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VS2008与Matlab2008（版本R2008a）混合编程之引擎操作【zz】
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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。
2. 配置编译器
要在VS2008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VS2008为例）：
1）建立C/c++工程，如何建立请参考vs2008帮助文件。
2) 工程建立后，通过菜单-工具-选项，打开选项设置页，选择-项目与解决方案/VC++项目设置，在目录下拉列表框中选择包含文件，添加路 径："D:\Program Files\MATLAB\extern\include"（假定matlab安装在D:\Program Files\MATLAB目录）。
3) 在上述目录下拉列表框中选择库文件，添加路径："D:\Program Files\MATLAB\R2008a\extern\lib\win32\microsoft"（假定matlab安装在D:\Program Files\MATLAB目录）。
4) 通过菜单-项目-属性，打开项目设置属性页，选择配置属性-链接器-输入，在附加依赖项编辑框中，输入此工程所需的库文件，例如对例子5.1需添加文件名libmx.lib libmat.lib libeng.lib。
5）运行工程，若显示无法打开matlab引擎时，可按照第1节提示设置，即开始-运行-cmd-matlab /regserver。
以上步骤2)、3)只需设置一次，而步骤4)对每个工程都要单独设定，对于其它C++编译器如Borland C++ builder，设置大体相同，不再赘述。
3. 引擎API详解
在调用Matlab引擎之前，首先应在C/C++程序文件中加入一行：#include "enging.h"，该文件包含了引擎API函数的说明和所需数据结构的定义。可以在C/C++中调用的引擎函数分别如下：
3.1 引擎的打开和关闭
engOpen－打开Matlab engine
函数声明：
Engine *engOpen(const char *startcmd);
参数startcmd是用来启动Matlab引擎的字符串参数，在Windows操作系统中只能为NULL。
函数返回值是一个Engine类型的指针，它是在engine.h中定义的engine数据结构。
EngClose－关闭Matlab 引擎
函数声明：
int engClose(Engine *ep);
参数ep代表要被关闭的引擎指针。
函数返回值为0表示关闭成功，返回1表示发生错误。
例如，通常用来打开/关闭Matlab引擎的代码如下：
Engine *ep; //定义Matlab引擎指针。
if (!(ep=engOpen(NULL))) //测试是否启动Matlab引擎成功。
{
MessageBox("Can't start Matlab engine!" );
exIT(1);
}
. …………
engClose(ep); //关闭Matlab引擎。
3.2 向Matlab发送命令字符串
engEvalString－发送命令让Matlab执行。
函数声明：
int engEvalString(Engine *ep, Const char *string);
参数ep为函数engOpen返回的引擎指针，字符串string为要matlab执行的命令。
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Matlab引擎已经关闭了）。
3.3 获取Matlab命令窗口的输出
要在VS2008中获得函数engEvalString发送的命令字符串被Matlab执行后在matlab窗口中的输出，可以调用engOUtputBuffer函数。
函数声明：
int engOutputBuffer(Engine *ep, char *p, int n);
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的大小。该函数执行后，接
下来的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：engOutputBuffer(ep, NULL, 0)。
3.4 读写Matlab数据
3.4.1从Matlab引擎工作空间中获取变量
mxArray *engGetVariable(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Matlab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 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C/C++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为矩阵的行数和列数。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 *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 mxIsComplex(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); //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员来说利用VS2008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VS2008调用Matlab绘图。
5.1 实例1
此实例是matlab自身的例子。程序代码如下：
/* $Revision: 1.1.6.1 $ */
/*
* engdemo.cpp
*
* This is a simple program that illustrates how to call the MATLAB
* Engine functions from a C++ program.
*
* Copyright 1984-2007 The MathWorks, Inc.
* All rights reserved
*/
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "engine.h"
#define BUFSIZE 256
int main()
{
Engine *ep;
mxArray *T = NULL, *result = NULL;
char buffer[BUFSIZE+1];
double time[10] = { 0.0, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0, 9.0 };
/*
* Start the MATLAB engine locally by executing the string
* "matlab"
*
* To start the session on a remote host, use the name of
* the host as the string rather than \0
*
* For more complicated cases, use any string with whitespace,
* and that string will be executed literally to start MATLAB
*/
if (!(ep = engOpen("\0"))) {
fprintf(stderr, "\nCan't start MATLAB engine\n");
return EXIT_FAILURE;
}
/*
* PART I
*
* For the first half of this demonstration, we will send data
* to MATLAB, analyze the data, and plot the result.
