VB與MATLAB混合編程探討

摘要：介紹了VB與MATLAB混合編程的方法，二者結(jié)合可以充分利用VB的方便快捷和MATLAB軟件工具箱的強(qiáng)大功能。 關(guān)鍵詞： VB VC++ MATLAB DLL 編譯 MATLAB Add-in MATLAB是MathWorks公司開發(fā)的科學(xué)計(jì)算環(huán)境，具有強(qiáng)大的計(jì)算繪圖能力，提供大量的函數(shù)庫(kù)、工具箱，幾乎涵蓋了所有的工程計(jì)算領(lǐng)域，被譽(yù)為“演算紙”式的工程計(jì)算工具。但是MATLAB語(yǔ)言是一種解釋執(zhí)行的腳本語(yǔ)言，運(yùn)算速度較慢是一個(gè)比較突出的問題。 Visual Basic作為一門易學(xué)易用的編程語(yǔ)言，受到很多工程技術(shù)人員的青睞，其執(zhí)行速度相對(duì)較快，界面友好。因此實(shí)現(xiàn)VB與MATLAB混合編程，可以為科研工作和工程應(yīng)用提供有力的技術(shù)支持。 1 基本思路及實(shí)現(xiàn)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(diào)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(yǔ)句在程序中直接使用MATLAB提供的函數(shù)庫(kù)和圖形庫(kù)。這種方法可以較快地編寫出程序;但在調(diào)用引擎時(shí)，會(huì)在后臺(tái)啟動(dòng)一個(gè)MATLAB進(jìn)程，影響程序運(yùn)行速度，占用內(nèi)存。 (2)通過使用嵌入VB的矩陣函數(shù)庫(kù)MatrixVB的方法。MatrixVB是由原MathTools公司開發(fā)的第三方插件，利用與MATLAB相似的函數(shù)、語(yǔ)法嵌入到VB中，可以象使用VB的函數(shù)、命令一樣使用MATLAB函數(shù)。這種方法語(yǔ)法和函數(shù)使用比較簡(jiǎn)單，編程效率很高，幾乎完全融入VB語(yǔ)言，特別對(duì)圖形的處理非常方便，彌補(bǔ)了其他方法在圖形處理上的弱點(diǎn)。安裝后，只需在打開的工程中添加MatrixVB庫(kù)即可(在工程->引用對(duì)話框中選中MMatrix)。但由于其仍然采用解釋執(zhí)行，執(zhí)行效率較低，實(shí)時(shí)運(yùn)算難以實(shí)現(xiàn)。 (3)借助Visual C++與MATLAB的接口，將MATLAB的程序文件(.M)編譯為動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(.DLL)，VB在代碼中調(diào)用生成的.DLL中的函數(shù)，實(shí)現(xiàn)算法，便于用戶脫離MATLAB環(huán)境使用。由于算法部分采用C++語(yǔ)句，運(yùn)行速度較快，可應(yīng)用于實(shí)時(shí)運(yùn)算。這種方法對(duì)開發(fā)者在設(shè)置和編程上有一定要求，本文將詳細(xì)闡述具體實(shí)現(xiàn)步驟。其基本思路如圖1所示。 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(shí)現(xiàn)算法，調(diào)試成功。注意：M文件必須以Function開始，避免在VC++中出現(xiàn)轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤。 第二步，使用MATLAB6.0新提供的編譯插件MATLAB Add-in在VC++中轉(zhuǎn)換為C文件。在轉(zhuǎn)換前做好MATLAB與VC++的接口連接。步驟如下： %26;#183;在MATLAB中運(yùn)行“mex -setup”，選擇Microsoft Visual C/C++ version 6.0選項(xiàng)，安裝MATLAB Add-in文件到VC++目錄，確認(rèn);接著運(yùn)行“mbuild -setup”，選擇Microsoft Visual C/C++ version 6.0作為本地默認(rèn)編譯器;然后在MATLAB下運(yùn)行“cd?prefdir”和“mccsavepath”命令，MATLAB Add-in可以脫離MATLAB環(huán)境找到MATLAB路徑。

%26;#183;在VC++中選擇“工具?tools->定制(customize)->附加項(xiàng)和宏文件?Add-ins and Macro Files頁(yè)”，選中“MATLAB Add-in”。這樣，在VC++工具欄出現(xiàn)MATLAB Add-in圖標(biāo)，在VC++新建工程對(duì)話框中會(huì)出現(xiàn)“MATLAB Project Wizard”。至此連接工作完成。 %26;#183;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(zhuǎn)換。如果M文件沒有錯(cuò)誤，在工程文件夾中會(huì)生成一系列.C文件。其中與M文件同名的.C文件即為轉(zhuǎn)換的C代碼。 第三步，編譯DLL文件(強(qiáng)烈建議不要對(duì)剛剛生成的C代碼作任何修改)。選擇“編譯”菜單，構(gòu)建.DLL文件，在文件夾中會(huì)生成與工程名相同的DLL文件。 第四步，在VB中調(diào)用DLL文件。在第二步生成的C代碼中找到所要的接口函數(shù)，注意大小寫，記下函數(shù)名。在VB中使用Declare語(yǔ)句聲明這個(gè)函數(shù)。在窗體的“通用-聲明”輸入如下語(yǔ)法： Declare Function /Sub <函數(shù)名> Lib “”Alias “<函數(shù)名>” ?<參數(shù)表> as (具體語(yǔ)法可參看VB使用手冊(cè))。 在程序代碼中直接調(diào)用聲明的函數(shù)即可。需要注意的是函數(shù)調(diào)用過程中的參數(shù)傳遞問題。由于VB和C的數(shù)據(jù)類型以及參數(shù)傳遞形式不太一樣，傳遞不當(dāng)，可能會(huì)造成調(diào)試?yán)щy。特別是MATLAB中用到的大量矩陣(數(shù)組)參數(shù)，調(diào)用需十分當(dāng)心。本文在下面例子中采用文件方式傳遞參數(shù)，利用VB和MATLAB的文件讀寫功能傳遞數(shù)組參數(shù)，對(duì)于實(shí)時(shí)性要求不高的應(yīng)用，可以方便穩(wěn)妥地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞。 2 應(yīng)用舉例 在VB中利用隨機(jī)數(shù)生成16個(gè)10以內(nèi)的整數(shù)，作為一個(gè)信號(hào)序列，利用MATLAB的快速傅立葉變換函數(shù)(FFT())對(duì)序列進(jìn)行變換，再將變換結(jié)果傳遞回VB，并顯示在窗體上。 在MATLAB中編輯好M文件(test.m)，實(shí)現(xiàn)讀取序列文件及FFT并寫回序列文件，調(diào)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(shù)格式讀入 矩陣a m=fft?a?count? %FFT運(yùn)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(zhuǎn)換為test.c文件，找到接口函數(shù)，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(jī)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(shù)： Private Declare Sub mlfTest Lib ″G?testdlldll.dll″ ? 調(diào)用該函數(shù)的事件代碼： Private Sub Command2_Click() MlfTest ‘調(diào)用函數(shù) End Sub 本例中未向函數(shù)傳遞參數(shù)，也無(wú)需函數(shù)返回運(yùn)算結(jié)果，故采用調(diào)用子程序過程(Sub)方式直接調(diào)用。結(jié)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(diào)試通過。VB與MATLAB的混合編程，可以脫離MATLAB環(huán)境運(yùn)行，有利于程序發(fā)布及使用。通過二者結(jié)合，減少了設(shè)計(jì)算法的時(shí)間，降低了編程難度，同時(shí)兼顧了代碼安全和界面友好。程序界面如圖2所示。