摘? 要: 介紹了VB與MATLAB混合編程" title="混合編程">混合編程的方法,二者結合可以充分利用VB的方便快捷和MATLAB軟件工具箱的強大功能。
關鍵詞: VB? VC++" title="C++">C++? MATLAB? DLL 編譯? MATLAB Add-in
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MATLAB是MathWorks公司開發的科學計算環境,具有強大的計算繪圖能力,提供大量的函數庫、工具箱,幾乎涵蓋了所有的工程計算領域,被譽為“演算紙”式的工程計算工具。但是MATLAB語言是一種解釋執行的腳本語言,運算速度較慢是一個比較突出的問題。
Visual Basic作為一門易學易用的編程語言,受到很多工程技術人員的青睞,其執行速度相對較快,界面友好。因此實現VB與MATLAB混合編程,可以為科研工作和工程應用提供有力的技術支持。
1 基本思路及實現方法
MATLAB提供了與C++、Fortran的程序接口,并沒有提供直接與VB的接口。目前VB與MATLAB混合編程方面主要使用以下一些方法:
(1)在VB中通過調用MATLAB的引擎(Engine)接口,使用Windows的OLE或ActiveX通道與MATLAB通信。通過Object.Execute(MATLAB語句)在程序中直接使用MATLAB提供的函數庫和圖形庫。這種方法可以較快地編寫出程序;但在調用引擎時,會在后臺啟動一個MATLAB進程,影響程序運行速度,占用內存。
(2)通過使用嵌入VB的矩陣函數庫MatrixVB的方法。MatrixVB是由原MathTools公司開發的第三方插件,利用與MATLAB相似的函數、語法嵌入到VB中,可以象使用VB的函數、命令一樣使用MATLAB函數。這種方法語法和函數使用比較簡單,編程效率很高,幾乎完全融入VB語言,特別對圖形的處理非常方便,彌補了其他方法在圖形處理上的弱點。安裝后,只需在打開的工程中添加MatrixVB庫即可(在工程->引用對話框" title="對話框">對話框中選中MMatrix)。但由于其仍然采用解釋執行,執行效率較低,實時運算難以實現。
(3)借助Visual C++與MATLAB的接口,將MATLAB的程序文件(.M)編譯為動態鏈接庫(.DLL),VB在代碼中調用生成的.DLL中的函數,實現算法,便于用戶脫離MATLAB環境使用。由于算法部分采用C++語句,運行速度較快,可應用于實時運算。這種方法對開發者在設置和編程上有一定要求,本文將詳細闡述具體實現步驟。其基本思路如圖1所示。
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第一步,編寫M文件。在MATLAB中打開Editor,按照MATLAB程序格式輸入代碼,實現算法,調試成功。注意:M文件必須以Function開始,避免在VC++中出現轉換錯誤。
第二步,使用MATLAB6.0新提供的編譯插件MATLAB Add-in在VC++中轉換為C文件。在轉換前做好MATLAB與VC++的接口連接。步驟如下:
·在MATLAB中運行“mex -setup”,選擇Microsoft Visual C/C++ version 6.0選項,安裝MATLAB Add-in文件到VC++目錄,確認;接著運行“mbuild -setup”,選擇Microsoft Visual C/C++ version 6.0作為本地默認編譯器;然后在MATLAB下運行“cd(prefdir)”和“mccsavepath”命令,MATLAB Add-in可以脫離MATLAB環境找到MATLAB路徑。
·在VC++中選擇“工具(tools)->定制(customize)->附加項和宏文件(Add-ins and Macro Files)頁”,選中“MATLAB Add-in”。這樣,在VC++工具欄出現MATLAB Add-in圖標,在VC++新建工程對話框中會出現“MATLAB Project Wizard”。至此連接工作完成。
·打開VC++,在新建工程中選擇“MATLAB Project Wizard”,按照提示,選擇“Shalled M-dll”,輸入M文件位置,VC++開始轉換。如果M文件沒有錯誤,在工程文件夾中會生成一系列.C文件。其中與M文件同名的.C文件即為轉換的C代碼。
第三步,編譯DLL文件(強烈建議不要對剛剛生成的C代碼作任何修改)。選擇“編譯”菜單,構建.DLL文件,在文件夾中會生成與工程名相同的DLL文件。
