VS2008是當前主流的應用程式開發環境之一，開發環境強大，開發的程式執行速度快。但在科學計算方面函式庫顯得不夠豐富、讀取、顯示資料圖形不方便。Matlab是一款將數值分析、矩陣計算、訊號處理和圖形顯示結合在一起，包含大量高度整合的函式可供呼叫，適合科學研究、工程設計等眾多學科領域使用的一種簡潔、高效的程式設計工具。不過由於Matlab使用的是解釋性語言，大大限制了它的執行速度和應用場合。基於VC和Matlab混合程式設計是很多熟悉VC++程式設計而又需要進行科學計算、資料模擬的科研人員常用的一種方式，其中最簡單也最直接的方法就是呼叫Matlab引擎。本文以下部分將詳細介紹通過VS2008呼叫Matlab2007a引擎來達到VC與Matlab資料共享程式設計的方法。 1. 什麼是Matlab引擎 所謂Matlab引擎（engine），是指一組Matlab提供的介面函式，支援C/C++、Fortran等語言，通過這些介面函式，使用者可以在其它程式設計環境中實現對Matlab的控制。可以主要功能有： ★ 開啟/關閉一個Matlab對話； ★ 向Matlab環境傳送命令字串； ★ 從Matlab環境中讀取資料； ★ 向Matlab環境中寫入資料。 與其它各種介面相比，引擎所提供的Matlab功能支援是最全面的。通過引擎方式，應用程式會開啟一個新的Matlab程序，可以控制它完成任何計算和繪圖操作。對所有的資料結構提供100%的支援。同時，引擎方式開啟的Matlab程序會在工作列顯示自己的圖示，開啟該視窗，可以觀察主程式通過engine方式控制Matlab執行的流程，並可在其中輸入任何Matlab命令。 實際上，通過引擎方式建立的對話，是將Matlab以ActiveX控制元件方式啟動的。在Matlab初次安裝時，會自動執行一次： matlab /regserver   將自己在系統的控制元件庫中註冊。如果因為特殊原因，無法開啟Matlab引擎，可以在Dos命令提示符後執行上述命令，重新註冊。   2. 配置編譯器 要在VC中成功編譯Matlab引擎程式，必須包含引擎標頭檔案engine.h並引入Matlab對應的庫檔案libmx.lib、libmat.lib、libeng.lib。具體的說，開啟一個工程後，做如下設定： 1) 通過選單工具/選項，開啟選項頁，點選專案和解決方案，然後在頁面右面“顯示以下內容的目錄”下拉列表框中選擇“包含檔案”，新增路徑："D:\Program files\MATLAB\R2007a\extern\include"。 2) 選擇“庫檔案”，新增路徑：d:\Program Files\MATLAB\R2007a\extern\lib\win32\microsoft。 3) 右擊工程/屬性，開啟專案屬性頁，選擇連結器/輸入，在附加依賴項編輯框中，新增檔名libmx.lib libmat.lib libeng.lib。 以上步驟1)、2)只需設定一次，而步驟3)對每個專案都要單獨設定。 3. 引擎API詳解 在呼叫Matlab引擎之前，首先應在相關檔案中加入一行：#include "enging.h"，該檔案包含了引擎API函式的說明和所需資料結構的定義。可以在VC中呼叫的引擎函式分別如下： 3.1 引擎的開啟和關閉 engOpen－開啟Matlab engine 函式宣告： Engine *engOpen(const char *startcmd); 引數startcmd是用來啟動Matlab引擎的字串引數，在Windows作業系統中只能為NULL。 函式返回值是一個Engine型別的指標，它是在engine.h中定義的engine資料結構。 EngClose－關閉Matlab 引擎 函式宣告： int engClose(Engine *ep); 引數ep代表要被關閉的引擎指標。 函式返回值為0表示關閉成功，返回1表示發生錯誤。 例如，通常用來開啟/關閉Matlab引擎的程式碼如下： Engine *ep; //定義Matlab引擎指標。 if (!(ep=engOpen(NULL))) //測試是否啟動Matlab引擎成功。 { MessageBox("Can't start Matlab engine!" ); exit(1); } . ………… engClose(ep); //關閉Matlab引擎。 3.2 向Matlab傳送命令字串 engString－傳送命令讓Matlab執行。 函式宣告： int engString(Engine *ep, Const char *string); 引數ep為函式engOpen返回的引擎指標，字串string為要matlab執行的命令。 函式返回值為0表示成功執行，返回1說明執行失敗（如命令不能被Matlab正確解釋或Matlab引擎已經關閉了）。 3.3 獲取Matlab命令視窗的輸出 要在VC中獲得函式engString傳送的命令字串被Matlab執行後在matlab視窗中的輸出，可以呼叫engOUtputBuffer函式。 函式宣告： int engOutputBuffer(Engine *ep, char *p, int n); 引數ep為Matlab引擎指標，p為用來儲存輸出結構的緩衝區，n為最大儲存的字元個數，通常就是緩衝區p的大小。該函式執行後，接下來的engString函式所引起的命令列輸出結果會在緩衝區p中儲存。