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Linux 下C与matlab 混编
1 概述
1.1 Matlab简介
MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB应用非常之广泛！
MATLAB 亦可以与其他高级语言C/ C++/ C#/Java/Fortran等进行混合编程。
1.2 什么是Matlab引擎
所谓Matlab引擎（engine），是指一组Matlab提供的接口函数，支持C/C++、Fortran等语言，通过这些接口函数，用户可以在其它编程环境中实现对Matlab的控制。
2 启动Matlab前相关环境设置
2.1 matlab引擎依赖条件
matlab引擎依赖/bin/csh启动，所以不管你使用何种shell，都必须安装csh
#yum install chs (centos/redhat平台)
#apt-get install chs (ubuntu平台)
2.2 matlab引擎依赖的动态库文件目录必须在系统当前的库函数搜索路径中
即可以设置环境
LD_LIBRARY_PATH= /usr/local/matlab/bin/glnx86 (ps:32环境下)
LD_LIBRARY_PATH=/usr/local/matlab/bin/glnxa64 (ps:64 环境下)
2.3 用gcc或者g++ 编译
编写好的程序编译时需要指定头文件目录，链接时需要指定库文件目录，并且需要指定所需要的库文件
相关命令如下：
#gcc -I/usr/local/matlab/extern/include -o matlab.o matlab.c
#gcc -L/usr/local/matlab/bin/glnx86 -Wl,-rpath,/usr/local/matlab/bin/glnx86 -o matlab matlab.o -leng -lmx
2.4 相关环境设置总结：
上述2.1 2.2 2.3对如何编译C与matlab 进行了说明，但是步骤较多，程序编译较为繁琐。因为我们可以通过一次环境变量的设置来达到这种目的。
export PATH=$PATH:"/usr/local/matlab/bin"
export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:"/usr/local/matlab/bin/glnxa64"
export C_INCLUDE_PATH=$C_INCLUDE_PATH:"/usr/local/matlab/extern/include"
export LIBRARY_PATH=$LIBRARY_PATH:"/usr/local/matlab/bin/glnxa64"
把上述环境变量的设置写进文件名为xx.env的文件中，然后使用命令source执行
#source xx.env
执行完上述命令后就把所有的环境变量设置完毕。
接下来就可以用gcc/g++ 进行编译：
#gcc test.c -o test -leng -lmex -lmx
注：/usr/local/matlab/ 此路径为Matlab安装时的路径，可根据实际情况进行变动。
3 Matlab与C的接口函数介绍
3.1 Matlab引擎的启动与关闭
engOpen－打开Matlab engine
函数声明：
Engine *engOpen(const char *startcmd);
参数startcmd是用来启动Matlab引擎的字符串参数为NULL。
函数返回值是一个Engine类型的指针，它是在engine.h中定义的engine数据结构。
EngClose－关闭Matlab 引擎
函数声明：
int engClose(Engine *ep);
参数ep代表要被关闭的引擎指针。
函数返回值为0表示关闭成功，返回1表示发生错误。
例如：通常用来打开/关闭Matlab引擎的代码如下：
|
3.2 创建和清除mxArray类型的数据
Matlab有很多种变量类型，对应于每种类型，基本上都有一个函数用于创建，但它们都有相同的数据结构，就是mxArray。
数组的建立采用mxCreatexxx形式的函数，例如新建一个double类型数组，可用函数mxCreateDoubleMatrix，
函数声明：
mxArray *mxCreateDoubleMatrix(int m, int n, mxComplexity ComplexFlag);
参数m和n为矩阵的函数和列数。ComplexFlag为常数，用来区分矩阵中元素是实数还是复数，取值分别为mxREAL和mxCOMPLEX。
例如，创建一个3行5列的二维实数数组，可用如下语句：
mxArray *T = mxCreateDoubleMatrix(3, 5, mxREAL); 对应的，要删除一个数组mxDestroyArray，该函数声明如下： void mxDestroyArray(mxArray *array_ptr); 参数array_ptr为要删除的数组指针。
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类似的创建函数还有：
函数声明：
mxArray *mxCreateString(const char *str);
创建一个字符串类型并初始化为str字符串。
一般的在C与Matlab交互中，以上两种类型就够了，其它类型数组的创建这里不再介绍。
3.3 管理mxArray的数据类型
3.3.1 管理mxArray数据大小
要获得mxArray数组每一维上元素的个数，可以用mxGetM和mxGetN函数。其中mxGetM用来获得数组第一维的元素个数，对于矩阵来说就是行数。
int mxGetM(const mxArray *array_ptr); //返回array_ptr对应数组第一维的元素个数（行数）
