C_Builder与Matlab混合编程的两种方法

1、科 学 技 术 与 工 程6卷C+Builder 与 Matlab 混合编程的两种方法杜高鹏翟正军 1*徐隽(西北工业大学 软件学院 , 西安 710065; dgp_2003 ; 西北工业大学计算机学院 1, 西安 710072摘 要 详细论述了 C+Builder 与 Matlab 混合编程的两种实现方法 。 一是在 C+Builder 中使用 COM 技术调用 Matlab 数据 。 二是脱离 Matlab 环境 , 通过动态连接库方式实现对 Matlab 工具箱函数的调用 。 分别给出一个详细的例子 。 这两种方法都充分发挥了 C+Builder 与 Matlab 的优势 , 为科学研

2、究和工程技术提供了更强的技术支持 。关键词C+Builder MatlabCOM 组件Mediva 软件平台 DLL中图法分类号 TP312文献标识码BMatlab 是一个高度集成的系统 , 它把数值计算和可视化环境集成到一起 , 非常直观 , 而且提供了 大量的函数 , 使其越来越受到人们的喜爱 。 它集科 学 计 算 、 图 象 处 理 、 声 音 处 理 于 一 体 , 具 有 极 高 的 编程效率 。 近年来 , Matlab 已经从最初的 “ 矩阵实验 室 ” 渗透到科学与工程计算的多个领域 , 在自动控 制 、 信号处理 、 神经网络 、 模糊逻辑 、 小波分析等多 个方向 , 都

3、有着广泛的应用 。 Borland C+Builder 是 一种新颖的可视化编程语言 , 它既具有 C+语言的 灵活性 、 高效性 , 又具有可视化编程的便利性 , 功能 丰富强大 , 界 面友好 , 使用 十分方便 , 但是在矩阵 运 算 、 数值分 析 、 工程计算 等方面 , 功能 则稍嫌不 足 ; 在工程应用中 , 我们一般用 C+Builder 语言编写应 用 程 序 , 实 现 交 互 界 面 、 数 据 采 集 和 端 口 操 作 等 , 但 C+Builder 在数值处理分析和算法工具等方面 , 其效率远远低于 Matlab 语言 。 在准确方便地绘制数 据 图 形 方 面 ,

4、 Matlab 语 言 更 具 有 无 可 比 拟 的 优 势 。 此外 , Matlab 还提供功能强大的工具箱 。但 Matlab 的 缺点是不能实现端口操作和实时控制 。 因此 , 若能 将两者结合运用 , 实现优势互补 , 将大大提高工作 效率 。1C+Builder 与 Matlab 混合编程的实现方法C+Builder 与 Matlab 混合编程有两种实现方法 。一种是基于 Matlab 环境支持 , 通过在 C+Builder 中使用 COM 技术调用 Matlab 数据实现 ; 另一种则是完全 脱离 Matlab 环境 , 通过动态连接库方式实现对 Matlab 工 具 箱 函

5、 数 的 调 用 , 这 可 以 通 过 一 种 开 发 平 台Mediva 来实现 。 相对来说 , 前者的限制因素较多 , 而后者则较为方便灵活 。1.1COM 方法的实现COM 是组件对象模型的简称 , 是 Windows 对象 的二进制标准 。 为 Windows 提供了统一的 , 面向对象的 , 可扩充的通讯协议 。 这意味着描述一个对象的可执行代码 (.dll 或 .exe 文件的代码 可以被其它对象 执行 。 即使两个对象使用不同语言来编写的 , 他们 可以用 COM 标准来进行通信 。 在 C+Builder 中使用COM 技术调用 Matlab 数据实现方法如下 :(1 根据

6、实际需要在 Matlab 中开发算法 , 写成函数文件的形式 (注意 :不能是脚本文件 , 必须是函数 文件 ;(2 利用 Matlab 的 COM Builder 将 M 函数编译为COM 组件 ;(3 在 C+Builder 中调用 COM 组件 , 得到输出 。下面给出一个实例加以分析 。问题 :实验对象为 :G (s =1/(Js2+Bs 在 Matlab 中 采用 M 函数的形式 , 利用 ODE45求解对象方程 , 然后 在 C+Builder 中进行仿真 , 跟踪给定信号 。2005年 12月 2日收到第一作者简介 :杜高鹏 (1980 , 男 , 陕西西安人 , 硕士研究生 ,

