VC与Matlab混合编程之引擎操作详解

1、Visual C+ 是当前主流的应用程序开发环境之一，开发环境强大，开发的程序执行速度快。但在科学计算方面函数库显得不够丰富、读取、显示数据图形不方便。 Matlab 是一款将数值分析、矩阵计算、信号处理和图形显示结合在一起，包含大量高度集成的函数可供调用，适合科学研究、工程设计等众多学科领域使用的一种简洁、高效的编程工具。不过由于 Matlab 使用的是解释性语言，大大限制了它的执行速度和应用场合。基于 VC 和 Matlab 混合编程是很多熟悉 VC+ 编程而又需要进行科学计算、数据仿真的科研人员常用的一种方式，其中最简单也最直接的方法就是调用 Matlab 引擎。本文以下部分将详细介绍通

2、过 VC+6.0 调用 Matlab6.5 引擎来达到 VC+ 与 Matlab 数据共享编程的方法。 1. 什么是 Matlab 引擎 所谓 Matlab 引擎（ engine ），是指一组 Matlab 提供的接口函数，支持 C/C+ 、 Fortran 等语言，通过这些接口函数，用户可以在其它编程环境中实现对 Matlab 的控制。可以主要功能有： 打开 / 关闭一个 Matlab 对话； 向 Matlab 环境发送命令字符串； 从 Matlab 环境中读取数据； 向 Matlab 环境中写入数据。 与其它各种接口相比，引擎所提供的 Matlab 功能支持是最全面的。通过引擎方式，应用程

3、序会打开一个新的 Matlab 进程，可以控制它完成任何计算和绘图操作。对所有的数据结构提供 100% 的支持。同时，引擎方式打开的 Matlab 进程会在任务栏显示自己的图标，打开该窗口，可以观察主程序通过 engine 方式控制 Matlab 运行的流程，并可在其中输入任何 Matlab 命令。 实际上，通过引擎方式建立的对话，是将 Matlab 以 ActiveX 控件方式启动的。在 Matlab 初次安装时，会自动执行一次： matlab /regserver将自己在系统的控件库中注册。如果因为特殊原因，无法打开 Matlab 引擎，可以在 Dos 命令提示符后执行上述命令，重新注册。

4、 2. 配置编译器 要在 VC 中成功编译 Matlab 引擎程序，必须包含引擎头文件 engine.h 并引入 Matlab 对应的库文件 libmx.lib 、 libmat.lib 、 libeng.lib 。具体的说，打开一个工程后，做如下设置（以 VC6 为例）： 1 通过菜单工程 / 选项，打开设置属性页，进入 Directories 页面，在目录下拉列表框中选择 Include files ，添加路径： "C:matlabexterninclude" （假定 matlab 安装在 C:matlab 目录）。3.1.7 柴油机应符合下列规定：选择每日例保时，司机

5、应检查机油尺所示机油量；油量过少会导致机油压力低，发动机因得不到良好润滑而发生机械事故；油量过多会导致串油，发动机冒蓝烟，造成输出功率下降；曲轴箱内机油超出油尺上刻度会导致排气管喷出机油。，添加路径：发动机的节温器是保持发动机水温的一种装置，当气温达不到 3 时，节温器打开，发动机水套内的水流向散热器，散热器开始散热，以保持发动机正常运转。/ 3.1.9 Link 电气系统应符合下列规定： Object/library modules 编辑框中，添加文件名JGJ462005 的规定，其中，当单台容量超过100kVA 以上步骤 1 100kVA 2 只需设置一次，而步骤的电力变压器或发电机的工作

6、接地电阻值不应大于10 C+ 编译器如 Borland C+ builder ，设置大体相同，不再赘述。 3. 引擎 API 在供电系统设置电源隔离开关及短路、过载、漏电保护器是为了强调适应施工用电工程的需要，应符合施工现场临时用电安全技术规范JGJ46在调用 Matlab 3.1.10 #include "enging.h" ，该文件包含了引擎空气压缩机及附属设备 VC 中调用的引擎函数分别如下： 3.2.2 固定式空气压缩机，在工作中会产生振动和冲击，因此，安装时必须放置平稳、固定良好；移动式空气压缩机为防止电动机绝缘损坏导致人员触电，故采取拖车接地措施。3.3 低压配

