摘 要： 研究了基于MATCOM的MATLAB與VC混合編程技術(shù)，提出了一種簡便的設(shè)置MATCOM環(huán)境的方法，介紹了MATCOM提供的一個(gè)方便調(diào)試工具——矩陣查看器及其具體使用方法。結(jié)合實(shí)例，詳細(xì)介紹了基于MATCOM的混合編程的實(shí)現(xiàn)途徑，對擴(kuò)展MATCOM的功能提出了一種獨(dú)到的解決辦法。
關(guān)鍵詞： MATCOM；MATLAB；VC；混合編程
MATLAB是MathWorks公司推出的數(shù)學(xué)軟件，它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、信號處理、數(shù)據(jù)采集和圖形顯示結(jié)合在一起，包含大量高度集成的函數(shù)可供調(diào)用?，F(xiàn)在，MATLAB幾乎在各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，也取得了巨大的成功，被稱為第四代編程語言。
但是MATLAB使用的是解釋性語言，這大大限制了它的執(zhí)行速度，而且用MATLAB開發(fā)的程序只局限于MATLAB運(yùn)行環(huán)境而不能作為商業(yè)軟件。
VC作為Windows平臺下主要的應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境之一，能方便實(shí)現(xiàn)軟件開發(fā)，但在工程計(jì)算及可視化方面，與MATLAB相比編程顯得復(fù)雜很多，因此，將VC與MATLAB混合編程，必將為軟件開發(fā)帶來便利。
本文介紹基于MATCOM的混合編程方法。示例中用到的軟件為MATLAB R2009A和VC 6.0。為了便于敘述，用VC6.0新建一個(gè)基于對話框的程序TestMatcom。
1 MATCOM簡介
MathTools公司有一系列的產(chǎn)品，包括MIDEVA、MATCOM、Visual MATCOM、Matrix
2 MATCOM的安裝與配置
MATCOM的安裝與普通Windows程序的安裝過程類似，可參考文獻(xiàn)[1]、[2]所述。成功安裝后，在目錄C：\matcom45\lib下可找到matlib.h及v4501v.lib這2個(gè)文件，在Windows操作系統(tǒng)的system32目錄下可找到v4501v.dll和ago4501.dll這2個(gè)文件。將這4個(gè)文件拷貝到TestMatcom工程中再做如下配置即可：
(1)在VC的FileView標(biāo)簽中的Resource Files目錄上點(diǎn)擊右鍵->Add Files to Folder->文件類型選擇“Library Files(.lib)”->選中v4501v.lib ->點(diǎn)擊“OK”即添加成功。
(2)在需要使用MATCOM函數(shù)的文件中添加#include "matlib.h"。本文示例在TestMatcomDlg.cpp中添加。
(3)在使用MATCOM的函數(shù)之前，添加初始化語句：initM(MATCOM_VERSION)。本文示例在void CTestMatcomDlg：：OnPaint()函數(shù)中添加。
(4)在使用MATCOM的函數(shù)之后，添加釋放資源語句：exitM()。本文示例也在void CTestMatcomDlg：：OnPaint()函數(shù)中添加。
為了使Visual MATCOM可用，也需做相應(yīng)的配置，參考文獻(xiàn)[1]、[3]介紹了配置的過程，本文從略。
3 巧用矩陣查看器
安裝完Visual MATCOM之后可以看到Visual MATCOM工具欄中有個(gè)眼鏡按鈕，這個(gè)就是矩陣查看器。在調(diào)試模式下可以通過它查看MATCOM矩陣的值，這對VC程序調(diào)試是非常方便的。在VC中，指針變量和數(shù)組尤其是二維及以上的指針變量和數(shù)組的元素值是不方便查看的。有了這個(gè)工具，就可以將需要查看的指針變量或數(shù)組的值傳遞給MATCOM矩陣，然后在矩陣查看器中查看[3]。具體的查看方法是：在相應(yīng)位置設(shè)置斷點(diǎn)，當(dāng)VC程序運(yùn)行到斷點(diǎn)停下后，點(diǎn)擊矩陣查看器按鈕，然后在矩陣名對話框里輸入矩陣名，并點(diǎn)擊Reload按鈕，矩陣的內(nèi)容即可顯示出來。另外，為了使得矩陣查看器能在程序中起作用，需要在VC程序中添加：unsigned int mlibpr=mt_set_MT(0)。
示例：
/*定義1個(gè)二維數(shù)組*/
double a[2][3]={1，2，3，4，5，6}；
/*定義1個(gè)Mm 矩陣，
并初始化為2行3列，元素都為0*/
Mm ma=zeros(2，3)；
/*將數(shù)組元素復(fù)制到ma中*/
memcpy((char*)ma.addr( )，(char*)a，6*sizeof(double))；
4 混合編程的實(shí)現(xiàn)
混合編程有不同的實(shí)現(xiàn)途徑，本文將其分為二大類。
4.1 將M文件轉(zhuǎn)化為C++代碼
M文件可分為腳本文件和函數(shù)文件兩大類。這兩者的混合編程實(shí)現(xiàn)步驟略有不同。現(xiàn)以2個(gè)示例說明。
例1：
%wires.m
n=1000；
t=inspace(0，2*pi，n)；
x=sin(t).*sin(2*t).*sin(3*t)；
y=cos(5*t).*cos(7*t).*cos(11*t)；
plot(x， y)；
雙擊桌面上的MIDEVA圖標(biāo)打開MIDEVA，然后在MIDEVA菜單欄中選File->Compile to exe，在彈出的Go command對話框中通過瀏覽選擇wires.m這個(gè)文件，然后點(diǎn)擊OK.轉(zhuǎn)化成功后可以在C：\matcom45\Debug下找到wires.cpp這個(gè)文件。打開這個(gè)文件，可以看到內(nèi)容為(刪去不需要的代碼，注釋為筆者添加，欲全面了解M文件與其對應(yīng)的CPP文件的關(guān)系，可以參考文獻(xiàn)[2])：
//Mm為處理矩陣的類
Mm n； Mm t； Mm x； Mm y；
