VC++与Matlab混合编程的快速实现

VC++与Matlab混合编程的快速实现刘建伟吉林大学朝阳校区电子科学与工程学院电子信息工程系（长春130026）摘要：许多工程软件需要用到复杂的数学算法。VC++能够形成各种用户界面，并可以直接与系统及底层硬件交换数据。因此研究VC++和Matlab的混合编程具有很大的实际意义。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。关键词：MatlabVC++MCCComplier动态链接库DLLMatlab作为当今世界上应用最为广泛的数学软件，具有非常强大的数值计算、数据分析处理、系统分析、图形显示甚至符号运算的功能。已经在如生物工程，图像处理，语音处理，雷达探空，声纳探水，地震探地，以及控制论，系统论等各个领域得到广泛的应用。它是一个完整的数学平台，在这个平台上，用户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计算、图像处理的效率。但是Matlab强大的功能只能在它所提供的平台上才能使用，即用户必须在安装Matlab系统的机器上才能执行*.m文件。这样当用户需要将在Matlab下已开发完毕的复杂算法应用到高级语言开发环境下时就带来了问题，是将现成的东西集成高级语言开发的程序中呢？还是用高级语言再重新实现一遍？显然大家所期望的是减少工作量，最好能将Matlab下开发好的程序或函数直接应用到高级语言开发的程序中，这就是Matlab与高级语言的混合编程问题。VC＋＋是当前Windows下的主要编程语言之一，它能方便地形成应用软件中所需要的各种用户界面和工具并直接与系统及底层硬件交换数据。用VC++开发的系统具有容易维护升级、界面友好、代码效率高、执行速度快等一系列优点，因此已成为目前应用软件开发中广泛采用的主要工具之一因此，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VisualC++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Matlabengine调用Matlab函数；（3）在C/C++程序中直接使用MatlabC/C++MathLibrary；(4)将.m文件编译成*.dll文件嵌入到VC++的程序中。基于实用性、易用性的考虑，本文主要讨论第四种方法。另外随着Matlab版本的升级，原来的mathlibrary已经并入了Compiler之中，是否是mathworks比较推崇DLL的方式呢？本文通过一个简单的例子来说明Matlab和VC++混编的具体过程（环境为Matlab6.5&VC++6.0）。1Matlab编译环境的设置为了能够使用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CommandWindow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MicrosoftVisualC++.过程如下mbuild-setupPleasechooseyourcompilerforbuildingstandaloneMATLABapplications:Wouldyoulikembuildtolocateinstalledcompilers[y]/n?Selectacompiler:[1]LccCversion2.4inD:\MATLAB6P5\sys\lcc[2]MicrosoftVisualC/C++version7.0inC:\ProgramFiles\MicrosoftVisualStudio.NET[3]MicrosoftVisualC/C++version6.0inD:\MicrosoftVisualStudio[0]NoneCompiler:3Pleaseverifyyourchoices:Compiler:MicrosoftVisualC/C++6.0Location:D:\MicrosoftVisualStudioArethesecorrect?([y]/n):然后,在CommandWindow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。如有疑问，可以参阅Matlab的帮助MatlabCompiler\GettingStarted\Installationandconfiguration一节。2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MatlabProjectWizard，并且在接下来的Step1中的VisualMatlabApplicationType选择SharedM-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。关于mcc有很多参数可以使用，而且有多种用法，具体的可以参见Matlab的帮助。这里我们使用命令mcc–Bcsglsharedlib:youlibnamefunction1funcion2…来创建我们所需要的动态链接库DLL文件。其中参数-B表示使用的是BundleFiles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。functiony=myfun(timeend)t=0:0.001:timeend;y=sin(2*pi*50*t);plot(y);然后使用命令mcc-Bcsglsharedlib:mylibmyfun生成动态链接库DLL。Matlab会生成一系列文件，其中mylib.hmylib.libmylib.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。3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Showdirectorisfor:中选择Includefiles，添加如下两个目录：Matlab\extern\include\Matlab\extern\include\cpp在Showdirectorisfor:中选择Libraryfiles，添加如下两个目录：Matlab\extern\lib\win32Matlab\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CodeGeneration，在Userun-timelibrary中选择MultithreadedDLL。在Category中选择PrecompiledHeaders,选择Automaticuseofprecompiledheaders,并且在Throughheader下面添加stdafx.h。在Category中选择Preprocessor，在preprocessordefinitions中添加MSVC,MSWIND,IBMPC.在VC++IDE中选择Project-Settings-Link在Categories中选择Input，在Ignorelibraries:中填入：msvcrt.lib。（3）为工程添加相应的文件把刚才生成的mylib.hmylib.dllmylib.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addfilestoproject…添加的工程中。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ExternalInterfaces/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\ExternalInterfaces/APIReference\CMX-Functionsx小节。还有一个需要注意的问题就是原来的函数名myfun变成了mlfMyfun。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()；doublex=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();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