Интеграция MatLab Engine и С++ (1)

В сложных вычислительных задачах (или просто при нежелании программировать на Lua, Cpp и т.д., а пользоваться более высокоуровневыми инструментами разработки), незаменимым оказывается API интерфейс Матлаба реализованный в качестве Active-X COM Automation Server.  Для его реализации на языке Си существует специальная библиотека libeng.lib, позволяющая языкам Си, С++, Фортран обмениваться данными и пользоваться всеми ресурсами Матлаба (обычно это обработка видео, автопилоты, ИИ, нейронные сети и т.п.).


Поэтому, в качестве изучения возможностей, попробуем реализовать простейший проект обмена данными и вызова функций Матлаб со стороны Си++ при использовании CodeBlocks и MinGW64.

• Запуск интерфейса Матлаб

Чтобы адресовать все внешние процессы к единому процессу Матлаб, а не запускать Engine для каждого процесса в отдельности, 
запустим «двигатель» матлаба внутренней командой :

server=actxserver('matlab.application.single'); server.Execute(' enableservice (''AutomationServer'', true)');

 В этом случае используемые в Cи++ функции engOpen() будут получать указатель на уже существующий интерфейс, а не открывать новый.

• Подключение необходимых библиотек и получение указателя интерфейса

Необходимый минимум :

1. Библиотека libeng.lib, отвечающая за управление интерфейсом Matlab   (matlabroot)/extern/lib/win64/microsoft  
2. Библиотека libmx.lib, отвечающая за конвертацию данных Matlab — Cpp   (matlabroot)/extern/lib/win64/microsoft
3. Файл заголовок engine.h, описывающий доступные пользователю функции.  (matlabroot)/extern/include/win64/microsoft


Указатель интерфейса получается вызовом функции ep=engOpen(NULL), с единственно допустимым параметром для Win OS — NULL.

#include <windows.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <conio.h>
#include <string.h>
#include "engine.h"


int PASCAL WinMain (HINSTANCE hInstance,
                    HINSTANCE hPrevInstance,
                    LPSTR     lpszCmdLine,
                    int       nCmdShow)
{

   // ПОДКЛЮЧЕНИЕ К СЕРВЕРУ МАТЛАБ(!)

    printf("%s","Connect to exist Matlab Engine ...");
        Engine *ep;      // Start the MATLAB engine
        if (!(ep = engOpen(NULL))){
                MessageBox ((HWND)NULL, (LPSTR)"Can't start MATLAB engine",
                        (LPSTR) "Engwindemo.c", MB_OK);
                exit(-1);
        }
    printf("%s"," Ok. \n");
    printf("%s","\n");

• Передача в Матлаб массива типа Double float,2p

// ЗАПИСЬ ДВУМЕРНОГО МАССИВА типа DOUBLE
    int row=2,col=3;
    double DARR[row][col]={0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6}; // Массив СИ++
    mxArray *OutArr=mxCreateDoubleMatrix(2,3,mxREAL); // Создаем массив OUT
    memcpy((char *) mxGetPr(OutArr), (char *) DARR, row*col*sizeof(double)); // Копируем массив DARR в OUT

    engPutVariable(ep, "DoubleArrayFromCpp", OutArr); // Отправляем массив в матлаб
    printf("%s","Double Array Send to Matlab Engine \n");
    printf("%s","\n");
    printf("%s","\n");
    mxDestroyArray(OutArr); //очищаем массив
    getch();

Для того чтобы передать заданный массив размером 2х3 в Матлаб нам необходимо сначала создать некоторый матлаб-совместимый объект mxArray, указатель на который возвращает функция: 

*mxCreateDoubleMatrix( число строк, число столбцов, флаг комплексного числа)


После чего, созданный объект заполняется при помощи функции:

memcpy( память назначения (первый элемент mxArray), память источник (массив Cи++), объем копирования памяти в байтах) 


