Ｃ＃與Ｍａｔｌａｂ混合編程的兩種模式分析

陳紅玲　周立平

摘要：簡述了C#與Matlab混合編程的實際意義與應用領域，給出了混合編程的兩種具體實現方法，最終分析了這兩種方法在編程效率、軟件復用度方面的優劣。

關鍵詞：組件技術；C#；MATLAB

中圖法分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：

The Analysis about Two Kinds Model of C# and Matlab Mix Programming

CHEN Hong-ling1，ZHOU Li-ping2

（1. Zhuhai college of Jilin University,Zhuhai 519041,China; 2.Guangdong Guohua Taishan electric factory,Taishan529228,China）

Abstract: A brief description about the practical significance and the application domain of C# and Matlab mix programming has been summarized, two kind of models to realize the mix programming have been given, the advantage and disadvantage of the two methods has been analyzed finally in the programming efficiency and software reusability aspect.

Keywords: Component technology；C#；MATLAB

1 引言

MATLAB是當今世界上使用最為廣泛的數值計算軟件之一，具有強大的矩陣計算能力，可以實現數值分析、優化、統計、偏微分方程數值解、自動控制、信號處理等若干個領域的數學計算[1]。C#是微軟.NET戰略中核心的開發工具，它綜合了Visual Basic的高效率和C++功能的強大性，具有良好的界面設計功能，可以很方便地建立應用程序的可視化界面[2]。整合C#界面設計能力和MATLAB的科學計算能力，可以解決環境評價、金融計算、圖像處理等多個領域的實際問題，具有很好的應用前景。

目前，采用VB、VC、C++ Builder等高級語言與MATLAB的混合編程技術已有較多的研究并且存在一定的應用成果，而C#是近幾年微軟新推出的編程語言，目前對于C#與MATLAB混合編程的研究還很少，本人在實踐應用的過程中，總結了以下關于C#與MATLAB混合編程接口技術實現的經驗。

2 DLL文件模式

利用MATLAB的編譯工具中的mcc命令可以方便地將m文件轉化為動態連接庫文件(dll)，但由于轉化時是采用C或C++編譯器，所以產生的dll文件可以由VC++直接調用，卻不能被C#調用。但C#可以調用由VC++編譯生成的dll文件，由此想到由VC++作為C#和MATLAB中間的一個橋梁，通過VC++把MATLAB生成的dll文件打包進VC++的dll文件中來，這樣C#就可以間接地調用MATLAB生成的dll文件了。本文所用軟件的版本為VC++6.0和MATLAB6.5，其中Matlab安裝路徑為D:MATLAB6p5，實現的具體步驟如下：

第一步：設置環境變量

① 在Matlab命令窗口中依次輸入：mbuild –setup 和 mex –setup

② 選擇VC++ 6.0編譯器下的工具 → 選擇 → 目錄中的Include files添加D：＼MATLAB6P5＼EXTERN＼INCLUDE路徑，在Library files下添加D：＼MATLAB6P5＼EXTERN＼LIB＼WIN32＼MICROSOFT＼MSVC60路徑。

第二步：使用mcc命令，將MATLAB中的m文件編譯成dll文件

mcc –t -W libhg:dlltest -T link:lib test libmmfile.mlib

此例中mlib編譯命令將test.m文件編譯成C代碼，函數接口為Jisuan( )。同時生成dlltest.exports、dlltest.h、dlltest.lib、dlltest.c、dlltest.dll、dlltest.mlib、dlltest.expt等文件。

第三步：在VC++中調用剛生成的dll文件，再打包制作成C#可以調用的dll文件

① 在VC++6.0中將生成后的dlltest.h、dlltest.lib、dlltest.dll三個文件拷貝到名為testMydll的測試工程目錄下，并通過Project → Add To Project → Files將文件引入工程。

② 在testMydll.cpp中添加如下語句：

#include "dlltest.h"

void testMydll( )

{dlltestInitialize();

mlfJisuan_test();

dlltestTerminate();}

③ 在testMydll工程中新建一個名為testMydll.def的文件，在其中添加語句：

LIBRARY "testMydll.dll"

DESCRIPTION "Implement"

