(shù) void mxSetM(mxArray *array_ptr, int m; / 設(shè)置數(shù)組為 m 行 void mxSetN(mxArray *array_ptr, int n; / 設(shè)置數(shù)組為 n 列 4.2.2 判斷 mxArray 數(shù)組類型 在對(duì) mxArray 類型的變量進(jìn)行操作之前，可以驗(yàn)證以下其中的數(shù)組的數(shù)據(jù)類型，比如是否為 double 數(shù)組、整數(shù)、字符串、邏輯值等，以及是否為某種結(jié)構(gòu)、類、或者是特殊類型，比如是否為空數(shù)組，是否為 inf 、 NaN 等。常見的判斷函數(shù)有： bool mxIsDouble(const mxArray *array_ptr;bool mx

23、IsComplex(const mxArray *array_ptr;bool mxIsChar(const mxArray *array_ptr;bool mxIsEmpty(const mxArray *array_ptr;bool mxIsInf(double value; 這些函數(shù)比較簡(jiǎn)單，意義自明，不再解釋。 4.2.3 管理 mxArray 數(shù)組的數(shù)據(jù) 對(duì)于常用的 double 類型的數(shù)組，可以用 mxGetPr 和 mxGetPi 兩個(gè)函數(shù)分別獲得其實(shí)部和虛部的數(shù)據(jù)指針，這兩個(gè)函數(shù)的聲明如下： double *mxGetPr(const mxArray *array_ptr; /

24、 返回?cái)?shù)組 array_ptr 的實(shí)部指針 double *mxGetPi(const mxArray *array_ptr; / 返回?cái)?shù)組 array_ptr 的虛部指針 這樣，就可以通過獲得的指針對(duì) mxArray 類型的數(shù)組中的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作。例如可以用函數(shù) engGetVariable 從 Matlab 工作空間讀入 mxArray 類型的數(shù)組，然后用 mxGetPr 和 mxGetPi 獲得數(shù)據(jù)指針，對(duì)并其中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后調(diào)用 engPutVariable 函數(shù)將修改后的數(shù)組重新寫入到 Matlab 工作空間。具體實(shí)現(xiàn)見第 5 節(jié)程序?qū)嵗?5. 程序?qū)嵗?對(duì)大部分軟件研發(fā)人

25、員來說利用 VC 編程方便、高效，但是要顯示數(shù)據(jù)圖形就不那么容易了，這時(shí)候不防借助 Matlab 引擎輔助畫圖做數(shù)據(jù)分析。下面通過實(shí)例演示如何利用 VC 調(diào)用 Matlab 繪圖，程序的主要功能是在 VC 中對(duì)數(shù)組 x 計(jì)算函數(shù)值 y sin(x ±log(x ，然后調(diào)用 Matlab 繪制 y 對(duì) x 的圖形。 在 VC 中新建工程，編寫代碼如下： #include #include #include "engine.h"using namespace std;void main( const int N = 50; double xN,yN; int j =

26、1; for (int i=0; i 計(jì)算數(shù)組 x 和 y xi = (i+1; yi = sin(xi + j * log(xi; / 產(chǎn)生之間的隨機(jī)數(shù)賦給 xxi; j *= -1; Engine *ep; / 定義 Matlab 引擎指針。 if (!(ep=engOpen(NULL / 測(cè)試是否啟動(dòng) Matlab 引擎成功。 cout <<"Can't start Matlab engine!" < exit(1; / 定義 mxArray ，為行， N 列的實(shí)數(shù)數(shù)組。 mxArray *xx = mxCreateDoubleMatrix(1,N, mxREAL; mxArray *yy = mxCreateDoubleMatrix(1,N, mxREAL; / 同上。 memcpy(mxGetPr(xx, x, N*sizeof(double; / 將數(shù)組 x 復(fù)制到 mxa