第四步,在VB中調用DLL文件。在第二步生成的C代碼中找到所要的接口函數" title="接口函數">接口函數,注意大小寫,記下函數名。在VB中使用Declare語句聲明這個函數。在窗體的“通用-聲明”輸入如下語法:
Declare Function /Sub <函數名> Lib “
在程序代碼中直接調用聲明的函數即可。需要注意的是函數調用過程中的參數傳遞" title="參數傳遞">參數傳遞問題。由于VB和C的數據類型以及參數傳遞形式不太一樣,傳遞不當,可能會造成調試困難。特別是MATLAB中用到的大量矩陣(數組)參數,調用需十分當心。本文在下面例子中采用文件方式傳遞參數,利用VB和MATLAB的文件讀寫功能傳遞數組參數,對于實時性要求不高的應用,可以方便穩妥地實現數據傳遞。
2 應用舉例
在VB中利用隨機數生成16個10以內的整數,作為一個信號序列,利用MATLAB的快速傅立葉變換函數(FFT())對序列進行變換,再將變換結果傳遞回VB,并顯示在窗體上。
在MATLAB中編輯好M文件(test.m),實現讀取序列文件及FFT并寫回序列文件,調試成功。代碼如下:
function t
fid=fopen(＇t.txt＇,＇rt+＇); ???? %以讀寫文本方式打開文件
[a,count]=fscanf(fid,＇%d＇); %文件以整數格式讀入矩陣a
????m=fft(a,count);? ??????????????? %FFT運算
frewind(fid);? ??????????????????? %文件指針指向文件頭
fprintf(fid,＇%fn＇,m);???????????%向文件寫入矩陣m
fclose(fid);
按照前述步驟在VC++中轉換為test.c文件,找到接口函數,本例為mlfTest()。
void mlfTest(void) {
??? mlfEnterNewContext(0, 0);
??? Mtest();
??? mlfRestorePreviousContext(0, 0);
}
編譯生成test.dll文件。
在VB中生成隨機序列并寫入文件:
Private Sub Command1_Click()
Randomize
Dim i As Integer
Dim a As Integer
Dim b As String
Text1.Text = ″″
Open App.Path & ″t.txt ″ For Output As #1
For i = 1 To 16
????a = Int(10 * Rnd)
???? Print #1, LTrim(a)
??????? b = b & Str(a) & Chr(13) & Chr(10)
Next i
Text1.Text = b
Close #1
End Sub
聲明mlfTest()函數:
Private Declare Sub mlfTest Lib ″G:testdlldll.dll″ ()
調用該函數的事件代碼:
Private Sub Command2_Click()
MlfTest?? ＇調用函數
End Sub
本例中未向函數傳遞參數,也無需函數返回運算結果,故采用調用子程序過程(Sub)方式直接調用。結果由VB讀取文件獲得:
Private Sub Command3_Click()
Dim str1 As String
Dim str2 As String
Text2.Text = ″″
Open App.Path & ″t.txt″ For Input As #1
Do While Not EOF(1)
? Line Input #1, str1
??? str2 = str2 & str1 & Chr(13) & Chr(10)
Loop
Text2.Text = str2
Close #1
End Sub
本例在Windows XP、VB6.0、VC++6.0、MATLAB6.5下調試通過。VB與MATLAB的混合編程,可以脫離MATLAB環境運行,有利于程序發布及使用。通過二者結合,減少了設計算法的時間,降低了編程難度,同時兼顧了代碼安全和界面友好。程序界面如圖2所示。
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參考文獻
1 朱東海. Visual C++ 6使用詳解[M]. 北京:機械工業出版社,1999
2 飛思科技產品研發中心.MATLAB6.5應用接口編程[M].?北京:電子工業出版社,2003
3 林丕源,周 權,祝勝林. VB應用程序中基于MATLAB的數字處理解決方案[J].計算機應用與軟件, 2003;(2):68～69