VisualC++编程环境作为一个具有卓越性能和可视化编译环境的程序开发工具,可以开发从底层系统级到高层用户级的各种软件。但VC++在图象处理、工程计算和图形显示方面的应用夏杂而麻烦。
MATLAB编程语言将数值分析、矩阵运算、信号处理等高性能的数值计算与图形可视化集成在一起,非常有利于工程技术人员更方便地解决问题,从而大最用于科学研究和工程领域,然而,MATLAB还存在一些不足:MATLAB编写的程序不能脱离MATLAB环境执行,以行解释方式执行代码的机制限制了代码执行速度,程序源代码的裸露也不利于知识产权的保护。
近几年,在科学计算软件的开发中,VisualC++MATLAB编技术越来越受到关注,采用VisualC++和MATLAB混编技术能够充分发挥VC泪开发平台优势,同时又结合了MATLAB在科学计算上的优点,例如矩阵运算、大最优秀的工具箱函数等,对于软件的开发创造了便而可靠的方式。
1 VC和MATLAB集成方式
MATLAB为了改善自身的不足不断推出应用程序接口组件(mex mat engine,MATLAB编译器MATLAB运行时服务器等技术,其中应用程序接口组件应用方便,但是不能脱离MATLAB环境,MATLAB运行时服务器仍然是命令解释执行方式,在运行效率上无法与VC等一类基于代码编译环境的编程工具相比。不适用于计算最大的工程,其中MATIAB编译器(mcd可以将MATLAB的m文件(MATLAI3源程序)翻译为VC++文件,擂入到VC++编译器中(如图1所示),是灵活实现VC++脱离MATLAB环境调用MATLAB功能的方法,正越来越多地应用到科学计算软件的开发中,虽然很多人开始了解通过mcc编译器使VC++调用MATLAB文件的方法,但调用过程中由于MATLAB文件自身的特点而引起了程序开发的一些问题,使得很多人并不能真正很好地使用这一方式,本文结合具体课题中的一个实例对vC斗娜MATLAB混编中的一些难点进行分析和解决。MATLAt3提供的MATLAB Add_in宏的工具条可以更方便地在vC环憧中直接调用m文件,省掉了编译和加入工程的手工步骤,但原理还是应用了mcc编译器,性质MATLAB为了改善自身的不足不断推出应用程序接相同,为了方便说明,本文中仍采用mcc编译器的方法说明。
2 混合编程的过程
在某项国防基础科研项目中,为解决数控加工过程中加工工艺参数的选择和优化问题,在对铣削加工过程相关动力学仿真技术进行充分研究的基础上设计和开发了一套基于数控铣削过程的动力学仿真优化应用软件SinuCut整个仿真系统的开发是基于动力学仿其分析与研究的前提下,对铣削过程中所涉及到的主要物理最吸铣削力,转矩,功率,刀具和工件振动情况,工件表面形貌,颤振稳定域和刀具磨损等方面)给出了仿真计算,软件的开发若在MATLAB下实现,虽然能够充分利用M洲的强大的图形处理功能和数值计算优势,但仿真运算速度慢,源代码没有进行编译,并且依赖MATLAB平台,独立性、移植性差。而在VC环境下开发则过于繁琐,采用混编的方式就快捷多了。例如仿真系统软件中一个子功能是铣削力系数的辨识,需要以实测的铣削力数据以及工况条件用多元线性回归的方法辨识出铣削力公式的系数,多元线性回归也可用C++代码实现,但要麻烦得多,然而MATLAB环境下只要几个函数就可解决了,类似这样的情况不少,考虑到一些复杂的功能可以由MATLAB工具箱的丰富数学函数轻松解决,因此充分利用MATLAB的工具箱函数可以使软件的开发更加便捷,更加可靠。下面以具体实例说明混合编程的过程:
3 混编过程中的关键技术
混编过程中,由于调用了MATLAB的动态链接库,可能产生如下问题:
(1)C运行时库和MFC库冲突造成重复定义错误
编译过程有时会出现类似下面的错误,如:NAFXCW .LIB errprLNiC2Q0}x "void--叫ec,operdtt)J}delete (void*)”3@YAXF}IJC}乃alres}dY debuted } L1}3CTvfT比山}t}obj)其中NAF}CCW. LIB是M FC静态连接库,而LIBCM T.Iib静态链接的C运行时库。
