摘 要： 研究了基于MATCOM的MATLAB與VC混合編程技術，提出了一種簡便的設置MATCOM環境的方法，介紹了MATCOM提供的一個方便調試工具——矩陣查看器及其具體使用方法。結合實例，詳細介紹了基于MATCOM的混合編程的實現途徑，對擴展MATCOM的功能提出了一種獨到的解決辦法。
　　關鍵詞： MATCOM；MATLAB；VC；混合編程

 　　MATLAB是MathWorks公司推出的數學軟件，它將數值分析、矩陣計算、信號處理、數據采集和圖形顯示結合在一起，包含大量高度集成的函數可供調用。現在，MATLAB幾乎在各個領域都得到了廣泛的應用，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行速度，而且用MATLAB開發的程序只局限于MATLAB運行環境而不能作為商業軟件。
　　VC作為Windows平臺下主要的應用程序開發環境之一，能方便實現軟件開發，但在工程計算及可視化方面，與MATLAB相比編程顯得復雜很多，因此，將VC與MATLAB混合編程，必將為軟件開發帶來便利。
　　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新建一個基于對話框的程序TestMatcom。
1 MATCOM簡介
    MathTools公司有一系列的產品，包括MIDEVA、MATCOM、Visual MATCOM、Matrix 。其中Matrix 是所有產品的核心，它是一個C++數學圖形圖像庫，里面包含了約600個經過嚴格測試的函數，是實現將M文件轉化為C++文件的基礎。MATCOM是基于Matrix 的一個編譯器，Visual MATCOM可以看成是一個集成到VC環境中的MATCOM。而MIDEVA是M文件的解釋器和集成開發環境，它通過一個完整而強大的開發和運行M文件的環境包含并拓展了MATCOM的功能，可以和MATLAB相媲美。為了方便，通常將MathTools公司的這些產品統稱為MATCOM。本文在不引起混淆的情況下不作區分。
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[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個文件，在Windows操作系統的system32目錄下可找到v4501v.dll和ago4501.dll這2個文件。將這4個文件拷貝到TestMatcom工程中再做如下配置即可：
　　(1)在VC的FileView標簽中的Resource Files目錄上點擊右鍵->Add Files to Folder->文件類型選擇“Library Files(.lib)”->選中v4501v.lib ->點擊“OK”即添加成功。
    (2)在需要使用MATCOM函數的文件中添加#include "matlib.h"。本文示例在TestMatcomDlg.cpp中添加。
    (3)在使用MATCOM的函數之前，添加初始化語句：initM(MATCOM_VERSION)。本文示例在void CTestMatcomDlg：：OnPaint()函數中添加。
    (4)在使用MATCOM的函數之后，添加釋放資源語句：exitM()。本文示例也在void CTestMatcomDlg：：OnPaint()函數中添加。
    為了使Visual MATCOM可用，也需做相應的配置，參考文獻[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工具欄中有個眼鏡按鈕，這個就是矩陣查看器。在調試模式下可以通過它查看MATCOM矩陣的值，這對VC程序調試是非常方便的。在VC中，指針變量和數組尤其是二維及以上的指針變量和數組的元素值是不方便查看的。有了這個工具，就可以將需要查看的指針變量或數組的值傳遞給MATCOM矩陣，然后在矩陣查看器中查看[3]。具體的查看方法是：在相應位置設置斷點，當VC程序運行到斷點停下后，點擊矩陣查看器按鈕，然后在矩陣名對話框里輸入矩陣名，并點擊Reload按鈕，矩陣的內容即可顯示出來。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個二維數組*/
    double a[2][3]={1，2，3，4，5，6}； 
    /*定義1個Mm 矩陣，
    并初始化為2行3列，元素都為0*/
    Mm ma=zeros(2，3)； 
    /*將數組元素復制到ma中*/ 
    memcpy((char*)ma.addr( )，(char*)a，6*sizeof(double))；
4 混合編程的實現
　　混合編程有不同的實現途徑，本文將其分為二大類。
4.1 將M文件轉化為C++代碼
　　M文件可分為腳本文件和函數文件兩大類。這兩者的混合編程實現步驟略有不同。現以2個示例說明。
