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MATLAB是MathWorks公司开发的科学计算环境,具有强大的计算绘图能力,提供大量的函数库、工具箱,几乎涵盖了所有的工程计算领域,被誉为“演算纸”式的工程计算工具。但是MATLAB语言是一种解释执行的脚本语言,运算速度较慢是一个比较突出的问题。
Visual Basic作为一门易学易用的编程语言,受到很多工程技术人员的青睐,其执行速度相对较快,界面友好。因此实现VB与MATLAB混合编程,可以为科研工作和工程应用提供有力的技术支持。
1 基本思路及实现方法
MATLAB提供了与C++、Fortran的程序接口,并没有提供直接与VB的接口。目前VB与MATLAB混合编程方面主要使用以下一些方法:
(1)在VB中通过调用MATLAB的引擎(Engine)接口,使用Windows的OLE或ActiveX通道与MATLAB通信。通过Object.Execute(MATLAB语句)在程序中直接使用MATLAB提供的函数库和图形库。这种方法可以较快地编写出程序;但在调用引擎时,会在后台启动一个MATLAB进程,影响程序运行速度,占用内存。
(2)通过使用嵌入VB的矩阵函数库MatrixVB的方法。MatrixVB是由原MathTools公司开发的第三方插件,利用与MATLAB相似的函数、语法嵌入到VB中,可以象使用VB的函数、命令一样使用MATLAB函数。这种方法语法和函数使用比较简单,编程效率很高,几乎完全融入VB语言,特别对图形的处理非常方便,弥补了其他方法在图形处理上的弱点。安装后,只需在打开的工程中添加MatrixVB库即可(在工程->引用对话框中选中MMatrix)。但由于其仍然采用解释执行,执行效率较低,实时运算难以实现。
(3)借助Visual C++与MATLAB的接口,将MATLAB的程序文件(.M)编译为动态链接库(.DLL),VB在代码中调用生成的.DLL中的函数,实现算法,便于用户脱离MATLAB环境使用。由于算法部分采用C++语句,运行速度较快,可应用于实时运算。这种方法对开发者在设置和编程上有一定要求,本文将详细阐述具体实现步骤。其基本思路如图1所示。
第一步,编写M文件。在MATLAB中打开Editor,按照MATLAB程序格式输入代码,调试成功。注意:M文件必须以Function开始,避免在VC++中出现转换错误。
第二步,使用MATLAB6.0新提供的编译插件MATLAB Add-in在VC++中转换为C文件。在转换前做好MATLAB与VC++的接口连接。步骤如下:
·在MATLAB中运行“mex -setup”,选择Microsoft Visual C/C++ version 6.0选项,安装MATLAB Add-in文件到VC++目录,确认;接着运行“mbuild -setup”,选择Microsoft Visual C/C++ version 6.0作为本地默认编译器;然后在MATLAB下运行“cd(prefdir)”和“mccsavepath”命令,MATLAB Add-in可以脱离MATLAB环境找到MATLAB路径。
·在VC++中选择“工具(tools)->定制(customize)->附加项和宏文件(Add-ins and Macro Files)页”,选中“MATLAB Add-in”。这样,在VC++工具栏出现MATLAB Add-in图标,在VC++新建工程对话框中会出现“MATLAB Project Wizard”。至此连接工作完成。
·打开VC++,在新建工程中选择“MATLAB Project Wizard”,按照提示,选择“Shalled M-dll”,输入M文件位置,VC++开始转换。如果M文件没有错误,在工程文件夹中会生成一系列.C文件。其中与M文件同名的.C文件即为转换的C代码。
第三步,编译DLL文件(强烈建议不要对刚刚生成的C代码作任何修改)。选择“编译”菜单,构建.DLL文件,在文件夹中会生成与工程名相同的DLL文件。
第四步,在VB中调用DLL文件。在第二步生成的C代码中找到所要的接口函数,注意大小写,记下函数名。在VB中使用Declare语句声明这个函数。在窗体的“通用-声明”输入如下语法:
Declare Function /Sub <函数名> Lib “”Alias “<函数名>” (<参数表>) as (具体语法可参看VB使用手册)。
在程序代码中直接调用声明的函数即可。需要注意的是函数调用过程中的参数传递问题。由于VB和C的数据类型以及参数传递形式不太一样,传递不当,可能会造成调试困难。特别是MATLAB中用到的大量矩阵(数组)参数,调用需十分当心。本文在下面例子中采用文件方式传递参数,利用VB和MATLAB的文件读写功能传递数组参数,对于实时性要求不高的应用,可以方便稳妥地实现数据传递。
2 应用举例
在VB中利用随机数生成16个10以内的整数,作为一个信号序列,利用MATLAB的快速傅立叶变换函数(FFT())对序列进行变换,再将变换结果传递回VB,并显示在窗体上。
在MATLAB中编辑好M文件(test.m),实现读取序列文件及FFT并写回序列文件,调试成功。代码如下:
function t
fid=fopen(＇t.txt＇,＇rt+＇); %以读写文本方式打开文件
[a,count]=fscanf(fid,＇%d＇); %文件以整数格式读入矩阵a
m=fft(a,count); %FFT运算
fprintf(fid,＇%fn＇,m);%向文件写入矩阵m
fclose(fid);
按照前述步骤在VC++中转换为test.c文件,找到接口函数,本例为mlfTest()。
void mlfTest(void) {
mlfEnterNewContext(0,0);
Mtest();
mlfRestorePrevIoUsContext(0,0);
}
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
声明mlfTest()函数:
Private Declare Sub mlfTest Lib ″G:testdlldll.dll″ ()
Private Sub Command2_Click()
End Sub
本例中未向函数传递参数,也无需函数返回运算结果,故采用调用子程序过程(Sub)方式直接调用。结果由VB读取文件获得:
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下调试通过。VB与MATLAB的混合编程,可以脱离MATLAB环境运行,有利于程序发布及使用。通过二者结合,减少了设计算法的时间,降低了编程难度,同时兼顾了代码安全和界面友好。程序界面如图2所示。