介绍MATLAB与C++的几种接口方式

matlab调用c++，应该用mex把cpp编译成 .mex文件供MATLAB在命令行方式下调用吧

看下面这片文章
文章: 摘自北京理工大学BBS
MATLAB是什么东东？不用我多说了，大批的高手会告诉你它的无数好处。但是MATLAB程序存在的一般问题是：
1、运算速度较慢，特别是有for i=1:???
    for j=1:???
    ......
    end
end时，那你就死定了。
2、无法脱离MATLAB环境运行，虽然你可以用MATLAB自带的工具把M文件转成可执行程序，但是执行时，你只能看到一个黑黑的窗口，难道，这就是......Windows? $%&%^$##%&。
3、GUI功能差。许多大侠不愿意看到2中所述的DOS-Windows界面，于是使用了MATLAB带的GUI生成工具。（不要扔臭鸡蛋！我知道你用Graphic Editor改了一下界面，发现以前的工作全都白做了——因为被覆盖了，西西）但是MATLAB提供的控件和事件实在有限。GUI界面做好后放在机器里，向尚未进实验室的师妹（们）炫耀一下，还勉强可以增加一些魅力值。如果被专家看到了，西西。只怕效果不太美妙。
因此，如果能够实现MATLAB与VC或者BC或者C++BUILDER等可视化设计语言的交互，提高速度，美化界面，使程序更符合Windows的规范，同时又利用MATLAB的强大功能，对任何人来说都很有意义。
我在课题中涉及到了部分MATLAB与C++的接口知识，在这里总结出来，算是抛砖引玉吧。其中错误以及偏颇的地方，尚请各位大侠以及高手多多指教，谢谢！

（一）接口种类
用C++（或者C）语言操作MATLAB，有三种途径：
·MEX文件
在MATLAB中可调用的C或Fortran语言程序称为MEX文件。MATLAB可以直接把MEX文件视为它的内建函数进行调用。MEX文件是动态链接的子例程，MATLAB解释器可以自动载入并执行它。MEX文件主要有以下用途：
对于大量现有的C或者Fortran程序可以无须改写成MATLAB专用的M文件格式而在MATLAB中执行。
对于那些MATLAB运算速度过慢的算法，可以用C或者Frotran语言编写以提高效率。
·MAT文件应用程序
MAT文件是MATLAB专用的用于保存数据至磁盘和向MATLAB导入、从MATLAB导出数据的数据文件格式。MAT文件提供了一种简便的机制，它允许你在两个平台之间以灵活的方式移动数据。而且，它还提供了一种途径来向其它单机MATLAB应用导入或者导出数据。
为了简化在MATLAB环境之外对MAT文件的使用，MATLAB给出了一个操作例程库，通过它，我们可以使用C/C++或者Fortran程序读写MAT文件。
·引擎应用程序
MATLAB提供了一系列的例程使得别的程序可以调用MATLAB，从而把MATLAB用作一个计算引擎。MATLAB引擎程序指的是那些通过管道（在UNIX系统中）或者ActiveX（在Windows系统中）与独立MATLAB进程进行通信的C/C++或者Fortran程序。
MATLAB同样提供了一个函数库来启动或者结束MATLAB进程、与MATLAB交换数据以及发送MATLAB命令。

（二）MEX文件
1、一个MEX的例子
#include "mex.h"



void timestwo(double y[], double x[])
{
y[0] = 2.0*x[0];
}
  

void mexFunction( int nlhs, mxArray *plhs[],
int nrhs, const mxArray *prhs[] )
  

  
{
double *x,*y;
int mrows,ncols;

if(nrhs!=1) {
mexErrMsgTxt("One input required.");
} else if(nlhs>1) {
mexErrMsgTxt("Too many output arguments");
}
  