7、 研究 方向 :计算机网络及数据库 。*通讯作者简讯 :翟正军 , (1965 , 男 , 教授 , 硕士生导师 。 研究方 向 :计算机测控与仿真 。第 6卷 第 7期 2006年 4月1671-1815(2006 07-0886-04科 学 技 术 与 工 程Science Technology and Engineering Vol. 6No. 7Apr. 20062006Sci. Tech. Engng. c杜高鹏 , 等 :C+Builder 与 Matlab 混合编程两法 7期1 在 Matlab 中编写程序 genzong.m 和 cha.m 其代码如下 :function b=

8、genzong (a ;xk=a(1 ; a(2;para=a(3 ; ts=a(4 ; tspan=0ts;tt,xx=ode45(' cha' ,tspan,xk,para ;xk=xx(length(xx, ; ;y=xk(1 ; y1=xk(2 ;b(1=y ; b(2=y1;以及对象方程 :function dy=cha(t,y,flag,parau=para ; J=0.0067; B=0.1;dy=zeros (2, 1 ; dy (1 =y (2 ; dy (2 =-B/J*y (2 +u/J ;2 用 Matlab 的 COM Builder 制 COM 组件

9、首先 , 设置 Matlab COM Builder 所使用的外部编 译器 , 在 Matlab 命令窗口下输入 mbuild setup , 然后选 择合适的编译器 , 在这里选择 Microsoft Visual Studio 6.0, 其它的按照提示即可 。 其次 , 在 Matlab 命令窗口 下输入命令 comtool , 启动 COM Builder 的图形用户界 面 , 然 后 使 用 File->New Project 建 立 新 工 程 , 在 Component name 中输入要生 成的 COM 组件的 名字 , 例如需输入名字 xj 。 通过 Add 和 Remo

10、ve 按钮可以方 便地为组件添加和删除类 。 在这里 , 笔者为这个组 件添加一个类 xj 。 在 Compile Code in 里面推荐选择 C 。 如果要使用 Matlab 的图形库 , 那么就要在 Compile options 中 选 中 Use Handle Graphics Library 。 选 中 Show verbose output 可以在编译的时候输出 详细的 过程信息 。 一个组件可以包含许多类 , 添加的方法 就是在 Project Settings 里面添加 。 给一个类添加一个 方法非常简单 :先选中一个类 , 然后使用按钮 Add File 添加 M 文件就可

11、以了 , 该 M 文件的名称就是 COM 组件的方法 。3 在 C+Builder 中使用生成的 COM 组件点击 C+Builder 的 Project->Import Type Library , 在 上 面 的 窗 口 中 找 到 xj 1.0Type Library Version 1.0, 点击 Install 按钮 。 此时就在 AxtiveX 控件页安装 了 xj 控件 , 建立 一个工程文 件 project1, 在 Form 上 放 置一个 IstripChart 控件 , 一个 Timer 控件 (运行时不可 见 和两个按钮控件 Button1, Button2。 双

12、击 Button1, 添加如下代码 :void _fastcall TForm1:Button1Click(TObject *Senderxk1=0; xk2=0;para=0; ts=0.001; EK_1=0; k=0;Timer1->Enabled=true ;双击 Timer1, 添加如下代码 :void _fastcall TForm1:Timer1Timer(TObject *Senderk=k+1;SDZ=sin(2*3.1415*k*ts ; /给定信号double src4; double out2; /传出数据数组SAFEARRAY InSafeArray ; /用于

13、传入的安全数组TVariant a ; TVariant b ; /传入传出 COM 的变体src0=xk1; src1=xk2; src2=para ; src3=0.001; /tsInSafeArray.cDims=1; /设置输入安全数组InSafeArray.fFeatures=FADF_AUTO ;InSafeArray.cbElements=sizeof(float ;InSafeArray.rgsabound0.lLbound=0;InSafeArray.cLocks=1;InSafeArray.rgsabound0.cElements=4;InSafeArray.pvData