7、电系统3.3.1 符合施工现场临时用电安全技术规范JGJ462005 第函数声明： TNS 系统不被改变的补充规定，还应符合现行国家标准系统接地的型式及安全技术要求GB1405093。3.3.2 利用大地或动力设备的金属结构体作相线或工作零线时，会使漏电设备的相零回路阻抗增大，短路电流不够大，不能确保漏电设备的保护装置迅速灵敏的动作，增加了触电的危险；使施工现场的漏电保护器无法正常运行，无法实行三级配电两级漏电保护。3.3.3 Engine *engOpen(const char *startcmd; 3.3.4为了不因某一设备保护地线或保护零线接触不良或断线而使以下所有设备失去保护，故规定只

8、能并联接地，不能串联接地。3.3.5 根据施工现场临时用电安全技术规范2005 NULL 。 JGJ46中定义的 engine 3.3.8 配电室（房）应符合下列规定： EngClose 本条按照现行国家标准低压配电设计规范GB5005495 为避免配电室内积水和雨水进入室内，影响设备的正常运行，规定室内地面排水坡度不应小于0.5%，应符合施工现场临时用电安全技术规范JGJ462005的规定。int engClose(Engine *ep; 94 的规定，在保证安全的前提下，确定控制室、配电室的耐火等级，并要求配置一定的消防器材。 低压配电系统的配电线路应符合下列规定：函数返回值为 0 表示关

9、闭成功，返回 1 表示发生错误。 保证电杆的埋设深度与采取卡盘等加固措施都是确保电杆性能稳定，防止其倾斜、倒塌，以致影响供电可靠性或发生触电事故；装设变压器的电杆，其埋设深度不宜小于2m / 关闭 Matlab 引擎的代码如下： 不应沿地面明设或沿脚手架等敷设，主要是防止电缆受机械损伤而使脚手架等设施带电发生触电事故，并能避免介质腐蚀。结合施工现场实际情况和特点，考虑到施工现场电缆埋地时间短，负荷容量较小，适当降低了埋设深度（0.70m）而作出的规定。3.3.10定义 Matlab 引擎指针。JGJ46if (!(ep=engOpen(NULL / 测试是否启动TN S 接零保护系统，不应采用

10、TNC 系统，明确规定TNS 系统的形成方式和方法，专用保护零线的引出方式，应符合现行国家标准系统接地的型式及安全技术要求GB1405093 的规定。引擎。 在保护接零系统中，如果个别设备接地未接零，且该设备相线碰壳，则该设备及所有接零设备的外壳都会出现危险电压；尤其是当接地线或接零保护的两个设备距离较近，一个人同时接触这两个设备时，其接触电压可达 220V 本条是根据现行国家标准系统接地的型式及安全技术要求GB1405093规定的原则，对TN系统保护零线接地要求作出的规定；其中对 engEvalString 应符合民用建筑电气设计规范JGJ162008 的规定，其中，用作人工接地材料的最小规

11、格尺寸为：角钢不应小于4mm*25mm，钢管壁厚不应小于3.50mm，圆钢直径不应小于10mm；不应采用螺纹钢的规定主要是因其难于与土壤紧密接触、接地电阻不稳定之故。应符合施工现场临时用电安全技术规范JGJ462005 的规定，其中综合接地电阻值应满足现行国家标准塔式起重机安全规程GB51442006 关于起重机接地电阻不应大于4的要求。3.3.11、3.3.12 为函数由于临时用电工程中的漏电保护器主要用于防止人体间接触电危害，应按照剩余电流动作保护器的一般要求GB68291995 的要求，所选择的漏电保护器应是高速、高灵敏、电流动作型产品；即设置于开关箱中的漏电保护器，一般场所其额定漏电动

12、作电流不应大于15mA，其结构是符合外壳防护等级（函数返回值为 0 表示成功执行，返回 1 说明执行失败（如命令不能被 Matlab 正确解释或根据施工现场临时用电安全技术规范JGJ46 3.3 获取 Matlab 命令窗口的输出要在 VC 中获得函数推土机：最大牵引力；Matlab 执行后在 matlab 窗口中的输出，可以调用 engOUtputBuffer 函数。 函数声明：轮胎式装载机：额定载重量；稳定土拌和机：拌和宽度、最大拌深；沥青混凝土摊铺机：摊铺宽度、摊铺厚度；沥青混凝土搅拌设备：额定生产能力。机械在使用中其主要工作性能应达到使用说明书规定的技术参数。int engOutput

