C＋＋Builder與Matlab混合編程

長沙　張云洲

　　在C＋＋Builder中調用Matlab工具箱函數，有兩種實現方式。一種是基于Matlab環境支持，通過必要的設置實現，筆者在本刊上曾撰文對這種方式進行了專門的闡述。另一種則是完全脫離Matlab環境，通過動態連接庫方式實現對Matlab工具箱函數的調用，這可以通過一種開發平臺Mediva來實現。相對來說，前者的限制因素較多，而后者則較為方便靈活。

一、 Mediva軟件平臺

　　Mediva是Mathtools公司推出的一種Matlab編譯開發軟件平臺，提供對Matlab程序文件（M文件）的解釋執行和開發環境支持。該軟件有為Borland C＋＋、Visual Basic和Dephi等編程語言開發的不同版本，目前其版本已經到了4.5版，軟件大小僅6.5M，可以通過訪問其站點www.mathtools.com免費下載試用一個月。

　　Mediva軟件平臺本身的功能相當強大，提供近千個 Matlab的基本功能函數，通過必要的設置，就可以直接實現與C＋＋的混合編程，而不必再依賴Matlab；同時，Mediva還提供編譯轉換功能，能夠將Matlab函數或編寫的Matlab 程序轉換為C＋＋形式的DLL，從而實現脫離Matlab環境對Matlab函數和過程的有效調用，這樣就有可能實現對Matlab強大的工具箱函數的利用。

　　Mediva的缺點是C＋＋與Matlab混合編寫的應用軟件必須攜帶必要的DLL，從而增大了軟件的體積（約4M），同時也不能對所有的Matlab 函數提供支持，例如采用類庫進行設計的部分函數。但盡管如此，對于控制系統計算機設計、分析的工作來說，Mediva仍不失為一個好的工具。

二、 C＋＋Builder直接調用Matlab函數

　　本文假設已經安裝了Mediva軟件或已經得到必要的兩個動態連接庫mdv4300.dll和ago4300.dll。

　　Mediva提供的近千個Matlab基本功能函數，都可以在C＋＋Builder中直接調用。這些函數包括基本的操作、命令、I/O、線性代數、位圖、控制等，基本上可以滿足我們的一般需要。當然其最大的優點就是可以直接在C＋＋ Buider中直接調用而不必考慮安裝龐大的Matlab。

　　其實現方式和步驟如下：

　　1． Lib文件的生成 在Dos下用C＋＋Builder中的Implib.exe，通過如下命令生成mdv4300.lib:

　　implib mdv4300.lib mdv4300.dll

　　將上述兩個DLL文件和此Lib文件拷貝到當前目錄下。

　　2．實現與Matlab的混合編程

　　Matlab.h包含了Mediva中所有類型、常量、函數的說明和定義，必須將此頭文件放于程序的第一行。Mediva給出的Matlab函數形式并不特殊，如繪線函數Plot，在Mediva中說明為：Mm DLLI plot(cMm varargin)；varargin與Matlab 中的意義是一樣的，與輸入變量的個數相對應。所有可以直接使用的函數都在Matlib.h頭文件中定義，而在mdv4300.dll中實現。

　　但在C＋＋Builder中使用Mediva提供的Matlab函數的格式，與Matlab編程稍有不同，這主要體現在C＋＋中必須進行必要的說明上。例如我們要用繪線函數Plot來繪制數組x[100]的紅色圖線。在Matlab中調用為Plot(x,‘r')；在 C＋＋中調用則為：Plot(CL(x),TM(“r"))，其中CL是一個關鍵字，是多變量輸入時所必須使用的，用以指明調用的變量；而TM則指明，這是一個字符。

　　下面我們給出一個示例程序，其功能是對一個1024 點的輸入數組進行FFT變換，并繪制變換后頻譜實部的火柴桿圖，最后將原數據和變換后的數據寫入數據文件中。

＃include“matlib.h" //必須包含的頭文件 ＃include <vcl.h> ＃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); //必須 進行的初始化 Mm cur1,cur2; //定義變量 cur1=zeros(128); cur2=zeros(128); //變量初始化 for (k=1;k<=128;k＋＋) cur1.r(k)=randM(); //生成一個隨機數列 figure(1); plot(cur1); //圖形顯示該數列 cur2=fft(cur1,128); //做128點fft變換 figure(2); //繪制fft變換后實部的火柴桿圖，注意此處多變量輸入的格式 stem((CL(cur1),real(cur2),TM(“r"))); fid=fopen(filename,mode,format) opens exitM(); //退出調用 }

　　如果完全使用C＋＋來實現本程序的工作，其代碼將超過300行！由此可以看出，C＋＋Builder與Matlab函數的混合編程可以給我們帶來多么大的方便！

　　3．變量內部狀態/數據的觀察方法

　　Mediva使用的所有變量均定義為Mm類型。如果在C ＋＋Builder中觀察Mm類型變量的內部狀態/數據，要稍麻煩一些，但在調試程序時，這又是不可避免的一步，這里舉例給出變量觀察的方法。

　　例如對上面生成的cur2數列進行觀察：

＊cur2.pr 0.1892 cur2(1)的實部 ＊cur2.pi 0.0013 cur2(1)的虛部 三、 C＋＋Builder調用Matlab工具箱函數轉換后的DLL

　　1． Matlab函數向DLL的轉化

　　Mediva軟件提供了將Matlab函數轉換為DLL的功能，非常方便。但需要注意的是： Matlab5.0以上版本，所有帶有tf類的函數均無法轉換； Matlab4.2以下版本，多數函數能夠轉換，但轉換后大多不能直接使用，而必須加以處理。

　　MATCOM V4.3中把含有輸入參數的M文件轉換成 DLL時,生成的DLL無法調用。以.M為例：

　function [x1,x2]=flower(x3)

　　MATCOM生成的FLOWER.CPP和FLOWER.H中聲明為:

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聲明為:

void DLLX _stdcall flower_1_1(Mm＊＊ in01, Mm＊＊out01) void DLLX _stdcall flower_1_2 (Mm＊＊ in01, Mm＊＊out01, Mm＊＊out02)

　　其中對于in01的說明是不正確的，應按如下修改，然后，按如下MAKE文件進行編譯。

＃ ＃ MATCOM makefile ＃ all: flower.dll g_flower.obj: g_flower.cpp bclearcase/" target="_blank" >cc32－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中調用這個函數之前，一定要先給in01分配空間。

＃include“matlib.h" ＃pragma hdrstop ＃include“flower.h" ＃define WIN32_LEAN_AND_MEAN ＃include <windows.h> ＃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(); }

原文轉自：http://www.kjueaiud.com