14、=src ;a. SetSAFEARRAY(&InSafeArray ;a.vt=VT_R8|VT_ARRAY ;xj1->genzong(1,&b,a ; /调用 COM 的方法memcpy(out,b.parray->pvData,2*sizeof(double ;xk1=out0; xk2=out1; /传出数据EK=SDZ-xk1; dEK=(EK-EK_1/0.001; U=20*EK+0.5*dEK ; if (U>=10 U=10; if (U<=-10 U=-10;para=U ; EK_1=EK ;iStripChart1->Be

15、ginUpdate( ; /仿真曲线的绘制int TimeIndex=iStripChart1->AddIndexTime(Now( ;iStripChart1->ChannelData0TimeIndex=xk1;iStripChart1->ChannelData1TimeIndex=SDZ ;iStripChart1->EndUpdate( ;双击 Button2, 添加如下代码 :void _fastcall TForm1:Button2Click(TObject *SenderTimer1->Enabled=false ;运行程序 , 得到仿真界面 。用

16、COM 方法实现 C+Builder 与 Matlab 混合编程 简单易懂 。 如果用户运行时想要脱离 Matlab 环境 , 只 需 在 Matlab 中 通 过 菜 单 Component ->Package Component 将组件打包即可 。1.2Mediva 软件平台Mediva 是 Mathtools 公司推出的一种 Matlab 编译 开发软件平台 , 提供对 Matlab 程 序文件 (M 文件 的 解释执行和开发环境支持 。 Mediva 软件平台本身的 功能相当强大 , 提供近千个 Matlab 的基本功能函数 , 通过必要的设置 , 就可以直接实现与 C+的混合编

17、 程 , 而不必再依 赖 Matlab ; 同时 , Mediva 还提 供编译 887科 学 技 术 与 工 程 6卷转换功能 , 能够将 Matlab 函数或编写的 Matlab 程序转 换为 C+形式的 DLL , 从而实现脱离 Matlab 环境对 Matlab 函数和过程的有效调用 , 这样就有可能实现 对 Matlab 强大的工具箱函数的利用 。Mediva 的缺点是 C+与 Matlab 混合编写的应用 软件必须携带必要的 DLL , 从而增大了软件的体积 (约 4M , 同时 也不能对所 有的 Matlab 函数提 供 支 持 , 例如采用类库进行设计的部分函数 。 但尽管如

18、此 , 对于控制系统计算机设计 、 分析的工作来说 , Mediva 仍不失为一个好的工具 。 其实现方式和步骤 如下 :本文假设已经安装了 Mediva 软件或已经得到必 要的两个动态连接库 mdv4300.dll 和 ago4300.dll 。 1.2.1Lib 文件的生成在 Dos 下用 C+Builder 中的 Implib.exe , 通过命令 生成 mdv4300.lib :implib mdv4300.lib mdv4300.dll , 将上述两个 DLL 文件和此 Lib 文件拷贝到当前目录 下 。1.2.2实现与 Matlab 的混合编程Matlab.h 包含了 Mediva

19、 中所有类型 、 常量 、 函数 的说明和定义 , 必须将此头文件放于程序 的第一 行 。 Mediva 给出的 Matlab 函数形式并不特殊 , 如绘 线函数 Plot , 在 Mediva 中说明为 :Mm DLLI plot (cMm varargin ; varargin 与 Matlab 中 的 意 义 是 一 样 的 , 与 输入变量的个数相对应 。 所有可以直接使用 的函 数都在 Matlib.h 头文件中定义 , 而在 mdv4300.dll 中 实现 。但在 C+Builder 中使用 Mediva 提 供 的 Matlab 函 数的格式 , 与 Matlab 编程稍有不同

20、 , 这主要体现在 C+中必须进行必要的说明上 。 例如要用绘线函数 Plot 来绘制数组 x 100的红色图线 。 在 Matlab 中调用 为 Plot (x , 'r' ; 在 C+中 调 用 则 为 :Plot (CL (x , TM ("r" , 其中 CL 是一个关键字 , 是多变量输入时所必 须使用的 , 用以指明调用的变量 ; 而 TM 则指明 , 这是 一个字符 。下面给出一个示例程序 , 其功能是对一个 1024点的输入数组进行 FFT 变换 , 并绘制变换后频谱实 部的火柴杆图 , 最后将原数据和变换后的数据写入 数据文件中 。#inc

