第 8 章高级编程技术

第8章高级编程技术

本章目标 • 掌握MATLAB文件处理方法 • 理解MATLAB应用程序接口的原理 • 了解结构和元胞这两种复杂数据类型 • 了解面向对象编程的基本概念

主要内容 • 8.1文件 • 8.2 应用程序接口

8.1文件 • 文件可分为两类： • 文本文件 • 由字符和与字符的显示格式有关的控制符构成 • 常见扩展名：“TXT” 、“BAT”、“HTM” • 二进制文件 • 二进制文件为非文本文件 • 常见扩展名：“COM”、“EXE” 、“BMP” 、“WAV”

MATLAB中基本的低级文件I/O指令： • 1．打开和关闭文件 • fopen、fclose • 2．格式读写 • fprintf、fscanf、fgetl、fgets • 3．非格式读写 • fread、fwrite • 4．文件定位和状态 • feof、fseek、ftell、ferror、frewind

8.1.1文件的打开与关闭 • 1．fopen函数 • fid＝fopen(filename，permission) • [fid,message]=fopen(filename,permssion) • [filename,permission,machineformat]=fopen(fid) • fid =fopen('all') • 2．fclose函数 • status=fclose(fid) • status=fclose('all') 例：打开一个名为std.dat的数据文件并进行读操作，命令为： fid＝fopen('my.txt','r')

8.1.2格式化数据的读写 • fprintf函数 • count=fprintf(fid,format , A ...) • fscanf函数 • [A, count]=fscanf(fid, format, size)

例8-1 • 计算当x=[0 1]时f(x)=ex的值，并将结果写入到文件my.txt中。 • 程序 x=0:0.1:1; y=[x;exp(x)]; %y有两行数据 fid=fopen('my.txt','w'); fprintf(fid,'%6.2f %12.8f\n',y); fclose(fid);

例8-2 • 从上例中生成的文件my.txt中读取数据，并将结果输出到屏幕。 • 程序 fid = fopen('my.txt','r'); [a,count] = fscanf(fid,'%f %f',[2 inf]); fprintf(1,'%f %f\n',a); fclose(fid); • 输出同例8-1文件中的数据格式。

8.1.3 文件定位和文件状态 • 1．feof函数：检测文件是否已经结束 • status=feof(fid) • 2．ferror函数：用于查询文件的输入、输出错误信息 • msg=ferror(fid) • 3．frewind函数：使位置指针重新返回文件的开头 • frewind(fid) • 4．fseek函数：设置文件的位置指针 • status=fseek(fid, offset, origin) • 5．ftell函数：用于查询当前文件指针的位置 • position=ftell(fid);

例8-3 输出文件的大小。 程序 fid=fopen('my.txt','r'); fseek(fid,0,'eof'); x=ftell(fid); fprintf(1,'File Size=%d\n',x); frewind(fid); x=ftell(fid); fprintf(1,'File Position =%d\n',x); fclose(fid); 输出 File Size = 231 File Position = 0

8.1.4按行读取数据 • 1．fgetl函数：按行从文件中读取数据，但不读取换行符。 • line=fgetl(fid) • 2．fgets函数：用于从文件中读取行、保留换行符并把行作为字符串返回。 • （1）line=fgets(fid) • （2）line=fgets(fid,nchar)

例8-4 编写一个程序，用于读取例8-1生成的数据。程序 fid=fopen('my.txt','r'); while ~feof(fid)%在文件没有结束时按行读取数据 s=fgets(fid); fprintf(1,'%s',s); end fclose(fid); 输出同例8-1文件中的数据格式。

8.1.5二进制数据文件的读写 • fwrite函数：用于向一个文件写入二进制数据 • count=fwrite(fid, A, precision)。 • fread函数：用于从文件中读二进制数据 • [A,count]=fread(fid, size, precision) • 注意：使用函数fread()和fwrite()读写文件时,必须以二进制方式打开文件

例8-5 将5行5列“魔方阵”存入二进制文件中。程序 fid=fopen('my.dat','w'); a=magic(5); fwrite(fid,a,'long'); fclose(fid);

例8-6 从二进制文件中读取“魔方阵”。程序 fid=fopen('my.dat','r'); [A,count]=fread(fid, [5, inf], 'long'); fclose(fid); A

8.1.6 图像、声音文件的读写 • 1．imread函数：从文件中读入图像 • A = imread(filename,fmt) • [A, map] = imread(filename,fmt) • 2．image函数：显示图像 • image(A) • 3．imwrite函数：将图像写入文件 • imwrite(A, filename, fmt) • imwrite(A, map, filename, fmt)

例8-7 显示一幅真彩(RGB)图像。程序 [x,map]=imread('C:\MATLAB7\toolbox\matlab\demos\street1.jpg'); image(x);

例8-8 将图像写入文件 程序 [x,map]=imread('C:\MATLAB7\toolbox\matlab\demos\street1.jpg'); imwrite(x,'my.bmp'); %将图像保存为真彩色的bmp [x,map]=imread('my.bmp'); image(x);

