第13章 MATLAB外部程序接口技術(shù)

第13章MATLAB外部程序接口技術(shù)13.1MATLAB與Office軟件的混合使用13.2MATLAB數(shù)據(jù)接口13.3MATLAB與其他語(yǔ)言的接口13.1MATLAB與Office軟件的混合使用為了在Word環(huán)境下調(diào)用MATLAB的計(jì)算功能，需要調(diào)用MATLAB的Notebook軟件工具，它為Word提供M-Book.dot模板。利用該模板創(chuàng)建的Word文檔通常稱為M-Book文檔。1．Notebook的安裝與啟動(dòng)>>notebook-setup13.1.1在Word中使用MATLAB2．Notebook菜單項(xiàng)M-Book模板定義了Word與MATLAB進(jìn)行通信的宏指令、文檔樣式和工具欄。3．單元的使用在MATLABNotebook中，凡是在Word與MATLAB之間進(jìn)行傳遞的內(nèi)容稱為單元（cell），它是Notebook與MATLAB交互的基本單位。（1）輸入輸出單元定義輸入單元的方法輸入單元執(zhí)行后產(chǎn)生藍(lán)色的輸出單元。（2）自動(dòng)初始化單元（3）單元組4．計(jì)算區(qū)計(jì)算區(qū)（calczone）是一個(gè)由普通Word文本、輸入單元和輸出單元組成的連續(xù)區(qū)，用于描述某個(gè)具體的作業(yè)或問題。在計(jì)算區(qū)里，用戶可以根據(jù)描述問題的需要，安排段落、標(biāo)題、分欄，而不受計(jì)算區(qū)外的有關(guān)格式的約束。定義計(jì)算區(qū)的方法13.1.2在Excel中使用MATLAB通過SpreadsheetLink，可以在Excel工作區(qū)和MATLAB工作空間之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，也可以使用插件方式在Excel中調(diào)用MATLAB的算法。1．SpreadsheetLink的安裝與啟動(dòng)2．SpreadsheetLink的操作（1）將Excel表格中的數(shù)據(jù)導(dǎo)出到MATLAB工作空間中（2）從MATLAB工作空間導(dǎo)入數(shù)據(jù)到Excel表格中（3）調(diào)用MATLAB函數(shù)進(jìn)行運(yùn)算13.2MATLAB數(shù)據(jù)接口MATLAB提供多種方法支持將磁盤文件和剪貼板中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到MATLAB的工作區(qū)，最簡(jiǎn)單的辦法是使用數(shù)據(jù)導(dǎo)入向?qū)В赏ㄟ^在“主頁(yè)”選項(xiàng)卡“變量”命令組中選擇“導(dǎo)入數(shù)據(jù)”命令按鈕或在命令行窗口執(zhí)行uiimport命令來(lái)激活它），而在M文件中則可以使用MATLAB文件操作函數(shù)。13.2.1文件操作1．文件打開與關(guān)閉（1）fopen函數(shù)fid=fopen(filename,permission)r 以讀方式打開一個(gè)文件。w

