《MATLAB程序設(shè)計(jì)教程(第二版)》課件第12章 MATLAB外部接口技術(shù)

第12章MATLAB外部接口技術(shù)MATLAB與MicrosoftOffice的混合使用

MATLAB數(shù)據(jù)接口

MATLAB應(yīng)用程序接口12.1MATLAB與MicrosoftOffice的混合使用1．Notebook的安裝與啟動(dòng)Notebook的安裝notebook-setupNotebook的啟動(dòng)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(gè)M-Book文檔。

12.1.1在Word中使用MATLAB2．Notebook菜單項(xiàng)M-Book模板定義了Word與MATLAB進(jìn)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(guò)“Notebook”菜單項(xiàng)的命令來(lái)完成。3．單元的使用在MATLABNotebook中，凡是在Word與MATLAB之間進(jìn)行傳遞的內(nèi)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（InputCell）。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(jié)果保存在MATLAB工作空間，同時(shí)送回Notebook，成為輸出單元（OutputCell）。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DefineInputCell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(yīng)選擇Notebook菜單中的EvaluateCell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(dāng)作一個(gè)整體來(lái)運(yùn)行。在Notebook中，把多行輸入單元或自初始化單元稱為單元組（CellGroup）。定義單元組有以下3種方法。①對(duì)連續(xù)輸入的多行文本型MATLAB命令，用鼠標(biāo)把它們同時(shí)選中，然后在Notebook菜單中選擇DefineInputCell或DefineAutoInitCell命令，分別生成輸入單元組或自初始化單元組。②對(duì)連續(xù)輸入的多行文本型MATLAB命令，用鼠標(biāo)把它們同時(shí)選中，然后在Notebook菜單中選擇EvaluateCell命令或按組合鍵Ctrl

+

Enter，則單元組被定義并執(zhí)行。③把已有的多個(gè)獨(dú)立輸入單元或自初始化單元同時(shí)選中，然后在Notebook菜單中選擇GroupCells命令，于是，便獲得以第一個(gè)獨(dú)立單元的性質(zhì)組合而成的單元組。

4．計(jì)算區(qū)計(jì)算區(qū)（CalcZone）是一個(gè)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(gè)具體的作業(yè)或問(wèn)題。在計(jì)算區(qū)里，用戶可以根據(jù)描述問(wèn)題的需要，安排段落、標(biāo)題、分欄，而不受計(jì)算區(qū)外的有關(guān)格式的約束。定義計(jì)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(gè)連續(xù)區(qū)，然后選擇Notebook菜單中的DefineCalcZone命令。選擇EvaluateCalcZone命令即可執(zhí)行計(jì)算區(qū)中的全部輸入單元，且在每個(gè)輸入單元后面以輸出單元形式給出相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果。12.1.2SpreadsheetLink的使用通過(guò)SpreadsheetLink，可以在Excel工作區(qū)和MATLAB工作空間之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，也可以使用插件方式在Excel中調(diào)用MATLAB的算法。1．SpreadsheetLink的安裝與啟動(dòng)MATLAB7.X版SpreadsheetLink的安裝是在MATLAB安裝過(guò)程中，選中組件ExcelLink，隨其他組件一起安裝。安裝完成后，還需要在Excel中進(jìn)行一些設(shè)置后才能使用。2．SpreadsheetLink的主要功能和操作SpreadsheetLink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(jié)構(gòu)。（1）將Excel表格中的數(shù)據(jù)導(dǎo)出到MATLAB工作空間中（2）從MATLAB工作空間導(dǎo)入數(shù)據(jù)到Excel表格中（3）調(diào)用MATLAB函數(shù)進(jìn)行運(yùn)算12.2MATLAB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(dǎo)入到MATLAB的工作區(qū)，最簡(jiǎn)單的辦法是使用數(shù)據(jù)導(dǎo)入向?qū)В赏ㄟ^(guò)選擇“File”菜單中的“Importdata”命令或在命令窗口執(zhí)行命令“uiimport”來(lái)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(guān)閉（1）fopen函數(shù)fopen函數(shù)用于打開文件以供讀寫，其調(diào)用格式為fid=fopen(filename,permission)其中fid為文件識(shí)別號(hào)，filename為待操作的文件名，permission為對(duì)文件的允許使用方式。permission常用值有’r’、’w’、’a’、’r+’，默認(rèn)為只讀。打開文件成功時(shí)，fid返回一整數(shù)，用來(lái)標(biāo)識(shí)該文件；打開文件不成功時(shí)，fid=

