VB与MATLAB混合编程探讨

摘要：介绍了ＶＢ与ＭＡＴＬＡＢ混合编程的方法，二者结合可以充分利用ＶＢ的方便快捷和ＭＡＴＬＡＢ软件工具箱的强大功能。 关键词： ＶＢ ＶＣ＋＋ ＭＡＴＬＡＢ ＤＬＬ 编译 ＭＡＴＬＡＢ Ａｄｄ－ｉｎ ＭＡＴＬＡＢ是ＭａｔｈＷｏｒｋｓ公司开发的科学计算环境，具有强大的计算绘图能力，提供大量的函数库、工具箱，几乎涵盖了所有的工程计算领域，被誉为“演算纸”式的工程计算工具。但是ＭＡＴＬＡＢ语言是一种解释执行的脚本语言，运算速度较慢是一个比较突出的问题。 Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ作为一门易学易用的编程语言，受到很多工程技术人员的青睐，其执行速度相对较快，界面友好。因此实现ＶＢ与ＭＡＴＬＡＢ混合编程，可以为科研工作和工程应用提供有力的技术支持。 １ 基本思路及实现方法 ＭＡＴＬＡＢ提供了与Ｃ＋＋、Ｆｏｒｔｒａｎ的程序接口，并没有提供直接与ＶＢ的接口。目前ＶＢ与ＭＡＴＬＡＢ混合编程方面主要使用以下一些方法： （１）在ＶＢ中通过调用ＭＡＴＬＡＢ的引擎（Ｅｎｇｉｎｅ）接口，使用Ｗｉｎｄｏｗｓ的ＯＬＥ或ＡｃｔｉｖｅＸ通道与ＭＡＴＬＡＢ通信。 通过Ｏｂｊｅｃｔ．ＥｘｅｃｕｔｅＭＡＴＬＡＢ语句在程序中直接使用ＭＡＴＬＡＢ提供的函数库和图形库。这种方法可以较快地编写出程序；但在调用引擎时，会在后台启动一个ＭＡＴＬＡＢ进程，影响程序运行速度，占用内存。 （２）通过使用嵌入ＶＢ的矩阵函数库ＭａｔｒｉｘＶＢ的方法。ＭａｔｒｉｘＶＢ是由原ＭａｔｈＴｏｏｌｓ公司开发的第三方插件，利用与ＭＡＴＬＡＢ相似的函数、语法嵌入到ＶＢ中，可以象使用ＶＢ的函数、命令一样使用ＭＡＴＬＡＢ函数。这种方法语法和函数使用比较简单，编程效率很高，几乎完全融入ＶＢ语言，特别对图形的处理非常方便，弥补了其他方法在图形处理上的弱点。安装后，只需在打开的工程中添加ＭａｔｒｉｘＶＢ库即可（在工程－＞引用对话框中选中ＭＭａｔｒｉｘ）。但由于其仍然采用解释执行，执行效率较低，实时运算难以实现。 （３）借助Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋与ＭＡＴＬＡＢ的接口，将ＭＡＴＬＡＢ的程序文件（．Ｍ）编译为动态链接库（．ＤＬＬ），ＶＢ在代码中调用生成的．ＤＬＬ中的函数，实现算法，便于用户脱离ＭＡＴＬＡＢ环境使用。由于算法部分采用Ｃ＋＋语句，运行速度较快，可应用于实时运算。这种方法对开发者在设置和编程上有一定要求，本文将详细阐述具体实现步骤。其基本思路如图１所示。 第一步，编写Ｍ文件。在ＭＡＴＬＡＢ中打开Ｅｄｉｔｏｒ，按照ＭＡＴＬＡＢ程序格式输入代码，实现算法，调试成功。注意：Ｍ文件必须以Ｆｕｎｃｔｉｏｎ开始，避免在ＶＣ＋＋中出现转换错误。 第二步，使用ＭＡＴＬＡＢ６．０新提供的编译插件ＭＡＴＬＡＢ Ａｄｄ－ｉｎ在ＶＣ＋＋中转换为Ｃ文件。在转换前做好ＭＡＴＬＡＢ与ＶＣ＋＋的接口连接。步骤如下： %26;#183;在ＭＡＴＬＡＢ中运行“ｍｅｘ －ｓｅｔｕｐ”，选择Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｖｉｓｕａｌ Ｃ／Ｃ＋＋ ｖｅｒｓｉｏｎ ６．０选项，安装ＭＡＴＬＡＢ Ａｄｄ－ｉｎ文件到ＶＣ＋＋目录，确认；接着运行“ｍｂｕｉｌｄ －ｓｅｔｕｐ”，选择Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｖｉｓｕａｌ Ｃ／Ｃ＋＋ ｖｅｒｓｉｏｎ ６．０作为本地默认编译器；然后在ＭＡＴＬＡＢ下运行“ｃｄｐｒｅｆｄｉｒ”和“ｍｃｃｓａｖｅｐａｔｈ”命令，ＭＡＴＬＡＢ Ａｄｄ－ｉｎ可以脱离ＭＡＴＬＡＢ环境找到ＭＡＴＬＡＢ路径。 %26;#183;在ＶＣ＋＋中选择“工具ｔｏｏｌｓ－＞定制（ｃｕｓｔｏｍｉｚｅ）－＞附加项和宏文件Ａｄｄ－ｉｎｓ ａｎｄ Ｍａｃｒｏ Ｆｉｌｅｓ页”，选中“ＭＡＴＬＡＢ Ａｄｄ－ｉｎ”。