EXPORTS

testMydll @1

④將testMydll工程編譯后在其Debug目錄下將生成testMydll.dll、testMydll.exp、testMydll.lib等文件，其中testMydll.dll則是在C#中可以直接調用的dll動態鏈接庫文件。

第四步：C#調用VC++編譯生成的dll文件

將前面兩步驟中由Matlab生成的dlltest.h、dlltest.lib、dlltest.dll三個文件和由VC++ 6.0中生成的testMydll.dll文件拷貝到C#的工程中，接著將bin和obj文件夾中的這四個文件導入工程，在工程的程序中添加語句：

[DllImport ( “testMydll.dll”, EntryPoint=”testMydll()”)] //調用dll文件聲明

public static extern void testMydll(); //接口函數聲明

testMydll(); //調用函數

3 COM組件模式

利用MATLAB的comtool工具可以方便地將m文件轉化為COM組件，生成的COM組件只要在客戶機上注冊后即可像使用ActivX控件一樣方便被調用，不同的編程語言可以對其實例化，通過傳參數的方式加以復用。此方法的具體步驟如下：

第一步：在MATLAB中生成COM組件

①將Matlab生成的m文件保存名為test.m。在Matlab命令窗口中輸入命令：comtool，打開COM Builder窗口。

②在該窗口中新建一個名為component的工程，并在該工程中添加文件test.m。

③點擊Build → COM object命令，就可以生成COM組件，其版本號為component 1.0，該例中組件包含一個test類，向外提供一個接口函數為jisuan( )。在component工程的文件夾distrib下可以找到一個component_1_0.dll文件，這個文件即是所有遵循COM組件技術規范的高級語言都能夠調用的COM組件。

第二步：在.NET中注冊COM組件

在C#調用該COM組件之前，需先對其進行注冊。在.NET開發平臺中點擊：Project → Add Reference…，在彈出的對話框中選擇COM選項卡，選中剛生成的COM組件component 1.0，點擊OK按鈕即完成了組件的注冊。

第三步：在C#程序中調用COM組件

①將component_1_0.dll文件拷貝到C#的工程文件夾下的Debug文件夾下，在.cs文件中添加命名空間：using component;

②在程序體中添加如下代碼，將COM類實例化：

component.testClass Csharptest = new testClass();//實例化COM組件中的test類

Csharptest.jisuan( );//調用test類中的接口函數jisuan( )

4 兩種模式的效率比較

由上可見，模式一步驟繁鎖，而且還可能由于VC與C#語言細節上面不一致，使程序運行出錯。比如VC語言中字符采用ASCII編碼占一個字節，而C#語言中字符采用Unicode編碼占兩個字節，因此在傳遞字符參數時若不考慮這個問題，則將導致程序運行失敗。

而模式二，步驟簡單，調用方便，而且生成的COM組件只要在機器上注冊后，便可跨語言甚至跨機器平臺得以復用，軟件的重用度好，編程效率高。同時生成的COM組件易于修改、擴展性好，利于系統的升級。在系統交付使用后，若需對原算法進行修改或更新，只需將修改后的COM組件覆蓋原有的同名文件即可；而且系統運行速度也較快，因為應用程序僅僅在需要進行運算的時候才裝載所需的組件庫，這樣減少了系統啟動時間和內存占用。

5 結束語

整合C#優秀的界面設計能力和MATLAB強大的科學計算能力開發多領域的應用軟件本身就具有良好的實際研究價值，文中給出的DLL文件和COM組件兩種混合編程模式在實踐中都切實可行，而后者由于用到了組件技術，故在編程效率、軟件重用度等方面都略勝一籌。

參考文獻:

[1] 蘇金明.MATLAB7.0實用指南(第1版)[M].北京:電子工業出版社,2004,11．

[2] 毛堯飛,譯..NET數據服務C#高級編程(第1版)[M].北京:清華大學出版社,2002,6．

投稿日期：

作者簡介：陳紅玲（1980-），女，漢族, 湖南郴州人，助教，碩士，研究方向為數據庫技術。周立平（1977-），男，漢族，湖南郴州人，工程師，碩士，研究方向為嵌入式系統開發。