Matlab与C/C++混合编程接口及应用方法解析

　1 引言
　　Matlab 是当前应用最为广泛的数学软件，具有强大的数值计算、数据分析处理、系统 分析、图形显示甚至符号运算等功能［1］。利用这一完整的数学平台，用户可以快速实现十分 复杂的功能，极大地提高工程分析计算的效率［2］［3］。但与其他高级程序［3］相比，Matlab 程序 是一种解释执行程序，不用编译等预处理，程序运行速度较慢［4］。
　　C/C++语言是目前最为流行的高级程序设计语言之一［5］。它可对操作系统和应用程序以 及硬件进行直接操作，用C/C++语言明显优于其它解释型高级语言，一些大型应用软件如 Matlab 就是用C 语言开发的。
　　在工程实践中，用户经常遇到Matlab 与C/C++混合编程的问题。本文基于Matlab 6.5和VC6.0 开发环境，在Windows 平台下就它们之间的混合编程问题进行深入研究并举例说明。
　　2 Matlab 调用C/C++
　　Matlab 调用C/C++的方式主要有两种：利用MEX 技术和调用C/C++动态连接库。
　　在Matlab 与C/C++混合编程之前，必须先对Matlab 的编译应用程序mex 和编译器mbuild进行正确的设置［1］：
　　对Matlab 编译应用程序mex 的设置：Mex –setup.
　　对Matlab 编译器mbuild 的设置：Mbuild –setup.
　　2.1 调用C/C++的MEX 文件
　　MEX 是Matlab Executable 的缩写，它是一种“可在Matlab 中调用的C（或Fortran）语 言衍生程序”［6］。MEX 文件的使用极为方便，其调用方式与Matlab 的内建函数完全相同，只 需在Matlab 命令提示符下键入MEX 文件名即可。
　　一个C/C++的MEX源程序通常包括4个组成部分，其中前3个是必须包含的内容，第4个则根据所实现的功能灵活选用：（1）#include “mex.h”;（2）MEX文件的入口函数mexFunction， MEX文件导出名必须为mexFunction函数;（3）mxArray;（4）API函数
　　通过简单的例子说明C/C++的MEX 源程序编写和调用过程：
　　#include “mex.h”
　　void timeSTwo（double y［］， double x［］）
　　{ y［0］ = 2.0*x［0］; }
　　void mexFunction（int nlhs， mxArray *plhs［］，int nrhs， const mxArray *prhs［］ ）
　　{ double *x，*y; int mrows，ncols;
　　if（nrhs！=1） mexErrMsgTxt（“One input required.”）;
　　else if（nlhs》1） mexErrMsgTxt（“Too many output arguments”）;
　　mrows = mxGetM（prhs［0］）;ncols = mxGetN（prhs［0］）;
　　if（ ！mxIsDouble（prhs［0］）||mxIsComplex（prhs［0］）||！（mrows==1 && ncols==1））
　　mexErrMsgTxt（“Input must be a noncomplex scalar double.”）;
　　plhs［0］=mxCreateDoubleMatrix（mrows，ncols， mxREAL）;
　　x=mxGetPr（prhs［0］）; y=mxGetPr（plhs［0］）; timestwo（y，x）; }
　　用指令mex timestwo.c 编译此文件，然后在MATLAB 命令行下调用生成的MEX 文件即可。
　　2.2 调用C/C++动态连接库
　　Matlab 提供对动态连接库DLL 文件的接口［7］。利用该接口，可在Matlab 中调用动态连 接库导出的函数。Matlab 对DLL 的接口支持各种语言编写的DLL 文件。在调用DLL 文件之 前，需要准备函数定义的头文件。对于C/C++语言开发的DLL 文件，可使用源程序中相应的 头文件；而对于其他语言开发的DLL，则要手工准备等效的C 语言函数定义头文件。
　　在Matlab 中利用动态连接库接口技术通常需要完成以下4 个步骤：
　　（1）打开动态连接库文件；（2）为调用函数准备数据；（3）调用动态连接库文件中导出的 函数；（4）关闭动态连接库文件。
　　为了实现以上步骤，用到的Matlab 函数有：loadlibrary，loadlibrary，calllib，
　　libfunctions，lipointer，libstruct，libisloaded。下面举例说明Matlab 调用C/C++动态 连接库的方法和步骤：
　　a.在VC 环境下，新建工程-》win32 动态连接库-》工程名Test1-》empty 工程-》完成；
　　b.新建-》C++源文件-》添加a.cpp，内容为： #include “a.h”
　　_declspec（dllexport） int add（int a， int b） { return a+b; }
　　c.新建-》C/C++头文件-》添加a.h，内容为： _declspec（dllexport） int add（int a，intb）;然后编译生成Test1.dll 动态连接库文件，将Test1.dll 和a.h 拷到Matlab 工作目录下。
　　d.在Matlab 命令行下，调用Test.dll：》》loadlibrary（‘Test1’，’a.h’）; 》》x=7;
　　》》y=8; 》》calllib（‘Test1’，‘add’，x，y）; Ans=15 》》unloadlibrary（‘Test1’）。
　　调用DLL 动态连接库的方法，为Matlab 重用工程实践中积累的大量实用C/C++代码提供了一种简洁方便的方法。与调用MEX 文件相比，该方法更加简便实用。
　　3 C/C++调用Matlab
　　在工程实践中，C/C++调用Matlab 的方法主要有调用Matlab 计算引擎、包含m 文件转 换的C/C++文件，以及调用m 文件生成的DLL 文件。
　　3.1 利用Matlab 计算引擎
　　Matlab 的引擎库为用户提供了一些接口函数，利用这些接口函数，用户在自己的程序 中以计算引擎方式调用Matlab 文件。该方法采用客户机/服务器的方式，利用Matlab 引擎 将Matlab 和C/C++联系起来。在实际应用中，C/C++程序为客户机，Matlab 作为本地服务器。
　　C/C++程序向Matlab 计算引擎传递命令和数据信息，并从Matlab 计算引擎接收数据信息［2］。
　　Matlab 提供了以下几个C 语言计算引擎访问函数供用户使用［8］：engOpen，engClose， engGetVariable，engPutVariable，engEvalString，engOutputBuffer，engOpenSingleUse， engGetVisible，engSetVisible。