如果要停止儲存，只需呼叫程式碼：engOutputBuffer(ep, NULL, 0)。 3.4 讀寫Matlab資料 3.4.1從Matlab引擎工作空間中獲取變數。 mxArray *engGetVariable(Engine *ep, const char *name); 引數ep為開啟的Matlab引擎指標，name為以字串形式指定的陣列名。 函式返回值是指向name陣列的指標，型別為mxArray*（mxArray資料型別在本文第4節詳細簡介）。 3.4.2 向Matlab引擎工作空間寫入變數。 int engPutVariable(Engine *ep, const char *name, const mxArray *mp); 引數ep為開啟的Matlab引擎指標，mp為指向被寫入變數的指標，name為變數寫入後在Matlab引擎工作空間中的變數名。 函式返回值為0表示寫入變數成功，返回值為1表示發生錯誤。 3.5 呼叫引擎時顯示/隱藏Matlab主視窗 預設情況下，以engine方式呼叫Matlab的時候，會開啟Matlab主視窗，可在其中隨意操作。但有時也會干擾應用程式的執行，可用以下設定是否顯示該視窗。 int engSetVisible(Engine *ep, bool value); 引數ep為開啟的Matlab引擎指標，value為是否顯示的標誌，取值true（或1）表示顯示Matlab視窗，取值false（或0）表示隱藏Matlab視窗。 函式返回值為0表示設定成功，為1表示有錯誤發生。 要獲得當前Matlab視窗的顯示/隱藏情況，可以呼叫函式： int engGetVisible(Engine *ep, bool *value); 引數ep為開啟的Matlab引擎指標，Value為用來儲存顯示/隱藏情況的變數（採用指標方式傳遞）。 函式返回值為0表示獲取成功，為1表示有錯誤發生。 4. 資料型別mxArray的操作 在上節的Matlab引擎函式中，所有與變數有關的資料型別都是mxArray型別。資料結構mxArray以及大量的mx開頭的函式，廣泛用於Matlab 引擎程式和Matlab C數學庫中。mxArray是一種很複雜的資料結構，與Matlab中的array相對應，我們只需熟悉Matlab的array型別和幾個常用的mxArray函式即可。 在VC中，所有和Matlab的資料互動都是通過mxArray來實現的，在使用mxArray型別的程式中，應包含標頭檔案matrix.h，不過在引擎程式中，一般會包含標頭檔案engine.h，該檔案裡面已經包含了matrix.h，因此無需重複包含。 4.1 建立和清除mxArray型資料 Matlab有很多種變數型別，對應於每種型別，基本上都有一個函式用於建立，但它們都有相同的資料結構，就是mxArray。 陣列的建立採用mxCreatexxx形式的函式，例如新建一個double型別陣列，可用函式mxCreateDoubleMatrix，函式形式如下： mxArray *mxCreateDoubleMatrix(int m, int n, mxComplexity ComplexFlag); 引數m和n為矩陣的函式和列數。ComplexFlag為常數，用來區分矩陣中元素是實數還是複數，取值分別為mxREAL和mxCOMPLEX。 例如，建立一個3行5列的二維實數陣列，可用如下語句： mxArray *T = mxCreateDoubleMatrix(3, 5, mxREAL); 對應的，要刪除一個數組mxDestroyArray，該函式宣告如下： void mxDestroyArray(mxArray *array_ptr); 引數array_ptr為要刪除的陣列指標。 例如，要刪除上面建立的陣列T，可用如下語句： mxDestroyArray(T); 類似的建立函式還有： mxArray *mxCreateString(const char *str); 建立一個字串型別並初始化為str字串。 一般的在VC與Matlab互動中，以上兩種型別就夠了，其它型別陣列的建立這裡不再介紹。 4.2 管理mxArray資料型別 4.2.1 管理mxArray資料大小 要獲得mxArray陣列每一維上元素的個數，可以用mxGetM和mxGetN函式。其中mxGetM用來獲得陣列第一維的元素個數，對於矩陣來說就是行數。 int mxGetM(const mxArray *array_ptr); //返回array_ptr對應陣列第一維的元素個數（行數） int mxGetN(const mxArray *array_ptr); //返回array_ptr對應陣列其它維的元素個數，對於矩陣來說是列數。對於多維陣列來說是從第2維到最後一維的各維元素個數的乘積。 要獲得某一特定維的元素個數，則要用函式： const int *mxGetDimensions(const mxArray *array_ptr); 該函式返回array_ptr各維的元素個數儲存在一個int陣列中返回。對於常用的矩陣來說，用mxGetM和mxGetN兩個函式就可以了。 另外還可以通過mxGetNumberOfDimensions來獲得陣列的總的維數，用mxSetM、mxSetN設定矩陣的行數和列數，函式說明如下：