这样，在ＶＣ＋＋工具栏出现ＭＡＴＬＡＢ Ａｄｄ－ｉｎ图标，在ＶＣ＋＋新建工程对话框中会出现“ＭＡＴＬＡＢ Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｗｉｚａｒｄ”。至此连接工作完成。 %26;#183;打开ＶＣ＋＋，在新建工程中选择“ＭＡＴＬＡＢ Ｐｒｏｊｅｃｔ Ｗｉｚａｒｄ”，按照提示，选择“Ｓｈａｌｌｅｄ Ｍ－ｄｌｌ”，输入Ｍ文件位置，ＶＣ＋＋开始转换。如果Ｍ文件没有错误，在工程文件夹中会生成一系列．Ｃ文件。其中与Ｍ文件同名的．Ｃ文件即为转换的Ｃ代码。 第三步，编译ＤＬＬ文件（强烈建议不要对刚刚生成的Ｃ代码作任何修改）。选择“编译”菜单，构建．ＤＬＬ文件，在文件夹中会生成与工程名相同的ＤＬＬ文件。 第四步，在ＶＢ中调用ＤＬＬ文件。在第二步生成的Ｃ代码中找到所要的接口函数，注意大小写，记下函数名。在ＶＢ中使用Ｄｅｃｌａｒｅ语句声明这个函数。在窗体的“通用－声明”输入如下语法： Ｄｅｃｌａｒｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ ／Ｓｕｂ ＜函数名＞ Ｌｉｂ “＜ｄｌｌ文件名＞”Ａｌｉａｓ “＜函数名＞” ＜参数表＞ ａｓ ＜ｔｙｐｅ＞（具体语法可参看ＶＢ使用手册）。 在程序代码中直接调用声明的函数即可。需要注意的是函数调用过程中的参数传递问题。由于ＶＢ和Ｃ的数据类型以及参数传递形式不太一样，传递不当，可能会造成调试困难。特别是ＭＡＴＬＡＢ中用到的大量矩阵（数组）参数，调用需十分当心。本文在下面例子中采用文件方式传递参数，利用ＶＢ和ＭＡＴＬＡＢ的文件读写功能传递数组参数，对于实时性要求不高的应用，可以方便稳妥地实现数据传递。 ２ 应用举例 在ＶＢ中利用随机数生成１６个１０以内的整数，作为一个信号序列，利用ＭＡＴＬＡＢ的快速傅立叶变换函数（ＦＦＴ（））对序列进行变换，再将变换结果传递回ＶＢ，并显示在窗体上。 在ＭＡＴＬＡＢ中编辑好Ｍ文件（ｔｅｓｔ．ｍ），实现读取序列文件及ＦＦＴ并写回序列文件，调试成功。代码如下： ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｔ ｆｉｄ＝ｆｏｐｅｎ＇ｔ．ｔｘｔ＇＇ｒｔ＋＇ ％以读写文本方式打开 文件 ａｃｏｕｎｔ＝ｆｓｃａｎｆｆｉｄ＇％ｄ＇ ％文件以整数格式读入 矩阵ａ ｍ＝ｆｆｔａｃｏｕｎｔ ％ＦＦＴ运算 ｆｒｅｗｉｎｄｆｉｄ ％文件指针指向文件头 ｆｐｒｉｎｔｆｆｉｄ＇％ｆ＼ｎ＇ｍ ％向文件写入矩阵ｍ ｆｃｌｏｓｅｆｉｄ 按照前述步骤在ＶＣ＋＋中转换为ｔｅｓｔ．ｃ文件，找到接口函数，本例为ｍｌｆＴｅｓｔ（）。 ｖｏｉｄ ｍｌｆＴｅｓｔ（ｖｏｉｄ）{  ｍｌｆＥｎｔｅｒＮｅｗＣｏｎｔｅｘｔ(０,０); Ｍｔｅｓｔ(); ｍｌｆＲｅｓｔｏｒｅＰｒｅｖｉｏｕｓＣｏｎｔｅｘｔ(０,０); } 编译生成ｔｅｓｔ．ｄｌｌ文件。 在ＶＢ中生成随机序列并写入文件： 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 声明ｍｌｆＴｅｓｔ（）函数： Ｐｒｉｖａｔｅ Ｄｅｃｌａｒｅ Ｓｕｂ ｍｌｆＴｅｓｔ Ｌｉｂ ″Ｇ＼ｔｅｓｔ＼ｄｌｌ＼ｄｌｌ．ｄｌｌ″  调用该函数的事件代码： Ｐｒｉｖａｔｅ Ｓｕｂ Ｃｏｍｍａｎｄ２＿Ｃｌｉｃｋ() ＭｌｆＴｅｓｔ ＇调用函数 Ｅｎｄ Ｓｕｂ 本例中未向函数传递参数，也无需函数返回运算结果，故采用调用子程序过程（Ｓｕｂ）方式直接调用。结果由ＶＢ读取文件获得： 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下调试通过。ＶＢ与ＭＡＴＬＡＢ的混合编程，可以脱离ＭＡＴＬＡＢ环境运行，有利于程序发布及使用。通过二者结合，减少了设计算法的时间，降低了编程难度，同时兼顾了代码安全和界面友好。程序界面如图２所示。