MATLAB中調用VC混合編程方法的研究與實現(xiàn)

宗節(jié)保，尹 忠，成鴻飛，段柳云，王 瑩

（武漢大學 電子信息學院，湖北 武漢 430072）

MATLAB是Mathworks公司推出的一款功能強大的數(shù)學軟件，它集數(shù)值分析、矩陣計算、信號處理和圖形顯示于一身，包含大量高度集成的函數(shù)可供調用，命令語句功能強大，為科學研究、工程設計及眾多學科領域提供了一種簡潔、高效的編程工具，并在圖像處理、控制設計、信號檢測、金融建模設計等領域得到廣泛應用[1]。但是MATLAB使用的是解釋性語言，這限制了它的執(zhí)行速度，不利于開發(fā)各種應用軟件[2]。相比之下，VC是Windows平臺下主要的應用程序開發(fā)環(huán)境之一，它能方便實現(xiàn)軟件開發(fā)，開發(fā)出的系統(tǒng)具有界面友好、執(zhí)行速度快、易維護和升級等優(yōu)點[3]。同時，VC因其與操作系統(tǒng)和底層硬件交換的效率而在高級語言中得到廣泛應用。

因此，如何實現(xiàn)VC和MATLAB的混合編程來提高代碼運行效率就成了一個研究方向。一般情況下大多數(shù)應用側重于通過在VC中利用MATLAB強大的數(shù)學運算功能[4-5]，而在MATLAB中利用VC進行軟件開發(fā)的例子比較少。然而利用MATLAB語言制作軟件的過程中，經(jīng)常會碰到一些MATLAB程序無法解決的問題，此時如果通過混合編程調用VC/VC++，這些問題便可迎刃而解。這種混合編程方法的運用，不僅能夠更好地發(fā)揮MATLAB強大的功能，還能縮短軟件開發(fā)周期，因而在仿真技術研究中具有重大實用價值。

本文將具體論述在MATLAB中調用VC的混合編程方法并將其應用于MATLAB的自動索引中從而極其方便地打開chm格式幫助文檔并自動定位到文檔的相應位置。

1 MATLAB中調用VC的混合編程方法

在MATLAB平臺上調用VC一般是因為使用MATLAB語言來實現(xiàn)特定算法功能代碼復雜、運行效率低下。這時候利用VC與系統(tǒng)和底層硬件交換效率及其強大的調試功能可以編寫高效的算法程序，然后通過將VC上的源程序編譯成可供MATLAB使用的庫文件或MEX文件無疑很好地發(fā)揚了兩種語言的優(yōu)勢。

VC和MATLAB混合編程的方法有很多種，主要分為以下幾種：1）通過 MATLAB Engine方式；2）直接調用 MATLAB的VC數(shù)學函數(shù)庫；3）使用matcom工具；4）使用MATLAB的combuilde工具；5） 用 MATLAB自帶的 MATLAB Compiler[6]。在這5種方法當中，前4種一般用在VC中調用MATLAB函數(shù)的場合，第5種二者皆可并且簡單易行，由于本文中是要實現(xiàn)在MATLAB中調用VC函數(shù)，故利用Compiler把VC編寫的源程序即cpp程序編譯成MEX文件供編寫M文件時調用。

1.1 MEX文件執(zhí)行流程

一個MEX文件的源程序是包括入口程序和算法程序的。當對C語言的MEX文件進行編譯時，MATLAB首先從命令行獲取輸入矩陣，并賦給入口程序的輸入?yún)?shù)指針組，入口程序對輸入?yún)?shù)進行計算后創(chuàng)建輸出矩陣，并將其賦給入口程序的輸出參數(shù)指針組，最后使用入口程序的輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)作為算法程序的參數(shù)調用算法程序[7]。

下面以 MATLAB自帶的一個 c－mex文件為例來說明MEX文件的執(zhí)行流程。文件的源程序為timestwo.c，該程序實現(xiàn)一個數(shù)據(jù)兩倍乘法過程。它有一個輸入?yún)?shù)和一個輸出參數(shù)。這里用到mex.h中定義的兩個函數(shù)：mexGet（）函數(shù)用于返回句柄的屬性；mexCreat（）用于創(chuàng)建矩陣。 圖（1）以[y]=f（x）為例完整地表明了文件輸入數(shù)據(jù)，算法程序調用和計算結果返回的過程。

1.2 利用MEX文件實現(xiàn)MATLAB下調用VC

MATLAB中調用VC的混合編程方法總體實現(xiàn)過程如圖2所示。

1.2.1 MATLAB編譯環(huán)境的設置

在MATLAB與VC混合編程之前，必須先對MATLAB的編譯應用程序MEX和編譯器mbuild進行正確的設置。

對MATLAB編譯應用程序MEX的設置：Mex－setup。再根據(jù)系統(tǒng)提示進行選擇路徑和編譯器。對MATLAB編譯器mbuild的設置：Mbuild－setup。同理，按后面提示結合個人需要選擇即可。

