基于COM接口的VC++与MATLAB混合编程

基于COM接口的VC++与MATLAB混合编程
http://www.cppblog.com/3522021224/archive/2007/06/11/26046.html
0  引言
    目前，Matlab广泛的应用于自动控制、数学运算、信号分析、图像处理、财务分析等各行各业。MATLAB也存在着某些缺点：Matlab是一种解释性语言，其特点是以矩阵为基本数据结构，导致其执行效率相对C或C+ +语言要低很多；因为Matlab程序不能脱离其环境运行，故不能直接用于商用软件的开发。与此相反，VC++由于其丰富得人机界面，高效的执行效率已经成为基于Windows平台下开发商业软件的必备工具。然而，VC++对于复杂的数值运算就有点“力不从心”了。所以将VC++与Matlab完美的结合，发挥各自的优势具有现实意义。自Matlab6.5版本开始，新推出来的Combuilder支持把用Matlab编写的程序做成com组件，供其他语言调用。该方法实现简单，通用性强，成为VC与Matlab混合编程最有效的方法。
1  VC与Matlab混合编程的方法
1.1 通过Matlab Engine方式
    Matlab Engine是指一组Matlab提供的接口函数，支持C语言， Matlab Engine采用C/S(客户机/服务器)模式，Matlab作为后台服务器，而C程序作为前台客户机，通过Windows的动态控件与服务器通信，向Matlab
Engine传递命令和数据信息，从Matlab Engine接受数据信息。用户可以在前台应用程序中调用这些接口函数，实现对Matlab Engine的控制。采用这种方法几乎能利用Matlab全部功能，但是需要在机器上安装Matlab软件，而且执行效率低，因此在实际应用中不采用这种方法，在软件开发中也不可行，这种模式只适合个人使用或做演示。

1.2 直接调用Matlab的C/C++数学函数库
    Matlab中提供了可以供C/C++语言调用的C/C++数学函数库，其中包含了大量用C/C++语言重新编写的Matlab数学函数，这些函数涉及到线形代数、数值分析、傅立叶变换、多项式计算、解微分方程等，并且函数库中提供了大量各种矩阵操作函数，在VC中可以直接使用这些函数，通过这些函数可以在VC中方便的实现在Matlab中矩阵运算功能。用这种方法可以很灵活的调用Matlab来编写应用程序，但要求读者对C/C++语言非常熟悉，并且这种模式不能包括所有的Matlab函数，尤其是无法充分使用Matlab提供的详尽的绘图函数。
1.3 用Matlab自带的Matlab Compiler
    Matlab Compiler的作用是将m文件转化成C/C++代码（也就是通常所用的mcc命令）,这种源代码需要用C/C++编译器编译连接成独立应用程序，在将m文件转成独立应用程序的过程中生成的C/C++文件，原则上是可以被其它的C/C++代码调用的，编译器可以通过设置mcc命令的选项，将m文件编译成动态链接库文件、C/C++文件、可执行文件等一系列文件。到matlab
R21.1为止，Matlab Compiler的m程序转换成C/C++代码功能有很多限制：

    ⑴不能转换脚本m文件，只能转换m函数；

    ⑵不能使用matlab对象；

    ⑶不能用input或者eval操作matlab空间变量；

    ⑷不能动态地命名变量，然后用load或者save命令来操作；

    ⑸不能处理具有嵌套调用其他m文件的m文件；

    ⑹不能使用MATLAB内联函数；

1.4 使用matcom工具
    这是第三方控件，很小(8M多),原本属于mathtool公司，后来被Mathworks公司合并了，使用该工具可以将m脚本文件和m函数转化成相同功能的C/C++文件，相比其它方法使用matcom具有如下优点：

    ⑴转换过程简单(由matcom工具自动实现)，容易实现；

    ⑵可以方便的生成动态链接库文件(dll)和可执行文件(exe)；

    ⑶不仅可以转换独立的脚本文件，也可以转换嵌套脚本文件；

    ⑷设置环境后，可以使用Matlab的工具箱函数；

但matcom也有以下不足：
    ⑴对struct等类的支持有缺陷，对class数据类型；

    ⑵部分绘图语句无法实现或得不到准确图象，尤其是三维图象；
    ⑶当涉及到的复杂函数调用时嵌套的文件数量很多。

    因此在不涉及到三维做图以及m文件不大的情况下推荐使用。
1.5  使用Matlab的Combuilde工具
    COM是component object module的简称，它是一种通用的对象接口，任何语言只要按照这种接口标准，就可以实现调用它。Matlab6.5新推出来的Combuilder就是把用Matlab编写的程序做成com组件，供其他语言调用。该方法实现简单，通用性强，而且几乎可以使用Matlab的任何函数(注意：不支持脚本文件，脚本文件使用时要改为函数文件)，因此在程序较大、调用工具箱函数或调用函数较多时推荐使用，这也是Matlab公司推荐的使用方法。
2  基于COM接口的Matlab与VC混合编程实现FFT转换
2.1 创建Matlab源文件
    在Matlab中实现FFT转换只需要一个函数即可。
    (1) 新建M文件，在M文件中输入以下两条语句：
    Function FFT(X,Y) %实现FFT转换。函数名为FFT，x为输入参数，y为输出参数
    Y=fft(X);          %fft转换实现函数
    (2）保存为FFT.m 的M文件。
2.2  在Matlab下创建COM组建
    (1）在matlab command window输入如下命令：
    >>comtool

 
    (2）出现com编辑界面后，选择File->New Project建立新工程testfft，并将FFT.m加入到新建工程中。
    (3）点击Build->COM Object…生成COM组件。
    至此com组件已经由matlab做好，默认的保存位置为：matlab安装位置\work\component。
2.3  VC下调用COM组件
    (1）将testfft_idl.h
和testfft_idl_i.c文件拷贝到VC建立的工程目录下。两文件默认目录为\work\component\src
    (2）将目录/extern/include/下的mwcomtypes.h文件拷贝的VC建立的目录下。
    (3）将上面三个文件加入VC工程：工程->添加工程->Files，选择刚刚拷到目录下的testfft_idl.h
和testfft_idl_i.c文件。
    (4) 为程序添加头文件testfft_idl.h
、testfft_idl_i.c和mwcomtypes.h
    (5）填写调用COM组件代码：
    if(FAILED(CoInitialize(NULL)))    //初始化调用com
    {
          AfxMessageBox("unable to initialize COM");
    }
    Itestfft *st=NULL;
    HRESULT hr=CoCreateInstance(CLSID_testfft,NULL,CLSCTX_ALL,IID_Itestfft,(void **)&st);
    if(SUCCEEDED(hr))
     {
         VARIANT x,y;
         VariantInit(&x);
         VariantInit(&y);
         x.vt=VT_I4;
         x.lVal=4;
    st->fte(x,y);       //x为输入参数，y为输出参数
    st->Release();
 }
     else
 {
    AfxMessageBox("unsucceed");
 }   
    至此实现VC下调用COM组件实现FFT转换。
3  结论
    实践表明用COM方法实现VC与Matlab混合编程具有实现简单、执行效率高、几乎支持所有的matlab函数、易移植等优点。