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【转】C++Builder与Matlab混合编程的实现

已有 2199 次阅读| 2008-6-18 13:55 |个人分类:技术文章

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---- 在C++Builder中调用Matlab工具箱函数，有两种实现方式。一种是基于Matlab环境支持，通过必要的设置实现；笔者在本刊上曾撰文对这种方式进行了专门的阐述。另一种则是完全脱离Matlab环境，通过动态连接库方式实现对Matlab工具箱函数的调用，这可以通过一种开发平台 Mediva来实现。相对来说，前者的限制因素较多，而后者则较为方便灵活。

一、Mediva软件平台

---- Mediva是Mathtools公司推出的一种Matlab编译开发软件平台，提供对Matlab程序文件（M文件）的解释执行和开发环境支持。该软件有为Borland C++、Visual Basic和Dephi等编程语言开发的不同版本，目前其版本已经到了4.5版。软件大小仅6.5M，可以通过访问其站点 www.mathtools.com免费下载试用一个月。 Mediva软件平台本身的功能相当强大，提供近千个Matlab的基本功能函数，通过必要的设置，就可以直接实现与C++的混合编程，而不必再依赖 Matlab；同时，Mediva还提供编译转换功能，能够将Matlab函数或编写的Matlab程序转换为C++形式的DLL，从而实现脱离 Matlab环境对Matlab函数和过程的有效调用，这样就有可能实现对Matlab强大的工具箱函数的利用。

---- Mediva的缺点是C++与Matlab混合编写的应用软件必须携带必要的DLL，从而增大了软件的体积（约4M），同时也不能对所有的Matlab函数提供支持，例如采用类库进行设计的部分函数。但尽管如此，对于控制系统计算机设计、分析的工作来说，Mediva仍不失为一个好的工具。

---- 由于利用Mediva将Matlab工具箱函数转换成DLL的内容较多，限于篇幅本文在此仅给出对Matlab函数直接调用的实现，而将另撰文阐述DLL的实现。

二、C++Builder直接调用Matlab函数

---- 本文假设已经安装了Mediva软件或已经得到必要的两个动态连接库mdv4300.dll和ago4300.dll。

---- Mediva提供的近千个Matlab基本功能函数，都可以在C++Builder中直接调用。这些函数包括基本的操作、命令、I/O、线性代数、位图、控制等，基本上可以满足我们的一般需要。当然其最大的优点就是可以直接在C++Buider中直接调用而不必考虑安装庞大的Matlab。

---- 其实现方式和步骤如下：

---- 1．Lib文件的生成

---- 在Dos下用C++Builder中的Implib.exe，通过如下命令生成mdv4300.lib: implib mdv4300.lib mdv4300.dll

---- 将上述两个DLL文件和此Lib文件拷贝到当前目录下。

---- 2．实现与Matlab的混合编程

---- Matlab.h包含了Mediva中所有类型、常量、函数的说明和定义，必须将此头文件放于程序的第一行。Mediva给出的Matlab函数形式并不特殊，如绘线函数Plot，在Mediva中说明为：Mm DLLI plot(cMm varargin)；varargin与Matlab 中的意义是一样的，与输入变量的个数相对应。所有可以直接使用的函数都在Matlib.h头文件中定义，而在mdv4300.dll中实现。

---- 但在C++Builder中使用Mediva提供的Matlab函数的格式，与Matlab编程稍有不同，这主要体现在C++中必须进行必要的说明上。例如我们要用绘线函数Plot来绘制数组x[100]的红色图线。在Matlab中调用为Plot(x,'r')；在C++中调用则为：Plot(CL (x),TM("r"))，其中CL是一个关键字，是多变量输入时所必须使用的，用以指明调用的变量；而TM则指明，这是一个字符。

---- 下面我们给出一个示例程序，其功能是对一个1024点的输入数组进行FFT 变换，并绘制变换后频谱实部的火柴杆图，最后将原数据和变换后的数据写入数据文件中。

