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在我的上一篇文章中，已经大概的介绍了matlab内置函数在混合编程中的优点，并通过程序找出了matlab中的大部分内置函数，当然更多人关心是如何像我所说得那样，不用直接编译，就直接在C#中调用这些内置函数。本文就带你揭开这些谜团。
声明，这篇文章是需要一点点混合编程基础的，基本概念和过程要懂一点，如果能简单成功混编一个简单的计算或者绘图例子，可以更容易理解。
1.传统的Matlab.NET混合编程步骤
传统的Matlab.NET混合编程有2种方式：
1)Matlab编写好M函数，利用deploytool编译m函数生成dll，在C#项目中引用并调用；
2)基于接口的编写方式，也是利用deploytool工具，过程繁琐一点，对编程人员素质要求高一点，但不需要进行繁琐的数据类型转换。我的博客有一篇文章专门介绍了这个混合编程方式，也有例子，大家有兴趣的可以看看：
不管上面用哪种方式，Matlab和C#混编的基本步骤，大概都是下面的过程：
1) 编写M函数，并首先在Matlab中测试是正确可以调用的。注意命名规范，注释规范；
2) 使用命令打开 deploytool工具，设置项目名称，选择类型：.NET Assembly，然后新建一个类，并添加编写好的M函数
3) 编译，生成dll,并在C#项目中添加引用（还需要引用对应版本的MWArray），利用对象浏览器查看生成dll的方法结构，并根据Matlab和C#的类型转换规则，进行数据转换即可， 如果是接口的编程，这个过程相对要简单。
2.深入解析传统混编所生成的代码
2.1 第一步：编写M函数，并测试可以使用
为了好我们今天的目的相匹配，特意封装一个简单的内置函数，plot，来画一个简单的图形，如下所示M函数
1 function PlotTest(n)2 %编写一个简单的函数，对plot进行简单封装一下3 plot(1:n,1:n);4 %测试正确，才可以进行下一步工作
注意，混编必须是m函数function的形式才能被调用。上述函数简单测试一下，没有问题（复杂的函数一定要多测试，否则后续调试非常困难）。继续下一步。
2.2 第二步：在Matlab中使用deploytool建立混编项目
在Matlab工作区输入命令：deploytool,然后得到下面界面，输入混编项目的名称，选择存储位置，关键的是类型那里一定要选择".NET Assembly"。如下图所示：
选择“OK”之后，下一步matlab界面右侧会出现项目解决方案，需要添加类名称和M文件。这个类名称，就是编译完成之后C#项目中的类对象名称，然后添加我们刚才上一步编写的“PlotTest.m”,然后编译即可，如下图所示：
到此为止，一个常规 简单的Matlab.NET混编已经完成了60%了。编译完成之后，打开“Package”选项卡，即可看到生成的dll文件，然后点击右键，打开文件夹即可，如下图所示：
2.3 查看混编生成的代码
这个过程很关键，其实包含很多信息，只不过95%以上的人都没有注意到其实混编生成的dll是有源文件的，通过查看源文件就应该知道混编的原理，只不过这是matlab自动生成 而已。那看看生成的源码吧。
打开Matlab混编项目的目录，可以看到有2个文件夹，"distrib”，“src”2个文件夹。"distrib"文件夹就是上面图中生成的dll，注意有2个dll,1个是“项目名称.dll”,一个是“项目名称Native.dll”，这2个dll的差别可以通过"distrib"文件夹源码来观察。“distrib”就是源代码的文件夹。如下图所示，src文件夹的文件示意图：
我们2.2中新建的类名是TestDemo,所以生成的的源码名称也是TestDemo,看看这2个cs文件中的代码，同时类的方法也可以在VS中通过对象浏览器来查看dll有哪些方法以及方法的参数类型。直接贴这2个cs文件的代码，顺便解释和对比下：
TestDemo.cs文件源码：
1 /* 2 * MATLAB Compiler: 4.17 (R2012a) 3 * Date: Mon Sep 09 16:19:01 2013 4 * Arguments: "-B" "macro_default" "-W" "dotnet:PlotTest,TestDemo,0.0,private" "-T" 5 * "link:lib" "-d" "D:\Work\DevelopMent_SVN\Matlab\MatlabBlog\PlotTest\src" "-w" 6 * "enable:specified_file_mismatch" "-w" "enable:repeated_file" "-w" 7 * "enable:switch_ignored" "-w" "enable:missing_lib_sentinel" "-w" "enable:demo_license" 8 * "-v" "class{TestDemo:D:\Work\DevelopMent_SVN\Matlab\MatlabBlog\PlotTest.m}" 9 */ 10 using System; 11 using System.Reflection; 12 using System.IO; 13 using MathWorks.MATLAB.NET.Arrays; 14 using MathWorks.MATLAB.NET.Utility; 15 16 #if SHARED 17 [assembly: System.Reflection.AssemblyKeyFile(@"")] 18 #endif 19 20 namespace PlotTest 21 { 22 23 /// 24 /// The TestDemo class provides a CLS compliant, MWArray interface to the M-functions 25 /// contained in the files: 26 /// 33 /// 34 /// @Version 0.0 35 /// 36 public class TestDemo : IDisposable 37 { 38 #region Constructors 39 40 /// 41 /// The static constructor instantiates and initializes the MATLAB Compiler Runtime 42 /// instance. 