1.2.2 以混合編程方式創(chuàng)建cpp源文件

為了能夠在MATLAB中調用VC，必須要有接口函數(shù)來起到“橋梁”的作用，在MATLAB中mexFunction就是這樣一個函數(shù)，它同時也是MEX文件的一個專用接口函數(shù)。

而mexFunction函數(shù)則包含在頭文件“mex.h”中，混合編程時需要用到這個接口函數(shù)，它含有4個參數(shù)，其中nlhs表示輸出參數(shù)個數(shù)，nrhs表示輸入?yún)?shù)個數(shù)，plhs是一個數(shù)組，其內容為指針且指向所有的輸入?yún)?shù)，該指針指向數(shù)據(jù)類型mxArray，prhs是一個指向輸出參數(shù)的指針數(shù)組，值得注意的是prhs是const的指針數(shù)組，即不能改變其指向內容。

1.2.3 mex文件的生成與調用

cpp文件是C＋＋中的源文件，在MATLAB中無法直接調用或運行，只有通過轉化為MEX文件后才能在MATLAB中調用它?？梢酝ㄟ^在MATLAB命令窗口中直接輸入MEX指令即可將相應的cpp源文件編譯成MEX文件。

在MATLAB中生成的MEX文件名同時也是調用時的函數(shù)名，一般情況下在該調用函數(shù)時需要輸入一些混合編程時已定義好的參數(shù)。這樣在編寫M文件時可以直接調用相應的MEX類型函數(shù)了。

2 MATLAB下文檔自動索引的實現(xiàn)

給出利用MATLAB中調用VC的混合編程方法來具體實現(xiàn)在MATLAB中文檔的自動索引。目前MATLAB尚不提供在其GUI控件的回調函數(shù)中直接編寫代碼定位到chm格式文檔的方法。通過VC和MATLAB的混合編程，利用VC編寫源程序并編譯成MEX文件，這樣在GUI控件的回調函數(shù)就可以通過 mexzdsy（’hh.exe ms－its:URL’）語句來直接定位到相應的文檔頁面，這無疑提高了編程效率，方便了用戶使用。

VC源文件名為mexzdsy.cpp，核心代碼如下：

在該例中WinExec函數(shù)包含在頭文件“Windows.h”中，它也正是所需的VC中的函數(shù)，為了將mexzdsy.cpp這一文件轉化生成MEX文件，需要在MATLAB的命令窗口中輸入“mex mexzdsy.cpp”，則在當前工作目錄下會生成一個名為“mexzdsy.mexw32”的文件，這一文件便是所需的MEX文件。

這樣，可以在MATLAB的M文件編寫中通過mexzdsy（’hh.exe ms－its:索引頁地址’）這一形式語句來實現(xiàn)自動索引。其中hh.exe是Windows自帶的系統(tǒng)文件，它用于打開chm格式的幫助文檔，“ms－its”是一種協(xié)議，它定義了如何打開htm或html格式的文檔，而索引頁地址就是在幫助文檔中顯示的那一頁的URL。

3 教學軟件中的具體應用實例

利用MATLAB中調用VC的混合編程方法，在基于MATLAB程序制作的教學軟件中實現(xiàn)了幫助文檔的自動索引。幫助文檔help.chm放在help文件夾中，例如如圖3所示的軟件界面。

點擊按鈕“動目標顯示（MTI）”便會自動打開如圖4所示的幫助文檔并索引到指定頁。

在基于MATLAB語言制作的軟件中，如果單純的利用MATLAB語言只能打開該幫助文檔但無法索引到指定頁，而通過混合編程在MATLAB中調用VC函數(shù)WinExec則有效的解決了這一問題。

4 結束語

從上面的分析中可以看出要實現(xiàn)在MATLAB中調用VC語言函數(shù)，關鍵是要掌握MATLAB中的接口函數(shù)和一些重要VC函數(shù)的用法，寫出符合要求的VC源程序。VC和MATLAB混合編程可以充分發(fā)揮兩種軟件的優(yōu)點，減少了代碼重用，提高了程序運行速度。通過將VC和MATLAB混合編程引入到MATLAB文檔的自動索引中彌補了MATLAB在這方面的不足之處，方便了用戶的使用。隨著MATLAB版本的升級，Mathworks公司有意加強了MATLAB在與其他高級語言混合編程方面的功能，相信這一混合編程的優(yōu)勢將應用于更廣闊的領域。

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