1。（2）fclose函數(shù)fclose函數(shù)用于關(guān)閉已打開的文件，其調(diào)用格式為status=fclose(fid)關(guān)閉標(biāo)識(shí)為fid的文件。如果fid為'all'，則關(guān)閉所有已打開的文件，但標(biāo)準(zhǔn)文件除外。返回0表示關(guān)閉成功，返回

1則表示關(guān)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(nèi)容，并按指定格式存入矩陣。其調(diào)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(gè)數(shù)，fid為文件識(shí)別號(hào)，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(jiàn)的格式符如表11.4所示，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；%10.3f控制讀取實(shí)型數(shù)據(jù)，取10個(gè)字符(含小數(shù)點(diǎn))，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(diào)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(guān)聯(lián)的文件。如果不指定fid，則默認(rèn)輸出到屏幕。3．二進(jìn)制文件的讀寫操作（1）fread函數(shù)從文件中讀入二進(jìn)制數(shù)據(jù)。其調(diào)用格式為[A，count]=fread(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(gè)數(shù)，fid為文件識(shí)別號(hào)，size用于指定讀入數(shù)據(jù)的元素?cái)?shù)量（可取值與fscanf函數(shù)相同，省略時(shí)則讀取整個(gè)文件內(nèi)容），precision指定讀寫數(shù)據(jù)的類型，其默認(rèn)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(diào)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(gè)數(shù)，fid為文件句柄，A用來(lái)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．?dāng)?shù)據(jù)文件定位（1）fseek函數(shù)用于定位文件位置指針，其調(diào)用格式為status=fseek(fid,offset,origin)其中fid為文件識(shí)別號(hào)；offset表示位置指針相對(duì)移動(dòng)的字節(jié)數(shù)，若為正整數(shù)表示向文件尾方向移動(dòng)，若為負(fù)整數(shù)表示向文件頭方向移動(dòng)；origin表示位置指針移動(dòng)的參照位置，它的取值有3種可能：'cof'或0表示文件的當(dāng)前位置，'bof'或