8.1.6图像、声音文件的读写 • 4．imfinfo函数：查询图像文件信息 • innfo ＝ imflnfo(filename) • 5．wavread函数：用于读取扩展名为“.wav”的声音文件 • y=wavread(file) • [y, fs, nbits]=wavread(file) • 6．wavwrite函数：用于将数据写入到扩展名为“wav”的声音文件中 • wavwrite(y, fs, nbits, wavefile) • 7．wavplay函数：利用windows音频输出设备播放声音 • wavplay(y,fs)

例8-9 读取一个音频数据文件，以不同频率播放，并显示声音波形。程序： y=wavread('C:\MATLAB7\toolbox\simulink\simdemos\simgeneral\toilet.wav') plot(y); wavplay(y); wavplay(y,11025); wavplay(y,44100);

8.2 应用程序接口 • MATLAB的外部接口应用包括如下内容： • （1）在MATLAB中调用已有的C/C++语言代码； • （2）在C/C++语言中调用MATLAB的算法； • （3）利用COM标准进行客户/服务器模式开发； • 例如在Visual Basic程序或者Microsoft Excel中调用MATLAB的算法 • （4）在C/C++语言中读写MAT数据文件。

8.2.1 MEX文件 例8-10 简单MEX文件示例mexHelloWorld.c。程序： #include "mex.h" void mexFunction(int nlhs,mxArray *plhs[],int nrhs,const mxArray *prhs[]) { mexPrintf("Hello Matlab World!"); }

8.2.2 MATLAB计算引擎 • MATLAB的计算引擎应用就是利用MATLAB提供的一组接口函数，在用户开发的C/C++语言应用程序中，通过某种通信机制后台调用MATLAB应用程序以完成复杂的系统任务。

例8-11 设计一程序，在C/C++语言中调用mesh函数来绘制高斯矩阵的曲面。解题步骤：

例8-11 程序： #include <stdio.h> #include "engine.h" void main() { Engine *ep; int status = 0; // 打开计算引擎 ep = engOpen(NULL); if( ep == (Engine *)NULL ){ printf("错误：无法打开MATLAB计算引擎\n" ); exit(-1); } // 执行MATLAB指令 engEvalString(ep,"mesh(peaks);"); getchar(); // 关闭MATLAB计算引擎 status = engClose(ep); if(status != 0){ printf("无法正常关闭MATLAB计算引擎\n"); exit(-1); } }

8.2.3基于COM组件的接口编程 该方法的主要特点有：（1）应用程序完全脱离MATLAB工作环境；（2）MATLAB数学库和工具箱中包括的各种各样的函数，所以降低了编写算法难度；（3）由于将算法程序做成了COM组件的形式，所以实现了算法的保密。

8.2.4在C/C++语言中读写MAT数据文件 支持C/C++语言读写MAT文件的函数库有下面几个： • 1．打开数据文件──matOpen • MATFile * matOpen(const char *filename,const char *mode) • 2．关闭数据文件──matClose • int matClose(MATFile *mfp) • 3．获取变量──matGetVariable • mxArray *matGetVariable(MATFile *mfp,const char *name) • 4．写入数据──matPutVariable • int matPutVariable(MATFile *mfp, const char *name,const mxArray *mp)

扩展阅读 • 8.3结构数组 • 8.4 元胞数组 • 8.5 面向对象程序设计

应用举例 例8-12 在C/C++语言中调用MATLAB计算魔方阵，并将结果显示到屏幕。

程序代码－1 #include "engine.h" #include <stdio.h> void main() { Engine *ep; double *p; mxArray *equation; int i = 0,j=0; int status = 0; // 打开计算引擎 ep = engOpen(NULL); if( ep == (Engine *)NULL ){ printf("错误：无法打开MATLAB计算引擎\n" ); exit(-1); }

程序代码－2 // 执行MATLAB指令 engEvalString(ep,"A = magic(5);"); equation=engGetVariable(ep,"A"); p=mxGetPr(equation); printf("\nMATLAB 中计算magic(5)\n"); for(i=0;i<5;i++) { for(j=0;j<5;j++) printf("%8.0lf",*(p+i+j*5)); printf("\n"); } // 关闭MATLAB计算引擎 status = engClose(ep); if(status != 0){ printf("无法正常关闭MATLAB计算引擎\n"); exit(-1); } }

例8-13

程序代码－1 #include <stdio.h> #include <string.h> #include "engine.h" void main() { Engine *ep; int status = 0; ep = engOpen(NULL); // 执行MATLAB指令 double A[]={2, 3, 4, -1, 1, -1, 3, -5, 1},B[]={5,5,9}; double *pa,*pb,*pc; mxArray *x,*y,*z;

程序代码－2 x=mxCreateDoubleMatrix(3,3,mxREAL); y=mxCreateDoubleMatrix(3,1,mxREAL); pa=mxGetPr(x); pb=mxGetPr(y); memcpy(pa,A,9*sizeof(double)); memcpy(pb,B,3*sizeof(double)); engPutVariable(ep,"A",x); engPutVariable(ep,"B",y); engEvalString(ep,"C=A\\B;"); z=engGetVariable(ep,"C"); pc=mxGetPr(z); printf("\nAX=B的结果为：\n"); for(int i=0;i<3;i++) { printf("%8.0lf\n",*(pc+i)); } status = engClose(ep); }

结束语 • 学好计算机的唯一途径是 • 你的编程能力与你在计算机上投入的时间成上机练习正比

第 8 章 高级编程技术