21、lude "matlib.h"/必须包含的头文件#include vcl.h #pragma hdrstop#include "TryMatcomU.h"#pragma package(smart_init#pragma resource "*.dfm"TForm1*Form1;_fastcall TForm1:TForm1(Tcomponent*Owner:Tform(Ownervoid _fastcall TForm1:Button1Click(Tobject *Senderint k=0;initM (MATCOM_VERSIO

22、N ; /必须进行的初始化Mm cur1,cur2; /定义变量cur1=zeros (128 ; cur2=zeros (128 ; /变量初始化for (k=1; k<=128; k+cur1.r (k =randM ( ; /生成一个随机数列figure (1 ;plot (cur1 ; /图形显示该数列cur2=fft(cur1,128 ; /做 128点 fft 变换figure(2 ; /绘制 fft 变换后实部的火柴杆图 , 注意此处多变量输 入的格式stem(CL(cur1,real(cur2,TM("r" ;fid=fopen(filename,mo

23、de,format opensexitM( ; /退出调用如果完全使用 C+来实现本程序的工作 , 其代 码将超过 300行 ! 由此可以看出 , C+Builder 与 Matlab 函数的混合编程可以带来多么大的方便 !1.2.3变量内部状态 /数据的观察方法Mediva 使用的所有变量均定义为 Mm 类型 。 如果 在 C+Builder 中观察 Mm 类型变量的内部状态 /数据 , 要稍麻烦一些 。 但在调试程序时 , 这又是不可避免 的一步 , 这里举例给出变量观察的方法 。例如对上面生成的 cur2数列进行观察 :*cur2.pr 0.1892cur2(1 的实部*cur2.pi

24、0.0013cur2(1 的虚部2结语(1 基于 Matlab 环境支持 , 通过在 C+Builder 中 使 用 COM 技 术 调 用 Matlab 数 据 实 现 C+Builder 与 Matlab 的混合编程的优势很明显 , 在 C+中不易编写 的求解常微分方程 , 在 MATLAB 中只需寥寥数行便 能求解 , 只需在 C+Builder 中写好数据接口便能实 现仿真 。(2 Matlab 提供了可外部连接的 DLL 文件 , 通过888杜高鹏 , 等 :C+Builder 与 Matlab 混合编程两法7期 Two Methods of C+Builder and the Ma

25、tlab Mix ProgrammingDU Gaopeng , ZHAI Zhengjun 1*, XU Jun(Software College , Northwestern Polytechnical University , Xi'an 710065; Computer College ofNorthwestern Polytechnical University 1, Xi'an 710072Abstract Two realization methods of C+Builder and the Matlab mix programming are elaborat

26、ed in detail. First , transfer the Matlab data by useing the COM technology in C+Builder ; Second , separating from the Matlab environment , transfer Matlab toolbox function through dynamic connection storehouse way are presented.And a detail example is given. These two kinds of methods both gave fu

27、ll play to C+Builder and advantage of Matlab , and provided the stronger technical support for the scientific research and the project technology. Key words C+Builder Matlab Com module Mediva software platform DLL 将其转换为相应的 Lib 文件 , 并加以必要的设置 , 就可 以在 C+Builder 中直接 进行 Matlab 函数 调用 , 实现C+Builder 语言与 Mat

28、lab 语言的混合编程 。参考文献1Borland/Inprise , 梁志刚 , 等译 . C+Builder 5开发人员指南 . 北京 :机械工业出版社 , 20002北 京 宝 兰 -英 博 思 信 息 技 术 有 限 公 司 . Borland C+Builder 4标准教程 . 北京 :清华大学出版社 , 20003Hollingworth J 等 , 著 . 康向东 , 等译 . C+Builder 5程序设计大 全 . 北京 :机械工业出版社 , 20024罗建军 . Matlab 教程 . 北京 :电子工业出版社 , 20055潘爱民 . COM 原理与应用 . 北京 :清华大

29、学出版社 , 2005!An Effective Audit Mechanism for Detecting Authority Promoting AttackWU Hao , JIANG Xiangtao(School of Computer and Communication , Hunan University , Changsha 410082Abstract Providing a new aduiting mechanism for detecting authority promoting attack , based on modifing Linux kernel , adds aduiting mechanism in system call-execve. Through monitor the changes of process's real user ID , effective ID and save set-user-ID , i