    输出参数ans，所以nlhs可以=0 */

  
mrows = mxGetM(prhs[0]);
ncols = mxGetN(prhs[0]);
if( !mxIsDouble(prhs[0]) || mxIsComplex(prhs[0]) ||
!(mrows==1 && ncols==1) ) {
mexErrMsgTxt("Input must be a noncomplex scalar double.");
}
  

plhs[0] = mxCreateDoubleMatrix(mrows,ncols, mxREAL);

x = mxGetPr(prhs[0]);
y = mxGetPr(plhs[0]);

timestwo(y,x);
}
  
把上面这个文件用MEX编译后，MATLAB命令行下调用的实例
x = 2;
y = timestwo(x)
y =
y =
4
  
2、MEX文件的编程规则
    （1）编制自己的C++算法程序
    （2）紧跟着定义mexFunction函数，mexFunction的定义法唯一：
它只能是如下形式:
    void mexFunction( int nlhs, mxArray *plhs[],
    int nrhs, const mxArray *prhs[] )
其名称和参数类型不许有任何改变，在mexFunciton函数中可以调用你刚定义好的C++程序。
3、MEX文件的编译
MATLAB提供了专门编译MEX文件的工具：mex，它可以把你做好的C++源程序编译成 .mex文件供MATLAB在命令行方式下调用。调用时输入你的C++函数名（上例中为timestwo）。具体mex的设置和使用方法可以在MATLAB命令行方式下用help mex命令获得。

（三）MAT文件
1、概述
.MAT文件是MATLAB专用的数据存储格式，由于MATLAB提供了一套可供MATLAB调用的API函数集，所以我们完全可以在C++中访问.MAT文件。这样做的意义是：你可以把计算过程留给MATLAB，而用C++对计算结果进行分析或者可视化处理。
2、接口
MATLAB提供的API函数集封装于下面两个标准DLL文件中：libmat.dll, libmx.dll。前者用于对MAT文件的操作，后者用于对MAT文件中矩阵的操作。他们的存放路径为：bin。
在externinclude中有与前面两个DLL对应的DEF文件：
libmat.edf, libmx.dbf。 其导出函数的原型位于同一目录下的
mat.h和matrix.h中
有了这些DLL、DEF、H文件，该怎么用C++调用API函数就不用我多说了吧。

3、MATLAB中常用的矩阵类型
·（复）双精度矩阵（Complex Double-Precision Matrices）
MATLAB中最常用的数据类型便是（复）双精度、非稀疏矩阵，这些矩阵的元素都是双精度（double）的，矩阵的尺寸为m×n，其中m是总行数，m是总列数。矩阵数据实际存放在两个双精度向量中——一个向量存放的是数据的实部，另一个向量存放的是数据的虚部。指向这两个向量的指针一般被写做“pr” （pointer to real data，指向实数据的指针）和“pi” （pointer to imaginary data，指向虚数据的指针）”。如果一个矩阵的pi为空的话，说明它是实双精度矩阵。
·稀疏矩阵（Sparse Matrices）
MATLAB中稀疏矩阵的存储格式与众不同。如同双精度矩阵一样，它拥有参数pr和pi，同时它还具用三个附加的参数：nzmax，ir以及jc。
nzmax是个整型数，其值为向量ir及pr、pi（如果存在的话）可能的最大长度。它是稀疏矩阵中不为零的元素的个数。
ir指向一个长度为nzmax的整型数阵列，阵列包含的是pr和pi中对应元素的行号。
jc指向一个长度为N+1的整型数阵列（N为矩阵的列数），其中包含的是列号信息。对于任意的j，如果0≤j≥N-1，jc[j]是第j列中第一个非零项在ir、pr（以及pi）中的序号，jc[j+1]-1是第j列最后一个非零项的序号。因此jc[N]总等于nnz——矩阵中非零项的总个数。如果nnz小于nzmax，可以继续向矩阵中添加非零项而无需分配额外的存储空间
。
4、主要函数举例：
·MATFile *matOpen(const char *filename, const char * mode)——打开/创建
·MATFile *matOpen(const char *filename, const char * mode)——打开/创建一个MAT文件；
·int matClose(MATFile *pMF)——关闭一个MAT文件；
·mxArray *mxCreateDoubleMatrix(int m, int n, mxComplexity flag)
    ——创建一个（复）双精度矩阵；
·mxArray *mxCreateSparse(int m, int n, int nzmax, mxComplexity flag)
    ——创建一个稀疏矩阵；
·mxArray *matGetNextArray(MATFile *pMF)——获得MAT文件里面下一个矩阵；
·const char *mxGetName(const mxArray *pa)——获得矩阵pa的名称；
·void mxSetName(mxArray *pa,const char *s)——为矩阵pa设置一个名称；
·int mxGetM(const mxArray *pa)——获得矩阵pa的总行数；
·int mxGetN(const mxArray *pa)——获得矩阵pa的总列数；
·double *mxGetPr(const mxArray *pa)——获得矩阵pa的pr指针；
·int *mxGetIr(const mxArray *pa)——获得稀疏矩阵pa的ir指针；
·int *mxGetJc(const mxArray *pa)——获得稀疏矩阵pa的jc指针；
·int matPutArray(MATFile * pMF, const mxArray * pA)
    ——把矩阵pA存储入MAT文件pMAF；
·void mxDestroyArray(mxArray *pa)——释放矩阵pa（把它从内存中撤销）；
5、两个例子：
·获取一个MAT文件中第一个矩阵的信息
·获取一个MAT文件中第一个矩阵的信息
    typedef struct {
    char szFileName[256];
    MATFile* pMatFile;
    mxArray* pArray;
    char szArrayName[64];
    char szErrMsg[256];
    unsigned int nArrayDim[2];
    bool bIsSparse;
    } MATFileStruct;
  