int mxGetN(const mxArray *array_ptr); //返回array_ptr对应数组其它维的元素个数，对于矩阵来说是列数。对于多维数组来说是从第2维到最后一维的各维元素个数的乘积。
要获得某一特定维的元素个数，则要用函数：
const int *mxGetDimensions(const mxArray *array_ptr);
该函数返回array_ptr各维的元素个数保存在一个int数组中返回。对于常用的矩阵来说，用mxGetM和mxGetN两个函数就可以了。
另外还可以通过mxGetNumberOfDimensions来获得数组的总的维数，用mxSetM、mxSetN设置矩阵的行数和列数，函数说明如下：
int mxGetNumberOfDimensions(const mxArray *array_ptr); //返回数组的维数
void mxSetM(mxArray *array_ptr, int m); //设置数组为m行
void mxSetN(mxArray *array_ptr, int n); //设置数组为n列
3.3.2 判断mxArray数组类型
在对mxArray类型的变量进行操作之前，可以验证以下其中的数组的数据类型，比如是否为double数组、整数、字符串、逻辑值等，以及是否为某种结构、类、或者是特殊类型，比如是否为空数组，是否为inf、NaN等。常见的判断函数有：
bool mxIsDouble(const mxArray *array_ptr);
bool mxIsComplex(const mxArray *array_ptr);
bool mxIsChar(const mxArray *array_ptr);
bool mxIsEmpty(const mxArray *array_ptr);
bool mxIsInf(double value);
…… ……
这些函数比较简单，不再解释。
3.3.3 管理mxArray数组的数据
对于常用的double类型的数组，可以用mxGetPr和mxGetPi两个函数分别获得其实部和虚部的数据指针，这两个函数的声明如下：
double *mxGetPr(const mxArray *array_ptr); //返回数组array_ptr的实部指针
double *mxGetPi(const mxArray *array_ptr); //返回数组array_ptr的虚部指针
这样，就可以通过获得的指针对mxArray类型的数组中的数据进行读写操作。例如可以用函数engGetVariable从Matlab工作空间读入 mxArray类型的数组，然后用mxGetPr和mxGetPi获得数据指针，对并其中的数据进行处理，最后调用engPutVariable函数将修 改后的数组重新写入到Matlab工作空间。
3.4 调用引擎时显示/隐藏Matlab主窗口
默认情况下，以engine方式调用Matlab的时候，会打开Matlab主窗口，可在其中随意操作。但有时也会干扰应用程序的运行，可用以下设置是否显示该窗口。
函数声明：
int engSetVisible(Engine *ep, bool value);
参数ep为打开的Matlab引擎指针，value为是否显示的标志，取值true（或1）表示显示Matlab窗口，取值false（或0）表示隐藏Matlab窗口。
函数返回值为0表示设置成功，为1表示有错误发生。
要获得当前Matlab窗口的显示/隐藏情况，可以调用函数：
函数声明：
int engGetVisible(Engine *ep, bool *value);
参数ep为打开的Matlab引擎指针，Value为用来保存显示/隐藏情况的变量（采用指针方式传递）。
函数返回值为0表示获取成功，为1表示有错误发生。
3.5 读写Matlab数据
3.5.1 从Matlab引擎工作空间中获取变量
函数声明：
mxArray *engGetVariable(Engine *ep, const char *name);
参数ep为打开的Matlab引擎指针，name为以字符串形式指定的数组名。
函数返回值是指向name数组的指针
3.5.2 向Matlab引擎工作空间写入变量
函数声明：
int engPutVariable(Engine *ep, const char *name, const mxArray *mp);
参数ep为打开的Matlab引擎指针，mp为指向被写入变量的指针，name为变量写入后在Matlab引擎工作空间中的变量名。
函数返回值为0表示写入变量成功，返回值为1表示发生错误。
3.6 向Matlab发送命令字符串
engEvalString－发送命令让Matlab执行。
函数声明：
int engEvalString(Engine *ep, Const char *string);
参数ep为函数engOpen返回的引擎指针，字符串string为要matlab执行的命令。
函数返回值为0表示成功执行，返回1说明执行失败（如命令不能被Matlab正确解释或Matlab引擎已经关闭了）。
3.7 获取Matlab命令窗口的输出
要在C中获得函数engEvalString发送的命令字符串被Matlab执行后在matlab窗口中的输出，可以调用engOUtputBuffer函数。
函数声明：
int engOutputBuffer(Engine *ep, char *p, int n);
参数ep为Matlab引擎指针，p为用来保存输出结构的缓冲区，n为最大保存的字符个数，通常就是缓冲区p的大小。该函数执行后，接下来的 engEvalString函数所引起的命令行输出结果会在缓冲区p中保存。如果要停止保存，只需调用代码：engOutputBuffer(ep, NULL, 0)。
4 C调用Matlab quadprog函数接口示例
/*
Author:bangzhu.li
Date:2014/09
Instruction:This software program is only used as an example, not an error exception handling.