*/
/*
* Create a variable for our data
*/
T = mxCreateDoubleMatrix(1, 10, mxREAL);
memcpy((void *)mxGetPr(T), (void *)time, sizeof(time));
/*
* Place the variable T into the MATLAB workspace
*/
engPutVariable(ep, "T", T);
/*
* Evaluate a function of time, distance = (1/2)g.*t.^2
* (g is the acceleration due to gravity)
*/
engEvalString(ep, "D = .5.*(-9.8).*T.^2;");
/*
* Plot the result
*/
engEvalString(ep, "plot(T,D);");
engEvalString(ep, "title('Position vs. Time for a falling object');");
engEvalString(ep, "xlabel('Time (seconds)');");
engEvalString(ep, "ylabel('Position (meters)');");
/*
* use fgetc() to make sure that we pause long enough to be
* able to see the plot
*/
printf("Hit return to continue\n\n");
fgetc(stdin);
/*
* We're done for Part I! Free memory, close MATLAB engine.
*/
printf("Done for Part I.\n");
mxDestroyArray(T);
engEvalString(ep, "close;");
/*
* PART II
*
* For the second half of this demonstration, we will request
* a MATLAB string, which should define a variable X. MATLAB
* will evaluate the string and create the variable. We
* will then recover the variable, and determine its type.
*/
/*
* Use engOutputBuffer to capture MATLAB output, so we can
* echo it back. Ensure first that the buffer is always NULL
* terminated.
*/
buffer[BUFSIZE] = '\0';
engOutputBuffer(ep, buffer, BUFSIZE);
while (result == NULL) {
char str[BUFSIZE+1];
/*
* Get a string input from the user
*/
printf("Enter a MATLAB command to evaluate. This command should\n");
printf("create a variable X. This program will then determine\n");
printf("what kind of variable you created.\n");
printf("For example: X = 1:5\n");
printf(">> ");
fgets(str, BUFSIZE, stdin);
/*
* Evaluate input with engEvalString
*/
engEvalString(ep, str);
/*
* Echo the output from the command. First two characters are
* always the double prompt (>>).
*/
printf("%s", buffer+2);
/*
* Get result of computation
*/
printf("\nRetrieving X...\n");
if ((result = engGetVariable(ep,"X")) == NULL)
printf("Oops! You didn't create a variable X.\n\n");
else {
printf("X is class %s\t\n", mxGetClassName(result));
}
}
/*
* We're done! Free memory, close MATLAB engine and exit.
*/
printf("Done!\n");
mxDestroyArray(result);
engClose(ep);
return EXIT_SUCCESS;
}
编译并运行程序得结果入下图：
程序的主要功能是在c/C++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VS2008中新建工程，编写代码如下：
#include <iostream>
#include <math.h>
#include "engine.h"
using namespace std;
void main()
{
const int N = 50;
double x[N],y[N];
int j = 1;
for (int i=0; i<N; i++) //计算数组x和y
{
x[i] = (i+1);
y[i] = sin(x[i]) + j * log(x[i]); //产生－之间的随机数赋给xx[i];
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!" <<endl;
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mxarray数组xx中。
memcpy(mxGetPr(yy), y, N*sizeof(double)); //将数组x复制到mxarray数组yy中。
engPutVariable(ep, "xx",xx); //将mxArray数组xx写入到Matlab工作空间，命名为xx。
engPutVariable(ep, "yy",yy); //将mxArray数组yy写入到Matlab工作空间，命名为yy。
//向Matlab引擎发送画图命令。plot为Matlab的画图函数，参见Matlab相关文档。
engEvalString(ep, "plot(xx, yy); ");
mxDestroyArray(xx); //销毁mxArray数组xx和yy。
mxDestroyArray(yy);
cout <<"Press any key to exIT!" <<endl;
cin.get();
engClose(ep); //关闭Matlab引擎。
}
编译并运行程序得结果入下图：
y＝sin(x) ±log(x)的图形
6. Matlab engine函数和MxArray函数
请参考以下帮助：
http://www.kxcad.net/cae_MATLAB/techdoc/apiref/
http://www.mathworks.cn/access/helpdesk/help/pdf_doc/matlab/apiref.pdf
7. 小结
本文详细的介绍了Matlab引擎使用方法并演示了一个简单的利用VC调用Matlab画图的程序实例。大多数时候，程序员可以利用 Matlab强大的数据读写、显示能力和VC编程的高效率。例如，在Matlab中要读入一幅任意格式的图像均只需一条命令 i=imread('test.jp');图像数据矩阵便存放在了二维数组i中，可以通过VC读入该数组进行相关处理再调用Matlab显示，这种混合编 程方式能大大提高工作效率
当然，利用VC编译的Matlab引擎程序，运行环境中还必须Matlab的支持，如果要编译完全脱离Matlab的程序，可采用其它方式，如利用第三方Matcom程序编译独立的可执行程序等。
本文来自CSDN博客：http://blog.csdn.net/kavine1986/archive/2010/07/29/5774301.aspx
