Иногда нужно сделать приложение, которое общается с неким девайсом и выполняет сложные математические расчеты. Конечно, можно написать свои библиотеки или найти библиотеки сторонних разработчиков, но зачем, если все уже написано за нас? Намного проще написать матлабовскую функцию, отладить ее и использовать в своем приложении.

MATLAB Component Runtime

Программа, созданная на каком-либо языке, требует для своего выполнения определенный набор служб – среду выполнения.  Компилятор MATLAB не имеет математических библиотек. Вместо них используется среда выполнения MATLAB, называемая MCR (MATLAB Component Runtime). Она состоит из набора dll-библиотек и обеспечивает полную поддержку языка MATLAB.

Для установки среды выполнения компоненты MATLAB нужно использовать файл MCRInstaller.exe, который расположен в следующем каталоге %matlabroot%\toolbox\compiler\deploy\win32. При выполнении этого файла начинается обычный процесс установки Windows-приложения (никаких серийных номеров и регистрации не требуется). Библиотеки MCR по умолчанию устанавливаются в каталог C:\Program Files\MATLAB\MATLAB Component Runtime\v76, где подкаталог «v76» соответствует версии 7.6 среды MCR, другая версия MCR уста навливается независимо в соседний каталог, например, «.\v74» – от MATLAB R2006b. При работе приложения используется та версия MCR, на которой был создан компонент MATLAB. Для перехода на другую версию компонент должен быть перекомпилирован.

Обертки

Matlab может генерировать несколько оберток для ваших программ:

• С main – файлы с процедурой main на C
• C WinMain – файлы с процедурой main на C
• CPP Main – dll библиотека, содержащая класс с функционалом вашего приложения
• C shared lib — dll библиотека, содержащая С-функции
• COM – COM обьект.

Самый простой, по моему мнению способ использовать ваш m-код в С-программе — C shared lib. Будем использовать его.

Для демонстрации, напишем простую программу

function [double_freq]=test(freq)
    t = 0:0.001:1;
    val = sin( 2*pi*freq*t );
    plot(t, val);
    double_freq = 2*freq;
end

В ней есть все основные элементы – график, передача данных в приложение и прием из приложения.

Компилятором matlab нельзя компилировать непосредственно встроенные функции. Для того, чтобы их использовать необходимо создать промежуточный m-файл.

Шаг 1: Настройка линкера.

Для того, чтобы получить на выходе компилятора matlab статически подключаемую библиотеку, необходимо настроить линкер, которым она будет собираться. Конечно, собрать lib можно и в ручную или использовать для этого специальную утилиту. Но мне так было удобнее.

Проделаем следующие действия:

>> mbuild -setup

Please choose your compiler for building standalone MATLAB applications:

Would you like mbuild to locate installed compilers [y]/n? y

Select a compiler:

[1] Lcc-win32 C 2.4.1 in C:\PROGRA~1\MATLAB\R2008b\sys\lcc

[2] Microsoft Visual C++ 2008 in C:\Program Files\Microsoft Visual Studio 9.0

[0] None

Compiler: 2

Please verify your choices:

Compiler: Microsoft Visual C++ 2008

Location: C:\Program Files\Microsoft Visual Studio 9.0

Are these correct [y]/n? y

Trying to update options file: C:\Documents and Settings\BSVi\Application Data\MathWorks\MATLAB\R2008b\compopts.bat

From template: C:\PROGRA~1\MATLAB\R2008b\bin\win32\mbuildopts\msvc90compp.bat

Done . . .

Шаг 2: Сборка библиотеки

Выполняется следующей командой:

mcc -W lib:test -T link:lib test

ключ –W lib:test означает, что мы хотим собрать C shared lib

ключем -T link:lib мы просим по собрать из полученных в результате компиляции файлов статическую библиотеку.

Test – это имя .m-файла.

В результате компиляции появляются следующие файлы:

• Test.lib – статическая библиотека. Ради нее все и затевалось.
• Test.dll – динамический вариант.
• Test.c — файл обертки C
• Test.exports – список экспортируемых функций
• Test.h – заголовочный файл для экспортируемых функций
• Test_mcc_component_data.c — C_файл, содержащий данные, необходимые MCR для нициализации и использования приложения.
• readme.txt — содержит необходимую информацию для инсталляции приложения

Шаг 3: Подготавливаем среду к компиляции.

Добавляем пути к .h файлам matlab

Добавляем нашу статическую библиотеку и статические библиотеки matlab:

Эти библиотеки можно найти по пути  %matalbroot%\extern\lib\win32\microsoft\

Шаг 4: Пишем приложение

Правила написания кода приложения. Для использования созданной Компилятором MATLAB библиотеки в приложении, код С — программы должен иметь следующую структуру:

1. Включение в приложение созданного заголовочного файла для каждой библиотеки <lib_name>.h.

2. Объявление переменных.

3. Вызов функции mclInitializeApplication для инициализации среды исполнения MCR MATLAB. Необходимо вызвать эту функцию один раз в приложении, и это нужно сделать перед вызовом любых других MATLAB-функций.

4. Вызов функции <lib_name>Initialize() библиотеки. Эта функция возвращает значение true при успешной инициализации и false – в случае отказа.

5. Вызов экспортируемых функций библиотеки. Это – основная часть программы. При этом следует использовать mx-интерфейс C, чтобы обработать параметры ввода и вывода функций. Если приложение отображает график в окне MATLAB, то нужно включить вызов mclWaitForFiguresToDie(NULL) перед вызовом функций Terminate и mclTerminateApplication.

6. Вызов функции <lib_name>Terminate() завершения библиотеки, когда приложение больше не нуждается в данной библиотеке. Эта функция освобождает ресурсы, связанные с ее экземпляром MCR.

7. Вызов функции mclTerminateApplication уничтожает MCR

8. Освобождение переменных, закрытие файлов и т.д., выход.

Передача и прием параметров

MATLAB работает с только единственным типом объекта: массивом MATLAB. Все переменные MATLAB, включая скаляры, векторы, матрицы, строки, массивы ячейки, структуры, и объекты, сохраняются как массивы MATLAB. Для взаимодействия языков программирования C и MATLAB  создан соответствующий типу MATLAB тип данных mxArray C.

Справка matlab содержит полное руководство по работе с mxArray. Его можно найти по запросу “C and Fortran API Reference”.

Пример программы

#include "stdafx.h"
#include "stdio.h"
#include "conio.h"
#include "test.h"

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    mxArray *in, *out;
    
    printf( "Loading... \n");

    if( !mclInitializeApplication(NULL,0) )
    {
        printf("Could not initialize the application.\n");
        _getch();
        return -1;
    }
    
    in = mxCreateDoubleScalar( 1.123 );
    out = mxCreateDoubleScalar( 0 );


    if ( !testInitialize() )
    {
        printf("Could not initialize the library.\n");
        _getch();
        return -2;
    }
    else
    {
        if ( !mlfTest( 1, &out, in ) )
        {
            printf("Could not execute function.\n");
            _getch();
            return -3;
        }
        _getch();
        printf("Double frequency is %f \n", mxGetScalar(out));

        
        testTerminate();
        mxDestroyArray(in);
        mxDestroyArray(out);
        

    }
    printf("Terminating... \n");

    mclTerminateApplication();
    _getch();

    return 0;
}

Ага, она работает. Показывает график и выдает.

MATLAB:I18n:InconsistentLocale — The system locale setting, Russian_Russia.1251, is different from the user locale setting, English (United States)_United States.1252.

Loading…

Double frequency is 2.246000

Terminating…