#include "matlib.h"
//必须包含的头文件
#include
#pragma hdrstop

#include "TryMatcomU.h"
#pragma package(smart_init)
#pragma resource "*.dfm"
TForm1 *Form1;
__fastcall TForm1::TForm1(TComponent* Owner)
: TForm(Owner)
{
}
void __fastcall TForm1::Button1Click(TObject *Sender)
{
int k=0;
initM(MATCOM_VERSION); //必须进行的初始化
Mm cur1,cur2; //定义变量
cur1=zeros(128); cur2=zeros(128); //变量初始化

for (k=1;k<=128;k++) cur1.r(k)="randM();" //生成一个随机数列 figure(1); plot(cur1);//图形显示该数列 cur2="fft(cur1,128);" //做128点fft变换 figure(2); //绘制fft变换后实部的火柴杆图，注意此处多变量输入的格式 stem((CL(cur1),real(cur2),TM("r"))); fid="fopen(filename,mode,format)" opens exitM(); //退出调用 }
---- 如果完全使用C++来实现本程序的工作，其代码将超过300行！由此可以看出，C++Builder与Matlab函数的混合编程可以给我们带来多么大的方便！

---- 3．变量内部状态/数据的观察方法

---- Mediva使用的所有变量均定义为Mm类型。如果在C++Builder中观察Mm类型变量的内部状态/数据，要稍麻烦一些。但在调试程序时，这又是不可避免的一步，这里举例给出变量观察的方法。

---- 例如对上面生成的cur2数列进行观察，
---- *cur2.pr 0.1892 cur2(1)的实部
---- *cur2.pi 0.0013 cur2(1)的虚部

三、C++Builder调用Matlab工具箱函数转换后的DLL

---- 1．Matlab函数向DLL的转化

---- Mediva软件提供了将Matlab函数转换为DLL的功能，非常方便。但需要注意的是：

---- 1.Matlab5.0以上版本，所有带有tf类的函数均无法转换；

---- 2.Matlab4.2以下版本，多数函数能够转换，但转换后大多不能直接使用，而必须加以处理。

---- MATCOM V4.3中把含有输入参数的M文件转换成DLL时,生成的DLL无法调用.以.M为例,

---- function [x1,x2]=flower(x3)

---- MATCOM生成的FLOWER.CPP和FLOWER.H中声明为:

Mm flower(Mm x3, i_o_t, Mm& x1__o, Mm& x2__o) {
begin_scope
x3.setname("x3");
...
}

Mm flower(Mm x3);
Mm flower(Mm x3, i_o_t, Mm& x1__o, Mm& x2__o);
而生成的G_FLOWER.CPP声明为:

---- void DLLX _stdcall flower_1_1(Mm** in01, Mm **out01)

---- void DLLX _stdcall flower_1_2(Mm** in01, Mm **out01, Mm **out02)

---- 其中对于in01的说明是不正确的.应按如下修改。然后，按如下MAKE文件进行编译。

#
# MATCOM makefile
#

all: flower.dll

g_flower.obj: g_flower.cpp
bcc32 -c -Id:\matcom43\ -WD -Id:
\matcom43\lib -H=matlib.csm -a4
-5 -eg_flower.obj g_flower.cpp

flower.dll: flower.obj g_flower.obj
bcc32 -Ld:\matcom43\ -WD -Id:
\matcom43\lib -H=matlib.csm -a4 -5 -eflower.dll
@flower.rsp d:\matcom43\lib\mdv4300b.lib

---- 在CPP中调用这个函数之前，一定要先给in01分配空间。

#include "matlib.h"
#pragma hdrstop

#include "flower.h"

#define WIN32_LEAN_AND_MEAN
#include
#include "matlib.h"
#pragma hdrstop

extern "C" {
void DLLX _stdcall flower_1_1(Mm in01, Mm **out01) {
*out01=new Mm();
//*in01=new Mm();
**out01=flower(in01);
exitM();
}

void DLLX _stdcall flower_1_2(Mm in01, Mm **out01, Mm **out02) {
*out01=new Mm(); *out02=new Mm();
//*in01=new Mm();
flower(in01, i_o , **out01, **out02);
exitM();
}