MATLAB程序設計綜合教程（第二版）第12章MATLAB外部接口技術

1、MATLAB程序設計綜合教程（第二版）第12章 MATLAB外部接口技術 MATLAB與Microsoft Office的混合使用 MATLAB數(shù)據(jù)接口 MATLAB應用程序接口12.1 MATLAB與Microsoft Office的混合使用1Notebook的安裝與啟動Notebook的安裝notebook -setupNotebook的啟動在MATLAB的命令窗口中輸入命令： notebook或notebook 文件名在Word窗口的“文件”菜單中選擇“新建”或“打開”命令，選擇新建或打開一個M-Book文檔。 12.1.1 在Word中使用MATLAB2Notebook菜單項M-Boo

2、k模板定義了Word與MATLAB進行通信的宏指令、文檔樣式和工具欄。Notebook的許多操作都可以通過“Notebook”菜單項的命令來完成。3單元的使用在MATLAB Notebook中，凡是在Word與MATLAB之間進行傳遞的內容稱為單元（Cell），它是Notebook與MATLAB交互的基本單位。（1）輸入輸出單元由M-Book文檔傳向MATLAB的命令稱為輸入單元（Input Cell）。在M-Book文檔中任何合法的MATLAB命令都可以定義為輸入單元，輸入單元可以送到MATLAB環(huán)境中去執(zhí)行，執(zhí)行結果保存在MATLAB工作空間，同時送回Notebook，成為輸出單元（Out

3、put Cell）。定義輸入單元的方法是：首先選中所需命令，然后在Notebook菜單中選擇Define Input Cell命令，被選中的MATLAB命令成為輸入單元。為了執(zhí)行輸入單元，應選擇Notebook菜單中的Evaluate Cell命令或直接按組合鍵Ctrl+Enter。（2）單元組Notebook允許把多行MATLAB命令當作一個整體來運行。在Notebook中，把多行輸入單元或自初始化單元稱為單元組（Cell Group）。 定義單元組有以下3種方法。 對連續(xù)輸入的多行文本型MATLAB命令，用鼠標把它們同時選中，然后在Notebook菜單中選擇Define Input Cel

4、l或Define AutoInit Cell命令，分別生成輸入單元組或自初始化單元組。 對連續(xù)輸入的多行文本型MATLAB命令，用鼠標把它們同時選中，然后在Notebook菜單中選擇Evaluate Cell命令或按組合鍵Ctrl+Enter，則單元組被定義并執(zhí)行。 把已有的多個獨立輸入單元或自初始化單元同時選中，然后在Notebook菜單中選擇Group Cells命令，于是，便獲得以第一個獨立單元的性質組合而成的單元組。 4計算區(qū)計算區(qū)（Calc Zone）是一個由普通Word文本、輸入單元和輸出單元組成的連續(xù)區(qū)，用于描述某個具體的作業(yè)或問題。在計算區(qū)里，用戶可以根據(jù)描述問題的需要，安排段

5、落、標題、分欄，而不受計算區(qū)外的有關格式的約束。 定義計算區(qū)的方法是：先選定包含普通Word文本、輸入單元和輸出單元的一個連續(xù)區(qū)，然后選擇Notebook菜單中的Define Calc Zone命令。選擇Evaluate Calc Zone命令即可執(zhí)行計算區(qū)中的全部輸入單元，且在每個輸入單元后面以輸出單元形式給出相應的計算結果。12.1.2 Spreadsheet Link的使用通過Spreadsheet Link，可以在Excel工作區(qū)和MATLAB工作空間之間進行數(shù)據(jù)交換，也可以使用插件方式在Excel中調用MATLAB的算法。1Spreadsheet Link的安裝與啟動版Spreads

6、heet Link的安裝是在MATLAB安裝過程中，選中組件Excel Link，隨其他組件一起安裝。安裝完成后，還需要在Excel中進行一些設置后才能使用。2Spreadsheet Link的主要功能和操作Spreadsheet Link支持二維數(shù)值數(shù)組、一維字符數(shù)組和二維單元數(shù)組，不支持多維數(shù)組和結構。（1）將Excel表格中的數(shù)據(jù)導出到MATLAB工作空間中（2）從MATLAB工作空間導入數(shù)據(jù)到Excel表格中（3）調用MATLAB函數(shù)進行運算12.2 MATLAB數(shù)據(jù)接口MATLAB提供多種方法支持將磁盤文件和剪貼板中的數(shù)據(jù)導入到MATLAB的工作區(qū)，最簡單的辦法是使用數(shù)據(jù)導入向導（可