13、Buffer(Engine *ep, char *p, int n; 使用黏度不适宜、不洁、乳化的液压油，会导致液压元件磨损加速，提前老化，密封不良；故制定本条规定以保证液压系统应能实现准确、灵敏、平稳的传递液压效果。4.1.10参数 ep 为 Matlab 引擎指针， p 为用来保存输出结构的缓冲区， n 为最大保存的字符个数，通常就是缓冲区 p 4.1.14 engEvalString 函数所引起的命令行输出结果会在缓冲区 p 中保存。如果要停止保存，只需调用代码：4.2.6 3.4 读写 Matlab 数据 3.4.1 从 Matlab 引擎工作空间中获取变量。 mxArray *eng

14、GetVariable(Engine *ep, const char *name; 参数 ep 为打开的 Matlab 引擎指针， name 为以字符串形式指定的数组名。 函数返回值是指向 name 数组的指针，类型为 mxArray* （ mxArray 数据类型在本文第 4 节详细简介）。 3.4.2 向 Matlab 引擎工作空间写入变量。 int engPutVariable(Engine *ep, const char *name, const mxArray *mp; 参数 ep 为打开的 Matlab 引擎指针， mp 为指向被写入变量的指针， name 为变量写入后在 Matl

15、ab 引擎工作空间中的变量名。 函数返回值为 0 表示写入变量成功，返回值为 1 表示发生错误。 3.5 调用引擎时显示 / 隐藏 Matlab 主窗口 默认情况下，以 engine 方式调用 Matlab 的时候，会打开 Matlab 主窗口，可在其中随意操作。但有时也会干扰应用程序的运行，可用以下设置是否显示该窗口。 int engSetVisible(Engine *ep, bool value; 参数 ep 为打开的 Matlab 引擎指针， value 为是否显示的标志，取值 true （或 1 ）表示显示 Matlab 窗口，取值 false （或 0 ）表示隐藏 Matlab 窗

16、口。 函数返回值为 0 表示设置成功，为 1 表示有错误发生。 要获得当前 Matlab 窗口的显示 / 隐藏情况，可以调用函数： int engGetVisible(Engine *ep, bool *value; 参数 ep 为打开的 Matlab 引擎指针， Value 为用来保存显示 / 隐藏情况的变量（采用指针方式传递）。 函数返回值为 0 表示获取成功，为 1 表示有错误发生。 4. 数据类型 mxArray 的操作 在上节的 Matlab 引擎函数中，所有与变量有关的数据类型都是 mxArray 类型。数据结构 mxArray 以及大量的 mx 开头的函数，广泛用于 Matlab

17、 引擎程序和 Matlab C 数学库中。 mxArray 是一种很复杂的数据结构，与 Matlab 中的 array 相对应，我们只需熟悉 Matlab 的 array 类型和几个常用的 mxArray 函数即可。 在 VC 中，所有和 Matlab 的数据交互都是通过 mxArray 来实现的，在使用 mxArray 类型的程序中，应包含头文件 matrix.h ，不过在引擎程序中，一般会包含头文件 engine.h ，该文件里面已经包含了 matrix.h ，因此无需重复包含。 4.1 创建和清除 mxArray 型数据 Matlab 有很多种变量类型，对应于每种类型，基本上都有一个函数

18、用于创建，但它们都有相同的数据结构，就是 mxArray 。 数组的建立采用 mxCreatexxx 形式的函数，例如新建一个 double 类型数组，可用函数 mxCreateDoubleMatrix ，函数形式如下： mxArray *mxCreateDoubleMatrix(int m, int n, mxComplexity ComplexFlag; 参数 m 和 n 为矩阵的函数和列数。 ComplexFlag 为常数，用来区分矩阵中元素是实数还是复数，取值分别为 mxREAL 和 mxCOMPLEX 。 例如，创建一个 3 行 5 列的二维实数数组，可用如下语句： mxArray