这种情况主要是C运行时库和MFC的库冲突造成的。由于第三方库如MATLAB动态库的加入,使得在MFC库运行之前已经运行了C运行时库,造成了重复定义,解决的办法就是将那个提示出错的库放到另外一个库的前面,这样就可以避开这个链接错误,在VC莱单P rCfjeet>etti}tgx>L. inl>aitlgary选择input在ObectllibraryModules栏中按顺序添入库的名字,且作为命令行中的前两个库,使各个库按照设定的顺序链接。
(2)C运行时库冲突造成重复定义错误
VC工程中设置选项LT se rurYti'n e I ib } ry用来指定程序运行时使用的C运行时库单线程或多线程,静态或动态链接,Debug版本或Release版本),当有第三方库(Third party library)存在时,很容易发生类似下面这样的错误:errorLNK2005free already defined in LIBC0vIT lib这说明你的工程使用了不同类型的CRT L屯一般如果确定工程里其他的库都是统一的,很可能问题出在MATLAB库上,经调试判断MATLhB库调用的是MSVCRT fifa也就是动态C运行时库,建议在User Runtine libraryy中选择M u Iti-Tread.DLL。
由于vc对重复定义的要求比较严格,用第三方库时,如果用多种方法都不能解决,可以通过设置强制忽略重复定义。
(3)标准化头文件引起的冲突
工程中调用了m文件,要注意有可能标准化头文件和调用的m文件翻译过来的C++件中定义引起冲突,C++标准化以后的标准头文件把标准C++库的组件放在一个名为std的名字空间里面,使用时要使用using nanespace std语句使。记空间中所有定义的标识符暴露在全局空间中,一般要确定全局空间没有重名的对象才能这么做。但并不需要特意阅读和修改的由m文件翻译过来的C++文件经常会被忽略掉,如果在m文件翻译过来的C++文件使std名字空间可见,则两个文件里的相同名称的标识符都暴露在可见的名字空间里,这样标准程序库中类名和函数名与MATLAB库中的类名或是函数名就有可能发生名字冲突,从而会引起ambiguoussymbol确定的识标符)错误。解决方法是避免usingnamespace.sd这类语句放在可能被翻译过来的C书凌件包含的头文件中,例如预编译头文件。stlafxh等。
(4)程序的运行与发布的问题
当调用的m文件内包含图形功能时,程序运行时可能出现只能执行一次的情况,报错:runtine errorabnnmal prngram teminationo这是因为M 1}TLAB中函数的操作一定要在初始化M}LTLAB函数库和图像函数库后才能调用,不然会出现“需要C,C+涵数库”的错误提示,而数学库的启动和关闭要保证程序的执行过程中它们分别只被调用1次,第二次调用就会出错,所以最好将数学库的启动和关闭语句放在程序的初始化和程序彻底退出函数中。
由于程序中调用了ATLAB数学函数库或图形库中的函数,所以需要附带ATLAB的这些函数库才能在没有安装ATLAB的机器上运行,mglinstaller.exe解压出的bin\win32目录下的所有链接库拷到开发程序的所在目录中并随程序一起移植即可。
4 结束语
本文讨论的动力学仿真软件开发实例是在VisualC++6.0和MATLAB的平台上编译运行的,通过VisualC++C++ MATLAB混编技术可以结合VisualC++强大开发能力和MATLAB的丰富的工具箱快速开发出融合大量科学计算功能的应用程序,这种混编技术的研究和开发在图象处理、信号处理等需要大景计算、可视化界面的工程应用领域有广泛的应用价值。灵活运用这种联合编程方法,能够开发出界面友好、功能强大、不依赖于MATLAB环境的应用程序软件,并有效地提高应用系统的精确度和稳定性。
(审核编辑: 智汇胡妮)