int GetMATFileStruct(MATFileStruct *pMAThdr)
{
    if((pMAThdr->pMatFile=matOpen(pMAThdr->szFileName,"r"))==NULL)
    { strcpy(pMAThdr->szErrMsg,"Can't open this mat file");
    return(0);
    }
  
    if((pMAThdr->pArray=matGetNextArray(pMAThdr->pMatFile))==NULL)
    { strcpy(pMAThdr->szErrMsg,"Can't get arrays");
    matClose(pMAThdr->pMatFile);
    return(0);
    }
    }
  
    pMAThdr->nArrayDim[0]=mxGetM(pMAThdr->pArray);
    pMAThdr->nArrayDim[1]=mxGetN(pMAThdr->pArray);
    strcpy(pMAThdr->szArrayName,mxGetName(pMAThdr->pArray));
    pMAThdr->bIsSparse=mxIsSparse(pMAThdr->pArray);
    mxDestroyArray(pMAThdr->pArray);
    matClose(pMAThdr->pMatFile);
    return(1);
}
  
·创建稀疏矩阵并赋值
    int i,j,k,m,n,nzmax,*ir,*jc;
    double *pr;
    unsigned short *pData;
    mxArray *pa; file://初始化。
    m=pLCMShdr->TrueHdr.nArrayDim[0]; file://获得原矩阵行数。
    n=pLCMShdr->TrueHdr.nArrayDim[1]; file://获得原矩阵列数。
    nzmax=0;
  
    for(i=0;i     { if(pData!=0)
    nzmax++;
    nzmax++;
    } file://计算数据中非零元个数。
    if(nzmax     nzmax=n;
  
    pa=mxCreateSparse(m,n,nzmax,mxREAL);
    mxSetName(pa,pLCMShdr->TrueHdr.szArrayName);
    pr=mxGetPr(pa); file://获得pa的pr指针。
    ir=mxGetIr(pa); file://获得pa的ir指针。
    jc=mxGetJc(pa); file://获得pa的jc指针。
  
    k=0;
    for(j=0;j     { jc[j]=k; file://jc[j]：截至到第j列非零元的个数。
    for(i=0;i { if(pData!=0) file://如果第j列第i行的元素是个非零元。
    { ir[k]=i; file://记录下第k个非零元的行号。
    k++;
    }
    }
    pData+=m; file://移动pData指针到下一列。
    }
  
    jc[n]=k; file://jc[n]等于矩阵中非零元的个数。
    matPutArray(pmat,pa); file://把稀疏矩阵pa存入MAT文件pmat。
    mxDestroyArray(pa); file://从内存中撤销矩阵pa。（五）引擎应用程序
1、简介
引擎应用程序的实质是把MATLAB做为一个引擎，它允许从你自己的C++程序调用这个引擎。在运行时，引擎作为一个进程单独运行，你的C++程序也作为一个进程单独运行，二者可以通过进程间的通信机制进行交互。
2、引擎库
MATLAB引擎库包含了若干个控制MATLAB引擎的函数，如下所示：

   engOpen 启动MATLAB引擎
    engClose 关闭MATLAB引擎
    engGetArray 从MATLAB引擎中获取一个MATLAB矩阵
    engPutArray 向MATLAB引擎发送一个MATLAB矩阵
    engEvalString 执行于一个MATLAB命令
    engOutputBuffer 创建一个存储MATLAB文本输出的缓冲区
    同时，引擎应用程序还可以使用前面提到的API函数。
3、一个例子
    从这个示例中，我们看出引擎应用程序是如何编制的：