mxGetNumberOfDimensions(const mxArray *array_ptr); //返回陣列的維數 void mxSetM(mxArray *array_ptr, int m); //設定陣列為m行 void mxSetN(mxArray *array_ptr, int n); //設定陣列為n列

4.2.2 判斷mxArray陣列型別 在對mxArray型別的變數進行操作之前，可以驗證以下其中的陣列的資料型別，比如是否為double陣列、整數、字串、邏輯值等，以及是否為某種結構、類、或者是特殊型別，比如是否為空陣列，是否為inf、NaN等。常見的判斷函式有：

  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); …… ……

這些函式比較簡單，意義自明，不再解釋。 4.2.3 管理mxArray陣列的資料 對於常用的double型別的陣列，可以用mxGetPr和mxGetPi兩個函式分別獲得其實部和虛部的資料指標，這兩個函式的宣告如下：

  double *mxGetPr(const mxArray *array_ptr); //返回陣列array_ptr的實部指標 double *mxGetPi(const mxArray *array_ptr); //返回陣列array_ptr的虛部指標

這樣，就可以通過獲得的指標對mxArray型別的陣列中的資料進行讀寫操作。例如可以用函式engGetVariable從Matlab工作空間讀入mxArray型別的陣列，然後用mxGetPr和mxGetPi獲得資料指標，對並其中的資料進行處理，最後呼叫engPutVariable函式將修改後的陣列重新寫入到Matlab工作空間。具體實現見第5節程式例項。

5. 程式例項 對大部分軟體研發人員來說利用VC程式設計方便、高效，但是要顯示資料圖形就不那麼容易了，這時候不防藉助Matlab引擎輔助畫圖做資料分析。下面通過例項演示如何利用VC呼叫Matlab繪圖，程式的主要功能是在VC中對陣列x計算函式值y＝sin(x) ±log(x)，然後呼叫Matlab繪製y對x的圖形。 在VC中新建工程，編寫程式碼如下：

    #include <cstdio>

#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++) //計算陣列x和y { x[i] = (i+1); y[i] = sin(x[i]) + j * log(x[i]);

j *= -1; } Engine *ep; //定義Matlab引擎指標。 if (!(ep=engOpen(NULL))) //測試是否啟動Matlab引擎成功。 { cout <<"Can't start Matlab engine!" <<endl; exit(1); }

//定義mxArray，為行，N列的實數陣列。 mxArray *xx = mxCreateDoubleMatrix(1,N, mxREAL); mxArray *yy = mxCreateDoubleMatrix(1,N, mxREAL); //同上。

memcpy(mxGetPr(xx), x, N*sizeof(double)); //將陣列x複製到mxarray陣列xx中。 memcpy(mxGetPr(yy), y, N*sizeof(double)); //將陣列x複製到mxarray陣列yy中。

engPutVariable(ep, "xx",xx); //將mxArray陣列xx寫入到Matlab工作空間，命名為xx。 engPutVariable(ep, "yy",yy); //將mxArray陣列yy寫入到Matlab工作空間，命名為yy。

//向Matlab引擎傳送畫圖命令。plot為Matlab的畫圖函式，參見Matlab相關文件。 engString(ep, "plot(xx, yy); "); mxDestroyArray(xx); //銷燬mxArray陣列xx和yy。 mxDestroyArray(yy);

cout <<"Press any key to exit!" <<endl; cin.get(); engClose(ep); //關閉Matlab引擎。 }

     另外一個例子：

    #include "engine.h"     #include <cstdlib>     #include <cstring>     #include<stdio.h>     //#include "matlab.h"     using namespace std;     int main()     {      {       Engine *ep;       if(!(ep=engOpen("\0"))) //開啟Matlab引擎，建立與本地Matlab的連線       {        fprintf(stderr,"\n Can't start MATLAB engine\n");        exit(-1);       }       static double Areal[6]={1,2,3,4,5,6};

      mxArray *T=NULL,*a=NULL,*d=NULL;

      double time[10]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};

      T=mxCreateDoubleMatrix(1,10,mxREAL);

      memcpy((char*)mxGetPr(T),(char*)time,10*sizeof(double));

      engPutVariable(ep,"T",T);

      eng_rString(ep,"D=.5.*(-9.8).*T.^5;");

      eng_rString(ep,"plot(T,D);");       return 0;      }     }

6. 小結 本文詳細的介紹了Matlab引擎使用方法並演示了一個簡單的利用VC呼叫Matlab畫圖的程式例項。大多數時候，程式設計師可以利用Matlab強大的資料讀寫、顯示能力和VC程式設計的高效率。例如，在Matlab中要讀入一幅任意格式的影象均只需一條命令i=imread('test.jp');影象資料矩陣便存放在了二維陣列i中，可以通過VC讀入該陣列進行相關處理再呼叫Matlab顯示，這種混合程式設計方式能大大提高工作效率。 當然，利用VC編譯的Matlab引擎程式，執行環境中還必須Matlab的支援，如果要編譯完全脫離Matlab的程式，可採用其它方式，如利用第三方Matcom程式編譯獨立的可執行程式等