以寫方式打開一個(gè)文件。a 打開一個(gè)文件，隨后的操作可在該文件末尾添加數(shù)據(jù)r+ 以讀和寫方式打開一個(gè)文件fopen默認(rèn)打開二進(jìn)制文件，如果打開的是文本文件，則需在上述允許方式后加t，如rt、wt等。例如：F1=fopen('old.txt','rt')F2=fopen('new.dat','r+')（2）fclose函數(shù)fclose函數(shù)用于關(guān)閉已打開的文件，其調(diào)用格式為：status=fclose(fid)2．文件的讀寫（1）fscanf函數(shù)fscanf函數(shù)用于讀取文本文件的內(nèi)容，并按指定格式存入矩陣，其調(diào)用格式為：[A,count]=fscanf(fid,fmt,size)例如：x=fscanf(fid,'%5d',100);y=fscanf(fid,'%5d',[10,10]);（2）fprintf函數(shù)fprintf函數(shù)可以將數(shù)據(jù)按指定格式寫入到文本文件中，其調(diào)用格式為：count=fprintf(fid,fmt,A)例13-1計(jì)算當(dāng)x=[0.0，0.1，0.2，…，1.0]時(shí)，f(x)=ex的值，并將結(jié)果寫入文件demo1.txt。程序如下：x=0:0.1:1;Y=[x;exp(x)];fid=fopen('demo1.txt','w');fprintf(fid,'%6.2f%12.8f\n',Y);fclose(fid);（3）fgetl與fgets函數(shù)除上述對(duì)文本文件進(jìn)行讀寫操作的函數(shù)外，讀取文本文件的函數(shù)還有fgetl和fgets，它們按行讀取數(shù)據(jù)，其調(diào)用格式為：line=fgetl(fid)line=fgets(fid，nchar)例13-2讀出例13-1生成的文件demo1.txt中的數(shù)據(jù)。fid=fopen('demo1.txt','r');while1line=fgetl(fid);ifline<0breakenddisp(line)endfclose(fid);（4）textscan函數(shù)如果一個(gè)文件中的數(shù)據(jù)全部由ASCII字符組成，且數(shù)據(jù)間有間隔符（如空格、逗號(hào)、分號(hào)、制表位），則文件稱為有格式文件。有格式文件可以使用文本輸入函數(shù)textscan讀取數(shù)據(jù)，函數(shù)調(diào)用格式為：C=textscan(fid,fmt,N,param,value)例13-3假定文件textdemo.txt中有以下格式的數(shù)據(jù)：NameEnglishChineseMathmaticsWang 9998100Li 988970Zhang 809097Zhao 776587從該文件中將前3個(gè)數(shù)據(jù)讀入到grades的程序段如下：fid=fopen('textdemo.txt','r');grades=textscan(fid,'%s%d%d%d',3,'headerlines',1);（5）fread函數(shù)該函數(shù)從文件中讀入二進(jìn)制數(shù)據(jù)，其調(diào)用格式為：[A,count]=fread(fid,size,precision,skip)例13-4假設(shè)文件alphabet.txt的內(nèi)容是按順序排列的26個(gè)大寫英文字母，讀取前5個(gè)字母的ASCII和這5個(gè)字符。程序如下：fid=fopen('alphabet.txt','r');c=fread(fid,5);frewind(fid);d=fread(fid,5,'*char');fclose(fid);（6）fwrite函數(shù)fwrite函數(shù)按照指定的數(shù)據(jù)類型將矩陣中的元素寫入到文件中，其調(diào)用格式為：count=fwrite(fid,A,precision)例13-5建立一數(shù)據(jù)文件magic5.dat，用于存放5階魔方陣。程序如下：fid=fopen('magic5.dat','w');cnt=fwrite(fid,magic(5),'int32');fclose(fid);3．?dāng)?shù)據(jù)文件定位（1）fseek函數(shù)該函數(shù)用于定位文件位置指針，其調(diào)用格式為：status=fseek(fid,offset,origin)例如：fseek(fid,0,-1) %指針指向文件頭fseek(fid,-5,'eof') %指針指向文件尾前第5個(gè)字節(jié)（2）ftell函數(shù)該函數(shù)用來(lái)查詢文件指針的當(dāng)前位置，其調(diào)用格式為：position=ftell(fid)ftell函數(shù)的返回值為從文件頭到指針當(dāng)前位置的字節(jié)數(shù)。若返回值為-1，表示獲取文件當(dāng)前位置失敗。例13-6下列程序執(zhí)行后，變量four、position和three的值是多少？a=1:5;fid=fopen('fdat.bin','w');fwrite(fid,a,'int16');fclose(fid);fid=fopen('fdat.bin','r');status=fseek(fid,6,'bof');four=fread(fid,1,'int16');position=ftell(fid);status=fseek(fid,-4,'cof');three=fread(fid,1,'int16');status=fclose(fid);（3）feof函數(shù)該函數(shù)用來(lái)判斷當(dāng)前的文件位置指針是否到達(dá)文件尾部：status=feof(fid)當(dāng)?shù)竭_(dá)文件結(jié)束位置時(shí)，測(cè)試結(jié)果為1，否則返回0。（4）ferror函數(shù)用來(lái)查詢最近一次輸入或輸出操作中的出錯(cuò)信息：message=ferror(fid)13.2.2MAT文件與應(yīng)用1．MAT文件save命令可以將MATLAB系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)保存為MAT文件，而load命令可以將磁盤上的MAT文件中的數(shù)據(jù)讀入到MATLAB系統(tǒng)中。MATLAB提供的用于操作MAT文件的API函數(shù)封裝于兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)文件中：libmat.lib和libmx.lib。前者用于對(duì)MAT文件的操作，后者用于對(duì)MAT文件中矩陣的操作2．C語(yǔ)言MAT函數(shù)用于在C程序中對(duì)MAT文件進(jìn)行操作。3．MAT文件的基本操作在C程序中，通過指向MAT文件的指針對(duì)文件進(jìn)行操作，定義指向MAT文件的指針的格式為：MATFile*mfp;（1）打開MAT文件mfp=matOpen(filename,mode)（2）讀寫MAT文件①