#include
#include
#include
#include "engine.h"
#define BUFSIZE 256
int main()
{
Engine *ep;
mxArray *T = NULL, *result = NULL;
char buffer[BUFSIZE];
double time[10] = { 0.0, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0,
8.0, 9.0 };
8.0, 9.0 };
6-6

if (!(ep = engOpen(""))) {
fprintf(stderr, "nCan't start MATLAB enginen");
return EXIT_FAILURE;
}


T = mxCreateDoubleMatrix(1, 10, mxREAL);
mxSetName(T, "T");
memcpy((void *)mxGetPr(T), (void *)time, sizeof(time));

engPutArray(ep, T)

engEvalString(ep, "D = .5.*(–9.8).*T.^2;");

engEvalString(ep, "plot(T,D);");
engEvalString(ep, "title('Position vs. Time for a falling
object');");
engEvalString(ep, "xlabel('Time (seconds)');");
engEvalString(ep, "xlabel('Time (seconds)');");
engEvalString(ep, "ylabel('Position (meters)');");

printf("Hit return to continuenn");
fgetc(stdin);

printf("Done for Part I.n");
mxDestroyArray(T);
engEvalString(ep, "close;");

*/

engOutputBuffer(ep, buffer, BUFSIZE);
while (result == NULL) {
    char str[BUFSIZE];

    printf("Enter a MATLAB command to evaluate. This
    command shouldn");
    printf("create a variable X. This program will then
    determinen");
    printf("what kind of variable you created.n");
    printf("For example: X = 1:5n");
    printf(">> ");
    fgets(str, BUFSIZE–1, stdin);

    engEvalString(ep, str);
    engEvalString(ep, str);

    printf("%s", buffer+2);

    printf("nRetrieving X...n");
    if ((result = engGetArray(ep,"X")) == NULL)
    printf("Oops! You didn't create a variable X.nn");
    else
    printf("X is class %stn", mxGetClassName(result));
  
    }

printf("Done!n");
mxDestroyArray(result);
engClose(ep);
return EXIT_SUCCESS;
}

4、引擎应用程序的编译
对于象上例中的控制台程序，可以在MATLAB命令行中直接使用带-f参数的mex命令编译。
如果在普通win32 application中使用MATLAB引擎，情况则比较复杂。在Windows中，MATLAB引擎是通过ActiveX被调用的。因此你需要先Create一个OLE Automation Sever和一个OLE Client，然后通过OLE方式调用这个MATLAB引擎。具体做法可参阅相关MATLAB随机文档。

5、总结
MATLAB引擎的调用与其它引擎（例如数据库引擎）的调用很类似，其步骤是联接启动引擎，然后向引擎发送命令，获得引擎处理结果。
  
结束语
上面简要介绍了MATLAB与C++的几种接口方式，我们可以根据要求的不同采用相应的方式。
此外，MATLAB还提供了一个数学库，由此数学库，我们可以获得对MATLAB内部命令更多的访问权和更灵活的访问方式。具体内容可参考MATLAB的相关随机文档。
·参考文献
    1、MATLAB随机文档：apiguide.pdf
    2、MATLAB随机文档：apiref.pdf
    3、MATLAB随机文档：c_math_ref1.pdf
·致谢
感谢loverboy的鼓励，他声称要把这些帖子放到他的主页上，才使得我能够在短时间完成这篇接口问题的文章，西西。
·备注
    mex编译器在VC6下的设置可参阅本板19#文
Bluesky的意见：
VC程序员最好用visual matcom。VB用matrixVB mathtool在主页上提供免费试用，快去下吧。matlab的功能可在你的VC,VB中实现，而且只需两个dll即可发行。
要放在当前运行的目录下
主要是c里面一些参数的设置，如库的添加，lib路径的设定等。
还可以看matlab的帮助文件MATLAB/Using MATLAB/External Interfaces/API/Creating C Language MEX-Files/C MEX-Files，里面有张图讲了调用过程非常清楚。