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C++Builder與Matlab混合編程的實現

8.6
出處:2345軟件大全 時間:2011-06-27 人氣:1879

核心提示:在C++Builder中調用Matlab工具箱涵數,有兩種實現方式。一種是基於Matlab環境支持,通過必要的設置實現

  在C++Builder中調用Matlab工具箱涵數,有兩種實現方式。一種是基於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工具箱涵數的調用,這可以通過一種開發平台Mediva來實現。相對來說,前者的限制因素較多,而後者則較為方便靈活。

  一、Mediva軟件平台

  Mediva是Mathtools公司推出的一種Matlab編譯開發軟件平台,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軟件平台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強大的工具箱涵數的利用。

  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,例如採用類庫進行設計的部分函數。但儘管如此,對於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。

  由於利用Mediva將Matlab工具箱涵數轉換成DLL的內容較多,限於篇幅本文在此僅給出對Matlab函數直接調用的實現,而將另撰文闡述DLL的實現。

  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,必須將此頭文件放於程序的第一行。Mediva給出的Matlab函數形式並不特殊,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來繪製數組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,並繪製變換後頻譜實部的火柴桿圖,最後將原數據和變換後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); //繪製fft變換後實部的火柴桿圖,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麼大的方便!

  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,這裡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工具箱涵數轉換後的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:

  1.Matlab5.0以上版本,所有帶有tf類的函數均無法轉換;

  2.Matlab4.2以下版本,多數函數能夠轉換,但轉換後大多不能直接使用,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)
---- 其中對於in01的說明是不正確的.應按如下修改。然後,按如下MAKE文件進行編譯 #

  # MATCOM makefile

  #

  all: flower.dll

  g_flower.obj: g_flower.cpp

  bcc32 -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();

  }