n=1000.0；
t=linspace(0.0，2.0*pi，n)；
x=times(times(sin(t)，sin(2.0*t))，sin(3.0*t))；
/*MATLAB的點(diǎn)乘操作在VC里面通過times函數(shù)實(shí)現(xiàn)。*/
y=times(times(cos(5.0*t)，cos(7.0*t))，cos(11.0*t))；
plot((CL(x)，y))；/*輸入?yún)?shù)個(gè)數(shù)不定時(shí)，需用CL函數(shù)。注意y不用加CL()*/
可以看出，經(jīng)MATCOM轉(zhuǎn)化后的C++代碼和M代碼幾乎句句對應(yīng)，可讀性強(qiáng)。將以上內(nèi)容拷貝到void CTestMatcomDlg：：OnPaint()函數(shù)中，編譯運(yùn)行即可得到所需的結(jié)果。
例2：
%CreateMagic.m
function result=CreateMagic(n)
result=magic(n)；
用MATCOM成功轉(zhuǎn)化后可以在Debug目錄下找到CreateMagic.cpp和CreateMagic.h這2個(gè)文件。將其添加進(jìn)TestMatcom工程中并在TestMatcomDlg.cpp中添加1句：#include“CreateMagic.h”同時(shí)在消息響應(yīng)函數(shù)中添加代碼：“Mm a=5； Mm b=CreateMagic(a)；”可驗(yàn)證b為5×5的魔方陣。若編譯不通過 ，可嘗試在CreateMagic.cpp文件中添加#include "stdafx.h"。
4.2 將M文件轉(zhuǎn)化為DLL
出于代碼保密等原因，有時(shí)需要將M文件轉(zhuǎn)化為DLL以供其他程序調(diào)用，這時(shí)可以利用MATCOM的Compile to dll功能來實(shí)現(xiàn)。
示例：
%Exchange2.m
function[c，d]=Exchange2(a，b)
c=b；
d=a；
通過File->Compile to dll將該M文件轉(zhuǎn)化為dll，在Debug目錄下可找到Exchange2.lib和Exchange2.dll這2個(gè)文件，將其放入TestMatcom工程目錄下并在TestMatcomDlg.cpp中添加以下代碼：
#pragma comment(lib， "Exchange2.lib")
extern "C" int DLLX_stdcall Exchange2_v(char* emsg， int nlhs， Mm* plhs[ ]， int nrhs， Mm* prhs[ ])；
MATCOM將M文件里面的函數(shù)Exchange2轉(zhuǎn)化成了Exchange2_v函數(shù)，該函數(shù)的第1個(gè)參數(shù)emsg用于傳遞1個(gè)消息字符串，可賦值為NULL；第2個(gè)參數(shù)nlhs是Exchange2函數(shù)定義的輸出參數(shù)的個(gè)數(shù)；第3個(gè)參數(shù)plhs[]是指向輸出參數(shù)的指針數(shù)組；第4個(gè)參數(shù)nrhs是Exchange2函數(shù)中定義的輸入?yún)?shù)的個(gè)數(shù)；第5個(gè)參數(shù)prhs[ ]是指向輸入?yún)?shù)的指針數(shù)組。
在消息響應(yīng)函數(shù)中添加如下代碼：
Mm a， b， c， d；
a=zeros(1，3)；
b=ones(1，3)；
b.r(1，2)=100； /*將矩陣b的第1行第2列元素賦值為100 */
Mm* Input[2]={&a，&b}；
Mm* Output[2]； //不用為其分配空間
//調(diào)用dll函數(shù)
Exchange2_v(NULL， 2， Output， 2，Input)；
//查看第1個(gè)輸出參數(shù)的結(jié)果
Mm lookOutput1=*Output[0]；
//查看第2個(gè)輸出參數(shù)的結(jié)果
Mm lookOutput2=*Output[1]；
即實(shí)現(xiàn)了調(diào)用dll里的Exchange2_v函數(shù)。
MATLAB與C++混合編程的方法有8種之多。但是基于MATCOM的混合編程方法簡便易行，生成的代碼可讀性很好，筆者認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)MATLAB與VC混合編程的最優(yōu)途徑。在實(shí)際工程應(yīng)用當(dāng)中，經(jīng)常會調(diào)用到很多的MATLAB工具箱函數(shù)，而對于MATLAB 5.3版本以后新增的函數(shù)或者M(jìn)ATLAB工具箱函數(shù)，MATCOM并沒有提供相對應(yīng)的函數(shù)。這時(shí)可以采用的解決辦法是：將用到的函數(shù)對應(yīng)的M文件(可從MATLAB安裝目錄中獲得)拷貝到與待轉(zhuǎn)化的M文件同一個(gè)目錄下，MATCOM會自動進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析并轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化完成后只需將生成的頭文件和源文件一起放到VC工程中就可以了。筆者在車牌識別系統(tǒng)中采用這種方法有效縮短了系統(tǒng)開發(fā)的周期和效率。
參考文獻(xiàn)
[1] MathTools Ltd. MIDEVA， MATCOM & visual MATCOM installation guide (V4.5 release).1999.
[2] 劉維.精通Matlab與C++混合程序設(shè)計(jì)[M].(第2版). 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008：257-315.
[3] 羅蛟龍，張鵬，張維競.Visual C++下強(qiáng)大的科學(xué)運(yùn)算函數(shù)庫—MATCOM之Matrix
26(12)：152-154.
[4] MathTools Ltd. Matrix