3-8 qW萿 C {茤Is MATLAB

我們除了可以經由 MATLAB 來呼叫由 C 程式語言所寫的 MATLAB 函數之外，也可以反向操作，也就是經由獨立的 C 程式來呼叫 MATLAB 引擎，此種情況通常發生在你已經有一個大型的 C 程式碼，但是可能想要使用 MATLAB 的特殊功能來完成某些特定的工作，例如：

想要使用 MATLAB 的強大數學功能，例如計算反矩陣、行列式、最小平方解、奇異值分解（Singlar Value Decomposition）等。
想要使用 MATLAB 強大的圖形顯示功能，例如二維及三維圖形、動畫等。

Hint

如果你想將一個獨立的 MATLAB 視窗應用程式轉換成單獨的可執行檔（Standalone Executable，亦即不需要安裝 MATLAB 即可運作的 .exe 檔案），那麼你需要的是適用於MATLAB 5.x 和 6.x 的「Runtime Server」工具箱，就可以將你的 MATLAB 視窗應用程式（不需要命令列輸入的 MATLAB 應用程式）轉成 .exe 檔案，包含所有的圖形顯示功能，可以讓沒有安裝 MATLAB 的其他人使用。
在 MATLAB 7.x，「Runtime Server」工具箱已經不復存在，其功能已經搬到「MATLAB Compiler」工具箱了。

首先，我們來看一個簡單的範例，其功能是在 C 程式碼裡面啟動 MATLAB 並執行一個 M 檔案 plotSine.m，同時秀出執行 whos 指令後的訊息，C 的範例程式碼是 plotViaMatlab01.c。假設你已經設定好你的 C 編譯器（請見本章第二節），而且假設你用的是 Microsoft VC 10.0，那麼我們可在 MATLAB 輸入下列命令以編譯此 C 程式碼：

Example 1: 03-應用程式介面/matlabEngine01.moptsFile = [matlabroot '\bin\win64\mexopts\msvc100engmatopts.bat']; mex('-f', optsFile, 'plotViaMatlab01.c'); % 進行編譯 !plotViaMatlab01 % 測試程式

Hint

如果你的作業系統是 32-bit Windows，請將上述範例之 "win64" 改為 "win32".
如果你使用的編譯器是 Microsoft VC 8.0，請將上述範例之 "msvc100engmatopts.bat" 改為 "msvc80engmatopts.bat"，依此類推。

若一切無誤，將會產生 plotViaMatlab01.exe，當你執行此程式碼後，會啟動另一個 MATLAB，並執行 plotSine.m，畫出下列圖形：

同時跳出一個訊息視窗，以顯示 MATLAB 在執行 whos 指令後的輸出訊息：

同時工作列也會顯示一個 MATLAB 的圖示，代表 MATLAB engine 正在執行中。當你按下訊息視窗的「確定」後，MATLAB engine 也就跟著結束了。

plotViaMatlab01.c 的內容如下：

原始檔（03-應用程式介面/plotViaMatlab01.c）：（灰色區域按兩下即可拷貝）

/* 此範例說明如何在微軟的視窗環境下，由 C 程式來呼叫 MATLAB 引擎 */
#include <windows.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <direct.h>
#include "mex.h"
#include "engine.h"

#define BUFSIZE 256

int PASCAL WinMain (HINSTANCE hInstance,
                    HINSTANCE hPrevInstance,
                    LPSTR     lpszCmdLine,
                    int       nCmdShow){
	char buffer[BUFSIZE];
	mxArray *app;
	Engine *ep;

	/* 啟動 MATLAB 引擎 */
	if (!(ep = engOpen(NULL))){		// 產生一個 MATLAB 引擎物件
		MessageBox ((HWND)NULL, (LPSTR)"Can't start MATLAB engine",
			(LPSTR)"plotViaMatlab01.c", MB_OK);
		exit(-1);
	}

	/* 切換目錄並執行 plotSine.m */
	_getcwd(buffer, BUFSIZE);		// 將此程式所在目錄存入字串 buffer
	app = mxCreateString(buffer);		// 產生 MATLAB 內部的字串變數 app
	engPutVariable(ep, "appDir", app);	// 將字串變數 app 至入工作空間的變數 appDir
	engEvalString(ep, "cd(appDir)");	// 將 MATLAB 的工作目錄切換至字串 appDir 所指定的目錄
	engEvalString(ep, "plotSine");		// 執行同目錄下的 plotSine.m
	
	/* 取得 MATLAB 輸出訊息 */
	engOutputBuffer(ep, buffer, BUFSIZE);	// 設定 buffer 可以接收 MATLAB 的輸出訊息
	engEvalString(ep, "whos");		// 在 MATLAB 引擎執行 whos 指令
	MessageBox((HWND)NULL, (LPSTR)buffer, (LPSTR) "MATLAB - whos", MB_OK);		// 顯示 buffer 的內容

	engClose(ep);				// 最後關閉 MATLAB 引擎
	return(0);
}

我們已經將相關的說明，都以註解的方式放在程式碼之中。主要的重點可以說明如下。

首先我們要產生一個 MATLAB Engine的物件，才能經由這個物件啟動 MATLAB 以及和 MATLAB 溝通，這步可以經由下列程式碼完成： Engine *ep=engOpen(NULL);
再來假設欲呼叫的MATLAB程式 plotSine.m 與呼叫它的 C 程式是放在同一個目錄，我們必須將 MATLAB 切換到此目錄，作法如下：