E-mail:helpylee@126.com
*/
#include<stdio.h>
#include<math.h>
#include<stdlib.h>
#include"engine.h"
#include<string.h>
int main(int argc,char** argv)
{
Engine *ep;
if (!(ep = engOpen("\0"))) //启动matlab 引擎
{
fprintf(stderr, "\nCan't start MATLAB engine\n");
return EXIT_FAILURE;
}
engSetVisible(ep,false);
mxArray *H = NULL, *f = NULL, *A = NULL, *b = NULL, *lb = NULL,*x = NULL;
H = mxCreateDoubleMatrix(2, 2, mxREAL);
f = mxCreateDoubleMatrix(2, 1, mxREAL);
A = mxCreateDoubleMatrix(3, 2, mxREAL);
b = mxCreateDoubleMatrix(3, 1, mxREAL);
lb = mxCreateDoubleMatrix(2,1, mxREAL);
x = mxCreateDoubleMatrix(2,1, mxREAL);
double HH[2][2]={1,-1,-1,2};
double ff[2][1]={-2,-6};
double AA[3][2]={1,1,-1,2,2,1};
double bb[3][1]={2,2,3};
double llbb[2][1]={0,0};
double xx[2][1]={0,0};
//把C数组转换为Matlab数组
memcpy((void *)mxGetPr(H), (void *)HH, sizeof(double)*2*2);
memcpy((void *)mxGetPr(f), (void *)ff, sizeof(double)*2*1);
memcpy((void *)mxGetPr(A), (void *)AA, sizeof(double)*3*2);
memcpy((void *)mxGetPr(b), (void *)bb, sizeof(double)*3*1);
memcpy((void *)mxGetPr(lb), (void *)llbb,sizeof(double)*2*1);
memcpy((void *)mxGetPr(x), (void *)xx,sizeof(double)*2*1);
//把数组变量写入Matlab环境中
engPutVariable(ep, "H", H);
engPutVariable(ep, "f",f);
engPutVariable(ep,"A",A);
engPutVariable(ep,"b",b);
engPutVariable(ep,"lb",lb);
engPutVariable(ep,"x",x);
//执行字符串命令
int ret1 = engEvalString(ep,"H = [1 -1; -1 2];");
int ret2 = engEvalString(ep,"f = [-2; -6];");
int ret3 = engEvalString(ep,"A = [1 1; -1 2; 2 1];");
int ret4 = engEvalString(ep,"b = [2; 2; 3];");
int ret5 = engEvalString(ep,"lb = zeros(2,1);");
int ret6 = engEvalString(ep,"[x] = quadprog(H,f,A,b,[],[],lb,[],[]);");
char p[256]={0};
char p1[256]={0};
char* ans = "disp(x(1,1));";
char* ans2 = "disp(x(2,1));";
engOutputBuffer(ep,p,240);
engEvalString(ep,ans);
printf("p:%s\n",p);
engOutputBuffer(ep,p1,240);
engEvalString(ep,ans2);
printf("p1:%s,\n",p1);
mxDestroyArray(H);
mxDestroyArray(f);
mxDestroyArray(A);
mxDestroyArray(b);
mxDestroyArray(x);
engClose(ep);
return 0;
}
Linux 下C与matlab 混编