向MAT文件中寫入一個(gè)矩陣。matPutVariable(mfp,name,mp)matPutArrayAsGlobal(mfp,mp)②

獲取MAT文件中的變量列表。matGetDir(mfp,num)③

從MAT文件中讀取一個(gè)矩陣。matGetVariable(mfp,name)（3）關(guān)閉MAT文件。matClose(mfp)4．mx函數(shù)在C程序中，使用MATLAB數(shù)據(jù)時(shí)還用到MATLAB提供的接口函數(shù)中的mx函數(shù)，以完成對(duì)mxArray對(duì)象的操作。MATLAB的矩陣運(yùn)算是以mxArray結(jié)構(gòu)體（C++中是mwArray類）為核心構(gòu)建的。5．MAT文件操作舉例例13-7創(chuàng)建對(duì)MAT文件進(jìn)行操作的C程序。編譯生成應(yīng)用程序的兩種方法。（1）利用MicrosoftVisualStudio2010集成環(huán)境（2）利用MATLAB編譯器13.3MATLAB與其他語(yǔ)言的接口MEX（MATLABexecutable）動(dòng)態(tài)鏈接函數(shù)接口是MATLAB調(diào)用其他語(yǔ)言程序的接口，通過mex命令將C、C++等語(yǔ)言編寫的函數(shù)編譯成動(dòng)態(tài)鏈接程序，使之成為MATLAB的一個(gè)擴(kuò)展函數(shù)。13.3.1MEX文件1．MEX函數(shù)MEX函數(shù)用于從MATLAB環(huán)境中獲取必要的矩陣數(shù)據(jù)和相應(yīng)信息。所有MEX函數(shù)均在MATLAB的子文件夾extern\include中的頭文件mex.h得到聲明。2．MEX文件的建立C語(yǔ)言的MEX文件的源程序由如下兩個(gè)部分組成。（1）入口子程序（mexFunction）voidmexFunction(intnlhs,mxArray*plhs[],intnrhs,constmxArray*prhs[]){…}（2）計(jì)算子程序（computationalroutine）包含所有完成計(jì)算功能的程序代碼，由入口子程序調(diào)用。例13-8編寫求兩個(gè)數(shù)的最小公倍數(shù)的C語(yǔ)言MEX文件。3．MEX文件的編譯MEX文件的編譯需要具備兩個(gè)條件：一是要求已經(jīng)安裝MATLAB應(yīng)用程序接口組件及其相應(yīng)的工具，另一個(gè)是要求有合適的C語(yǔ)言編譯器。MEX文件的編譯使用mex命令，如果第一次使用，需要配置mex采用什么編譯器。>>mex–setup編譯上述MEX文件，在MATLAB命令行窗口下輸入命令：>>mexc_mex.c13.3.2MATLAB引擎MATLAB引擎（engine）是用于和外部程序結(jié)合使用的一組函數(shù)和程序庫(kù)，在C語(yǔ)言程序中利用MATLAB引擎來(lái)調(diào)用MATLAB中的函數(shù)。1．MATLAB引擎函數(shù)2．MATLAB引擎的使用首先需要將mxArray轉(zhuǎn)換成MATLAB中可操作的形式。①將mxArray轉(zhuǎn)換成MATLAB可理解的形式。一是用函數(shù)mxCreate來(lái)創(chuàng)建矩陣，然后用mxSetName