將此程式所在目錄存入字串 buffer：_getcwd(buffer, BUFSIZE );
產生 MATLAB 內部的字串變數 app：app = mxCreateString(buffer);
將字串變數 app 至入工作空間的變數 appDir：engPutVariable(ep, "appDir", app);
將 MATLAB 的工作目錄切換至字串 appDir 所指定的目錄：engEvalString(ep, "cd(appDir)");

最後就將我們想要呼叫的 MATLAB 程式 plotSine.m 傳入執行，即可大功告成：

engEvalString(ep, "plotSine");

接著我們要顯示 MATLAB 在執行 whos 之後所得到的輸出訊息，作法如下：

設定 buffer 可以接收 MATLAB 的輸出訊息：engOutputBuffer(ep, buffer, BUFSIZE);
在 MATLAB engine 執行 whos 指令：engEvalString(ep, "whos");
顯示 buffer 的內容：MessageBox ((HWND)NULL, (LPSTR)buffer, (LPSTR) "MATLAB - whos", MB_OK);

最後關閉 MATLAB engine：engClose(ep);

在上述 MATLAB 範例程式中，如果發生編譯錯誤，可能是你所使用的編譯器不是 Microsoft VC 10.0，此時要將編譯參數檔 optsFile 改成適合你所用的編譯器，常用的編譯參數檔案可以顯示如下：

Example 2: 03-應用程式介面/showOpsFile.m% 如果你的作業系統是 32-bit Windows，請將下列之 "win64" 改為 "win32". dir([matlabroot '\bin\win64\mexopts\*engmatopts.bat']) intelc11msvs2008engmatopts.bat msvc100freeengmatopts.bat intelf11msvs2008engmatopts.bat msvc80engmatopts.bat intelf11msvs2008shellengmatopts.bat msvc90engmatopts.bat msvc100engmatopts.bat

由上述範例可以看出，編譯參數檔案名稱都符合 *engmatopts.bat 的格式，根據你使用的編譯器，就可以找到相關的編譯參數檔。

Hint

若在編譯或執行過程中，還有其他錯誤訊息，可以到美國總公司的技術支援網頁，填入相關關鍵字以進行搜尋，網址是：http://www.mathworks.com/support

在下面這個範例中，我們在 C 程式碼內反覆將 MATLAB 命令送到 MATLAB 執行，而不用呼叫一個外部的 M 檔案。編譯及執行的範例如下：

Example 3: 03-應用程式介面/matlabEngine02.moptsFile = [matlabroot '\bin\win64\mexopts\msvc100engmatopts.bat']; mex('-f', optsFile, 'plotViaMatlab02.c'); % 進行編譯 !plotViaMatlab02 % 測試程式

執行 plotViaMatlab02.exe 之後，可以畫出「自由落體的距離與時間關係圖」，如下：

plotViaMatlab02.c 程式碼如下：

原始檔（03-應用程式介面/plotViaMatlab02.c）：（灰色區域按兩下即可拷貝）

/* 此範例說明如何在微軟的視窗環境下，由 C 程式來呼叫 MATLAB 引擎 */
#include <windows.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "engine.h"

int PASCAL WinMain (HINSTANCE hInstance,
                    HINSTANCE hPrevInstance,
                    LPSTR     lpszCmdLine,
                    int       nCmdShow){
	Engine *ep;
	mxArray *T;
	double time[10] = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};

	/* 啟動 MATLAB 引擎 */
	if (!(ep = engOpen(NULL))) {
		MessageBox ((HWND)NULL, (LPSTR)"Can't start MATLAB engine", 
			(LPSTR)"plotViaMatlab02.c", MB_OK);
		exit(-1);
	}
	
	T = mxCreateDoubleMatrix(1, 10, mxREAL);	// 產生一個 MATLAB 的內部變數 T
	memcpy((char *)mxGetPr(T), (char *)time, 10*sizeof(double));	// 將 time 的值拷貝到 T
	engPutVariable(ep, "T", T);					// 將 T 的值送到 MATLAB 工作空間的變數 T

	/* 自由落體的位移對時間的函數：distance = (1/2)g.*t.^2 */
	engEvalString(ep, "D = .5.*(-9.8).*T.^2;");			// 將字串送到 MATLAB 去執行
	engEvalString(ep, "plot(T, D, 'o-');");				// 畫出執行結果
	engEvalString(ep, "title('自由落體的距離與時間關係圖');");
	engEvalString(ep, "xlabel('時間 (秒)');");
	engEvalString(ep, "ylabel('距離 (米)');");

	mxDestroyArray(T);			// 移除 MATLAB 內部變數 T
	engClose(ep);				// 最後關閉 MATLAB 引擎
	return(0);
}

在上述範例中，相關的說明都以註解的方式寫在上述程式碼內，在此不再贅述。

有關更進一步如何使用 C 呼叫 MATLAB 引擎，可查閱 MATLAB Helpdesk 中的 External Interfaces/API 章節「Calling MATLAB from C and Fortran Programs」，有更詳細的介紹。

MATLAB程式設計：進階篇