    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這個文件，然后點擊OK.轉化成功后可以在C：\matcom45\Debug下找到wires.cpp這個文件。打開這個文件，可以看到內容為(刪去不需要的代碼，注釋為筆者添加，欲全面了解M文件與其對應的CPP文件的關系，可以參考文獻[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的點乘操作在VC里面通過times函數實現。*/
　　y=times(times(cos(5.0*t)，cos(7.0*t))，cos(11.0*t))；
　　plot((CL(x)，y))；/*輸入參數個數不定時，需用CL函數。注意y不用加CL()*/
  　可以看出，經MATCOM轉化后的C++代碼和M代碼幾乎句句對應，可讀性強。將以上內容拷貝到void CTestMatcomDlg：：OnPaint()函數中，編譯運行即可得到所需的結果。
    例2：
      %CreateMagic.m
  　　function result=CreateMagic(n)
      result=magic(n)；
　　用MATCOM成功轉化后可以在Debug目錄下找到CreateMagic.cpp和CreateMagic.h這2個文件。將其添加進TestMatcom工程中并在TestMatcomDlg.cpp中添加1句：#include“CreateMagic.h”同時在消息響應函數中添加代碼：“Mm a=5； Mm b=CreateMagic(a)；”可驗證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文件轉化為DLL
　　出于代碼保密等原因，有時需要將M文件轉化為DLL以供其他程序調用，這時可以利用MATCOM的Compile to dll功能來實現。
    示例：
       %Exchange2.m
       function[c，d]=Exchange2(a，b)
       c=b；
       d=a；
    通過File->Compile to dll將該M文件轉化為dll，在Debug目錄下可找到Exchange2.lib和Exchange2.dll這2個文件，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Exchange2轉化成了Exchange2_v函數，該函數的第1個參數emsg用于傳遞1個消息字符串，可賦值為NULL；第2個參數nlhs是Exchange2函數定義的輸出參數的個數；第3個參數plhs[]是指向輸出參數的指針數組；第4個參數nrhs是Exchange2函數中定義的輸入參數的個數；第5個參數prhs[ ]是指向輸入參數的指針數組。
    在消息響應函數中添加如下代碼：
　　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
　　//調用dll函數
　　Exchange2_v(NULL， 2， Output， 2，Input)；
    //查看第1個輸出參數的結果
　　Mm lookOutput1=*Output[0]；
　　//查看第2個輸出參數的結果
　　Mm lookOutput2=*Output[1]；
　　即實現了調用dll里的Exchange2_v函數。
    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，筆者認為是實現MATLAB與VC混合編程的最優途徑。在實際工程應用當中，經常會調用到很多的MATLAB工具箱函數，而對于MATLAB 5.3版本以后新增的函數或者MATLAB工具箱函數，MATCOM并沒有提供相對應的函數。這時可以采用的解決辦法是：將用到的函數對應的M文件(可從MATLAB安裝目錄中獲得)拷貝到與待轉化的M文件同一個目錄下，MATCOM會自動進行關聯分析并轉化。轉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中采用這種方法有效縮短了系統開發的周期和效率。
參考文獻
[1] MathTools Ltd. MIDEVA， MATCOM & visual MATCOM installation guide (V4.5 release).1999.
[2] 劉維.精通Matlab與C++混合程序設計[M].(第2版). 北京：北京航空航天大學出版社，2008：257-315.
[3] 羅蛟龍，張鵬，張維競.Visual C++下強大的科學運算函數庫—MATCOM之Matrix [J].計算機工程，2000，
26(12)：152-154.
[4] MathTools Ltd. Matrix user’s guide(V4.5 release). 1999.