Полученный таким образом массив передается в Матлаб по стандартной процедуре:

engPutVariable( указатель процесса Матлаб, имя переменной в процессе Матлаб, передаваемая переменная из Си++) 

• Чтение ранее переданного Double float,2p массива из Матлаб

 // Чтение ДВУМЕРНОГО МАССИВА типа DOUBLE
    mxArray *InDArr=engGetVariable(ep, "DoubleArrayFromCpp"); // Получаем указатель на считанный массив
    int rowi= mxGetM(InDArr); // Считаем число строк
    int coli=mxGetN(InDArr); // Считаем число столбцов
    double InArr[rowi][coli]; //Создаём клон массива в Си++
    memcpy(InArr, mxGetPr(InDArr) ,rowi*coli*sizeof(double) ); // Заполняем клон-массив

    printf(" Double Array Loaded from Matlab, num rows %d", rowi);
    printf("\n Double Array Loaded from Matlab, num columns %d", coli);
    printf("%s","\n");
    printf("\n Double Array Loaded from Matlab, first element %f", InArr[0][0]);
    printf("\n Double Array Loaded from Matlab, last element %f", InArr[rowi-1][coli-1]);
    printf("%s","\n");
    printf("%s","\n");
    mxDestroyArray(InDArr); //очищаем массив
    getch();

Чтение происходит аналогично, но в обратной последовательности.

• Исполнение заданной Си++ функции  в среде Матлаб

    // ВЫЗОВ ФУНКЦИИ в MATЛАБ ( и, одновременно, создание 2x2 Cell массива)
    char func[100] = "CellArray={'Smart-Lab','Kot-Begemot';'Blog','Cpp-MatlabEngine'}";
    engEvalString(ep,func);

Функция для исполнения Матлаб задается строкой (массив char) и в данном случае представляет собой создание и заполнение 2х2 массива ячеек (Cell Array) строковыми переменными.

После того, как функция задана строкой, она исполняется командой:

engEvalString(указатель процесса Матлаб, команда матлаб заданная строкой)

• Чтение массива ячеек из матлаб в цикле

   // Чтения массива строк (Cell Array)
    mxArray *InCArr=engGetVariable(ep, "CellArray"); // Получаем указатель на считанный массив
    int rowc= mxGetM(InCArr); // Считаем число строк
    int colc=mxGetN(InCArr); // Считаем число столбцов
    printf("\n Cell Array Loaded from Matlab, num rows %d", rowc);
    printf("\n Cell Array Loaded from Matlab, num columns %d", colc);
    printf("%s","\n");

    char *CArr[rowc][colc];
    int i,j;
    for (i=0;i<rowc;i++)
    {
        for (j=0;j<colc;j++)
        {
         CArr[i][j]=mxArrayToString(mxGetCell(InCArr,i*colc+j));
         printf("\n Cell Array Loaded from Matlab element %d %s\n", i*colc+j, CArr[i][j]  );
        }
    }
    mxDestroyArray(InCArr); //очищаем массив
    getch();

Чтение массива ячеек аналогично чтению массива double за исключением того, что читать нам его приходится поэлементно в цикле, получая строки из ячеек при помощи функции :

строка из ячейки = mxArrayToString( указатель ячейки)

и

указатель ячейки = mxGetCell( указатель массива, указатель порядкового номера ячейки от 0 до последнего элемента массива)


* В ячейке Cell Array может содержаться не только строка, но и многомерный массив Double, и даже другой Cell Array, в ячейках которого содержаться иные массивы. В данном случае, предполагается использование только простых массивов строк.

• Неиспользуемые функции 

int engOutputBuffer(Engine *ep, char *buffer, int buflen); — захват выходного буфера процесса Матлаб 

int engSetVisible(Engine *ep, bool newVal); — изменение видимости окна процесса Матлаб 

int engClose(Engine *ep); — закрытие указанного процесса Матлаб

Результаты работы программы:







Предложения и критика приветствуются.
Торгуйте алгоритмами.
С уважением, Кот-Бегемот.