7、通過選擇“File”菜單中的“Import data”命令或在命令窗口執(zhí)行命令“uiimport”來激活它），而在M文件中則可以使用MATLAB輸入/輸出函數(shù)。12.2.1 文件輸入/輸出操作1文件打開與關閉（1）fopen函數(shù)fopen函數(shù)用于打開文件以供讀寫，其調用格式為fid = fopen (filename, permission)其中fid為文件識別號，filename為待操作的文件名，permission為對文件的允許使用方式。permission常用值有r、w、a、r+，默認為只讀。打開文件成功時，fid返回一整數(shù)，用來標識該文件；打開文件不成功時，fid = 1。（2）fcl

8、ose函數(shù)fclose函數(shù)用于關閉已打開的文件，其調用格式為status = fclose(fid)關閉標識為fid的文件。如果fid為all，則關閉所有已打開的文件，但標準文件除外。返回0表示關閉成功，返回1則表示關閉不成功。2文本文件的讀寫操作（1）fscanf函數(shù)fscanf 函數(shù)用于讀取文本文件的內容，并按指定格式存入矩陣。其調用格式為A, count= fscanf (fid, fmt, size)其中A用于存放讀取的數(shù)據(jù)，count返回成功讀取的數(shù)據(jù)元素個數(shù)，fid為文件識別號，fmt用以控制讀取的數(shù)據(jù)格式，size指定讀取多少數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)格式由%加上格式符組成，常見的格式符如表所示

9、，在%之后還可以加上數(shù)據(jù)寬度。例如，%3d，它控制讀取的整型數(shù)據(jù)取3位數(shù)字；控制讀取實型數(shù)據(jù)，取10個字符(含小數(shù)點)，小數(shù)部分占3位。 （2）fprintf函數(shù)fprintf函數(shù)可以將數(shù)據(jù)按指定格式寫入到文本文件中。其調用格式為count = fprintf (fid, fmt, A)其中fid和fmt的意義與fscanf函數(shù)相同，A存放要寫入文件的數(shù)據(jù)，count返回成功輸出的字節(jié)數(shù)。先按fmt指定的格式將數(shù)據(jù)矩陣A格式化，然后寫入到fid所關聯(lián)的文件。如果不指定fid，則默認輸出到屏幕。3二進制文件的讀寫操作（1）fread函數(shù)從文件中讀入二進制數(shù)據(jù)。其調用格式為A，count = fr

10、ead(fid，size，precision)其中A用于存放讀取的數(shù)據(jù)，count返回所讀取的數(shù)據(jù)元素個數(shù)，fid為文件識別號，size用于指定讀入數(shù)據(jù)的元素數(shù)量（可取值與fscanf函數(shù)相同，省略時則讀取整個文件內容），precision指定讀寫數(shù)據(jù)的類型，其默認值為uchar。（2）fwrite函數(shù)fwrite 函數(shù)按照指定的數(shù)據(jù)類型將矩陣中的元素寫入到文件中。其調用格式為count = fwrite (fid, A, precision)其中count返回成功寫入文件的數(shù)據(jù)元素個數(shù)，fid為文件句柄，A用來存放要寫入文件的數(shù)據(jù)，precision用于控制所寫數(shù)據(jù)的類型。4數(shù)據(jù)文件定位（1

11、）fseek函數(shù)用于定位文件位置指針，其調用格式為status = fseek(fid, offset, origin)其中fid為文件識別號；offset表示位置指針相對移動的字節(jié)數(shù)，若為正整數(shù)表示向文件尾方向移動，若為負整數(shù)表示向文件頭方向移動；origin表示位置指針移動的參照位置，它的取值有3種可能：cof 或0表示文件的當前位置，bof 或1表示文件的開始位置，eof或1表示文件的結束位置。若定位成功，status返回值為0，否則返回值為1。（2）ftell函數(shù)用來查詢文件指針的當前位置，其調用格式為position = ftell (fid)ftell函數(shù)的返回值為從文件頭到指針當

12、前位置的字節(jié)數(shù)。若返回值為1，表示獲取文件當前位置失敗。（3）feof函數(shù)用來判斷當前的文件位置指針是否到達文件尾部，其調用格式為 status = feof (fid)當?shù)竭_文件結束位置時，測試結果為1，否則返回0。（4）ferror函數(shù)用來查詢最近一次輸入或輸出操作中的出錯信息，其調用格式為： message = ferror(fid)12.2.2 MAT文件與應用1MAT文件MATLAB的“save”命令可以將MATLAB系統(tǒng)內部數(shù)據(jù)保存為MAT文件，而“l(fā)oad”命令可以將磁盤上的MAT文件中的數(shù)據(jù)讀入到MATLAB系統(tǒng)中。此外，為了有效地管理MAT文件，以及在MATLAB外部讀取和創(chuàng)