19、*T = mxCreateDoubleMatrix(3, 5, mxREAL; 对应的，要删除一个数组 mxDestroyArray ，该函数声明如下： void mxDestroyArray(mxArray *array_ptr; 参数 array_ptr 为要删除的数组指针。 例如，要删除上面创建的数组 T ，可用如下语句： mxDestroyArray(T; 类似的创建函数还有： mxArray *mxCreateString(const char *str; 创建一个字符串类型并初始化为 str 字符串。 一般的在 VC 与 Matlab 交互中，以上两种类型就够了，其它类型数组的创建

20、这里不再介绍。 4.2 管理 mxArray 数据类型 4.2.1 管理 mxArray 数据大小 要获得 mxArray 数组每一维上元素的个数，可以用 mxGetM 和 mxGetN 函数。其中 mxGetM 用来获得数组第一维的元素个数，对于矩阵来说就是行数。 int mxGetM(const mxArray *array_ptr; / 返回 array_ptr 对应数组第一维的元素个数（行数） int mxGetN(const mxArray *array_ptr; / 返回 array_ptr 对应数组其它维的元素个数，对于矩阵来说是列数。对于多维数组来说是从第 2 维到最后一维的各

21、维元素个数的乘积。 要获得某一特定维的元素个数，则要用函数： const int *mxGetDimensions(const mxArray *array_ptr; 该函数返回 array_ptr 各维的元素个数保存在一个 int 数组中返回。对于常用的矩阵来说，用 mxGetM 和 mxGetN 两个函数就可以了。 另外还可以通过 mxGetNumberOfDimensions 来获得数组的总的维数，用 mxSetM 、 mxSetN 设置矩阵的行数和列数，函数说明如下： int mxGetNumberOfDimensions(const mxArray *array_ptr; / 返回数

22、组的维数 void mxSetM(mxArray *array_ptr, int m; / 设置数组为 m 行 void mxSetN(mxArray *array_ptr, int n; / 设置数组为 n 列 4.2.2 判断 mxArray 数组类型 在对 mxArray 类型的变量进行操作之前，可以验证以下其中的数组的数据类型，比如是否为 double 数组、整数、字符串、逻辑值等，以及是否为某种结构、类、或者是特殊类型，比如是否为空数组，是否为 inf 、 NaN 等。常见的判断函数有： 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; 这些函数比较简单，意义自明，不再解释。 4.2.3 管理 mxArray 数组的数据 对于常用的 double 类型的数组，可以用 mxGetPr 和 mxGetPi 两个函数分别获得其实部和虚部的数据指针，这两个函数的声明如下： double *mxGetPr(const mxArray *array_ptr; /

24、 返回数组 array_ptr 的实部指针 double *mxGetPi(const mxArray *array_ptr; / 返回数组 array_ptr 的虚部指针 这样，就可以通过获得的指针对 mxArray 类型的数组中的数据进行读写操作。例如可以用函数 engGetVariable 从 Matlab 工作空间读入 mxArray 类型的数组，然后用 mxGetPr 和 mxGetPi 获得数据指针，对并其中的数据进行处理，最后调用 engPutVariable 函数将修改后的数组重新写入到 Matlab 工作空间。具体实现见第 5 节程序实例。 5. 程序实例 对大部分软件研发人

25、员来说利用 VC 编程方便、高效，但是要显示数据图形就不那么容易了，这时候不防借助 Matlab 引擎辅助画图做数据分析。下面通过实例演示如何利用 VC 调用 Matlab 绘图，程序的主要功能是在 VC 中对数组 x 计算函数值 y sin(x ±log(x ，然后调用 Matlab 绘制 y 对 x 的图形。 在 VC 中新建工程，编写代码如下： #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 计算数组 x 和 y xi = (i+1; yi = sin(xi + j * log(xi; / 产生之间的随机数赋给 xxi; j *= -1; Engine *ep; / 定义 Matlab 引擎指针。 if (!(ep=engOpen(NULL / 测试是否启动 Matlab 引擎成功。 cout <<"Can't start Matlab engine!" < exit(1; / 定义 mxArray ，为行， N 列的实数数组。 mxArray *xx = mxCreateDoubleMatrix(1,N, mxREAL; mxArray *yy = mxCreateDoubleMatrix(1,N, mxREAL; / 同上。 memcpy(mxGetPr(xx, x, N*sizeof(double; / 将数组 x 复制到 mxa