1表示文件的開始位置，'eof'或1表示文件的結(jié)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(lái)查詢文件指針的當(dāng)前位置，其調(diào)用格式為position=ftell(fid)ftell函數(shù)的返回值為從文件頭到指針當(dāng)前位置的字節(jié)數(shù)。若返回值為–1，表示獲取文件當(dāng)前位置失敗。（3）feof函數(shù)用來(lái)判斷當(dāng)前的文件位置指針是否到達(dá)文件尾部，其調(diào)用格式為status=feof(fid)當(dāng)?shù)竭_(dá)文件結(jié)束位置時(shí)，測(cè)試結(jié)果為1，否則返回0。（4）ferror函數(shù)用來(lái)查詢最近一次輸入或輸出操作中的出錯(cuò)信息，其調(diào)用格式為：message=ferror(fid)12.2.2MAT文件與應(yīng)用1．MAT文件MATLAB的“save”命令可以將MATLAB系統(tǒng)內(nèi)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)建MAT文件，MATLAB提供了一個(gè)子程序庫(kù)，用戶可以在C/C++、FORTRAN程序中直接調(diào)用這些子程序來(lái)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)文件中：libmat.lib和libmx.lib。前者用于對(duì)MAT文件的操作，后者用于對(duì)MAT文件中矩陣的操作。2．C語(yǔ)言MAT文件應(yīng)用（1）常用MAT文件操作函數(shù)①打開MAT文件。MATFile*matOpen(constchar*filename,constchar*mode)其中，filename為要操作的文件；mode用來(lái)說(shuō)明對(duì)文件的使用方式，它可取以下值：②關(guān)閉MAT文件。intmatClose(MATFile*mfp)；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”。③向MAT文件中存入一個(gè)矩陣。intmatPutVariable(MATFile*mfp,constchar*name,constmxArray*mp);此函數(shù)將一個(gè)mp指向的mxArray結(jié)構(gòu)體寫入mfp所指向的MAT文件中。如果文件中存在同名的mxArray結(jié)構(gòu)體，那么將覆蓋原來(lái)的值；如果不存在同名的mxArray結(jié)構(gòu)體，則將此結(jié)構(gòu)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(gè)非零值。④向MAT文件中存入一個(gè)矩陣。matPutArrayAsGlobal(MATFile*mfp,constmxArray*mp);執(zhí)行此命令后，使得用load命令裝入這個(gè)MAT文件時(shí)，該矩陣對(duì)應(yīng)的變量成為全局變量。⑤獲取MAT文件中的變量列表。char*matGetDir(MATFile*mfp,int*num)；⑥獲取MAT文件的C語(yǔ)言FILE句柄。FILE*matGetFp(MATFile*mfp);通過(guò)該句柄，用戶可以使用C語(yǔ)言的庫(kù)函數(shù)feof、ferror來(lái)判斷錯(cuò)誤原因。⑦從MAT文件中讀取一個(gè)矩陣。mxArray*matGetVariable(MATFile*mfp,constchar*name)；MatGetDir、matGetFp、matGetVariable函數(shù)通過(guò)mxCalloc函數(shù)分配內(nèi)存，在程序結(jié)束時(shí)，必須使用mxFree函數(shù)釋放內(nèi)存。⑧從MAT文件中刪除一個(gè)矩陣。intmatDeleteVariable(MATFile*mfp,constchar*name)；其中name為要?jiǎng)h除的矩陣。如果函數(shù)執(zhí)行成功，將返回0，否則返回一個(gè)非零值。（2）mx-函數(shù)在C程序中使用MATLAB數(shù)據(jù)時(shí)還用到MATLAB提供的接口函數(shù)中的mx-函數(shù)，以完成對(duì)mxArray對(duì)象的操作。MATLAB的矩陣運(yùn)算是以mxArray結(jié)構(gòu)體（C++中是mwArray類）為核心構(gòu)建的，mxArray結(jié)構(gòu)體的定義在MATLAB的extern\include\matrix.h文件中。12.3MATLAB與其他語(yǔ)言的接口接口是MATLAB與其他語(yǔ)言程序相互調(diào)用各自函數(shù)的方法，MEX文件使MATLAB可以直接調(diào)用或鏈接C/C++語(yǔ)言編寫的算法函數(shù)，而MATLAB引擎使C/C++語(yǔ)言可以調(diào)用MATLAB函數(shù)。12.3.1MEX文件MEX（MATLABExecutable）動(dòng)態(tài)鏈接函數(shù)接口是MATLAB調(diào)用其它語(yǔ)言編寫的程序或算法的接口，通過(guò)mex命令將C、FORTRAN語(yǔ)言編寫的算法函數(shù)編譯成動(dòng)態(tài)鏈接程序，使之成為MATLAB的一個(gè)擴(kuò)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(wèn)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(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換能力，與其他的Windows應(yīng)用程序交換數(shù)據(jù)。1．MEX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(yīng)信息。所有MEX函數(shù)均在MATLAB的子文件夾extern\include中的頭文件mex.h得到聲明。2．MEX文件的建立C語(yǔ)言的MEX文件的源程序由如下兩個(gè)部分組成。（1）入口子程序mexFunction其作用是在MATLAB系統(tǒng)與被調(diào)用的外部子程序之間建立通信聯(lián)系，定義被MATLAB調(diào)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(gòu)成如下：voidmexFunction(intnlhs,mxArray*plhs[],intnrhs,mxArray*prhs[]){……}函數(shù)中有4個(gè)參數(shù)nlhs、plhs、nrhs和prhs。nlhs是輸出數(shù)據(jù)的個(gè)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(gè)數(shù)，prhs是指向輸入數(shù)據(jù)的指針。（2）計(jì)算子程序（ComputationalRoutine）它包含所有完成計(jì)算功能的程序代碼，由入口子程序調(diào)用。3．MEX文件的編譯MEX文件的編譯需要具備兩個(gè)條件：一是要求已經(jīng)安裝MATLAB應(yīng)用程序接口組件及其相應(yīng)的工具，另一個(gè)是要求有合適的C/C++語(yǔ)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MATLAB命令窗口下輸入mex-setup按提示選取一種編譯器。這樣在進(jìn)行MEX文件編譯操作時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)使用默認(rèn)編譯器。配置正確后，才可以進(jìn)行MEX文件編譯操作。12.3.2MATLAB引擎MATLAB引擎（Engine）是用于和外部程序結(jié)合使用的一組函數(shù)和程序庫(kù)，用戶在C語(yǔ)言編寫的應(yīng)用程序中用它們來(lái)調(diào)用MATLAB中的函數(shù)。MATLAB引擎有以下典型的功能應(yīng)用：（1）調(diào)用MATLAB特有的強(qiáng)大數(shù)值計(jì)算和分析等函數(shù)進(jìn)行運(yùn)算。（2）可以為一個(gè)特定的任務(wù)構(gòu)建一個(gè)完整的系統(tǒng)。1．MATLAB引擎函數(shù)MATLAB引擎是MathWorks公司提供的一組函數(shù)庫(kù)，它提供了在