13、建MAT文件，MATLAB提供了一個子程序庫，用戶可以在C/C+、FORTRAN程序中直接調用這些子程序來創(chuàng)建和讀取MAT文件。MATLAB提供的用于操作MAT文件的API函數(shù)封裝于兩個標準庫文件中：和。前者用于對MAT文件的操作，后者用于對MAT文件中矩陣的操作。2C語言MAT文件應用（1）常用MAT文件操作函數(shù) 打開MAT文件。MATFile *matOpen(const char *filename, const char *mode)其中，filename為要操作的文件；mode用來說明對文件的使用方式，它可取以下值： 關閉MAT文件。int matClose(MATFile *mfp

14、)；其中，mfp指向要操作的MAT文件，如果函數(shù)執(zhí)行成功，返回0，否則返回“EOF”。 向MAT文件中存入一個矩陣。int matPutVariable(MATFile *mfp, const char *name, const mxArray *mp);此函數(shù)將一個mp指向的mxArray結構體寫入mfp所指向的MAT文件中。如果文件中存在同名的mxArray結構體，那么將覆蓋原來的值；如果不存在同名的mxArray結構體，則將此結構體添加到文件末尾。函數(shù)執(zhí)行成功，返回0，否則返回一個非零值。 向MAT文件中存入一個矩陣。matPutArrayAsGlobal(MATFile*mfp, co

15、nst mxArray*mp);執(zhí)行此命令后，使得用load命令裝入這個MAT文件時，該矩陣對應的變量成為全局變量。 獲取MAT文件中的變量列表。char *matGetDir(MATFile *mfp, int *num)； 獲取MAT文件的C語言FILE句柄。FILE *matGetFp(MATFile *mfp);通過該句柄，用戶可以使用C語言的庫函數(shù)feof、ferror來判斷錯誤原因。 從MAT文件中讀取一個矩陣。mxArray *matGetVariable(MATFile *mfp, const char *name)；MatGetDir、matGetFp、matGetVaria

16、ble函數(shù)通過mxCalloc函數(shù)分配內存，在程序結束時，必須使用mxFree函數(shù)釋放內存。 從MAT文件中刪除一個矩陣。int matDeleteVariable(MATFile *mfp, const char *name)；其中name為要刪除的矩陣。如果函數(shù)執(zhí)行成功，將返回0，否則返回一個非零值。（2）mx-函數(shù)在C程序中使用MATLAB數(shù)據(jù)時還用到MATLAB提供的接口函數(shù)中的mx-函數(shù)，以完成對mxArray對象的操作。MATLAB的矩陣運算是以mxArray結構體（C+中是mwArray類）為核心構建的，mxArray結構體的定義在MATLAB的文件中。12.3 MATLAB與其

17、他語言的接口接口是MATLAB與其他語言程序相互調用各自函數(shù)的方法，MEX文件使MATLAB可以直接調用或鏈接C/C+語言編寫的算法函數(shù)，而MATLAB引擎使C/C+語言可以調用MATLAB函數(shù)。12.3.1 MEX文件MEX（MATLAB Executable）動態(tài)鏈接函數(shù)接口是MATLAB調用其它語言編寫的程序或算法的接口，通過mex命令將C、FORTRAN語言編寫的算法函數(shù)編譯成動態(tài)鏈接程序，使之成為MATLAB的一個擴展函數(shù)。在Windows系統(tǒng)中，MEX文件是DLL格式，使用DLL格式可以直接訪問Windows系統(tǒng)的各種資源，生成圖形用戶界面，還可以利用Windows的動態(tài)數(shù)據(jù)交換能

18、力，與其他的Windows應用程序交換數(shù)據(jù)。1MEX函數(shù)MEX函數(shù)用于從MATLAB環(huán)境中獲取必要的矩陣數(shù)據(jù)和相應信息。所有MEX函數(shù)均在MATLAB的子文件夾externinclude中的頭文件得到聲明。 2MEX文件的建立C語言的MEX文件的源程序由如下兩個部分組成。（1）入口子程序mexFunction其作用是在MATLAB系統(tǒng)與被調用的外部子程序之間建立通信聯(lián)系，定義被MATLAB調用的外部子程序的入口地址、MATLAB系統(tǒng)和子程序傳遞的參數(shù)等。入口子程序的構成如下：void mexFunction(int nlhs,mxArray*plhs,int nrhs,mxArray*prhs)函數(shù)中有4個參數(shù)nlhs、plhs、nrhs和prhs。nlhs是輸出數(shù)據(jù)的個數(shù)，plhs是指向輸出數(shù)據(jù)的指針，nrhs是輸入數(shù)據(jù)的個數(shù)，prhs是指向輸入數(shù)據(jù)的指針。 （2）計算子程序（Computational Routine）它包含所有完成計算功能的程序代碼，由入口子程序調用。3MEX文件的編譯MEX文件的編譯需要具備兩個條件：一是要求已經(jīng)安裝MATLAB應用程序接口組件及其相應的工具，另一個是要求有合適的C/C+語言編譯器。MEX文件的編譯使用mex命令，如果第一次使用，需要配置mex采用什么編譯器。在MAT