43 /// 44 static TestDemo() 45 { 46 if (MWMCR.MCRAppInitialized) 47 { 48 Assembly assembly= Assembly.GetExecutingAssembly(); 49 50 string ctfFilePath= assembly.Location; 51 52 int lastDelimiter= ctfFilePath.LastIndexOf(@"\"); 53 54 ctfFilePath= ctfFilePath.Remove(lastDelimiter, (ctfFilePath.Length - lastDelimiter)); 55 56 string ctfFileName = "PlotTest.ctf"; 57 58 Stream embeddedCtfStream = null; 59 60 String[] resourceStrings = assembly.GetManifestResourceNames(); 61 62 foreach (String name in resourceStrings) 63 { 64 if (name.Contains(ctfFileName)) 65 { 66 embeddedCtfStream = assembly.GetManifestResourceStream(name); 67 break; 68 } 69 } 70 mcr= new MWMCR("", 71 ctfFilePath, embeddedCtfStream, true); 72 } 73 else 74 { 75 throw new ApplicationException("MWArray assembly could not be initialized"); 76 } 77 } 78 79 80 /// 81 /// Constructs a new instance of the TestDemo class. 82 /// 83 public TestDemo() 84 { 85 } 86 87 88 #endregion Constructors 89 90 #region Finalize 91 92 /// 93 /// Class destructor called by the CLR garbage collector. 94 /// 95 ~TestDemo() 96 { 97 Dispose(false); 98 } 99 100 101 /// 102 /// Frees the native resources associated with this object103 /// 104 public void Dispose()105 {106 Dispose(true);107 108 GC.SuppressFinalize(this);109 }110 111 112 /// 113 /// Internal dispose function114 /// 115 protected virtual void Dispose(bool disposing)116 {117 if (!disposed)118 {119 disposed= true;120 121 if (disposing)122 {123 // Free managed resources;124 }125 126 // Free native resources127 }128 }129 130 131 #endregion Finalize132 133 #region Methods134 135 /// 136 /// Provides a void output, 0-input MWArrayinterface to the PlotTest M-function.137 /// 138 /// 139 /// M-Documentation:140 /// 编写一个简单的函数，对plot进行简单封装一下141 /// 142 ///143 public void PlotTest()144 {145 mcr.EvaluateFunction(0, "PlotTest", new MWArray[]{});146 }147 148 149 /// 150 /// Provides a void output, 1-input MWArrayinterface to the PlotTest M-function.151 /// 152 /// 153 /// M-Documentation:154 /// 编写一个简单的函数，对plot进行简单封装一下155 /// 156 /// Input argument #1157 ///158 public void PlotTest(MWArray n)159 {160 mcr.EvaluateFunction(0, "PlotTest", n);161 }162 163 164 /// 165 /// Provides the standard 0-input MWArray interface to the PlotTest M-function.166 /// 167 /// 168 /// M-Documentation:169 /// 编写一个简单的函数，对plot进行简单封装一下170 /// 171 /// The number of output arguments to return.172 /// An Array of length "numArgsOut" containing the output173 /// arguments. 174 ///175 public MWArray[] PlotTest(int numArgsOut)176 {177 return mcr.EvaluateFunction(numArgsOut, "PlotTest", new MWArray[]{});178 }179 180 181 /// 182 /// Provides the standard 1-input MWArray interface to the PlotTest M-function.183 /// 184 /// 185 /// M-Documentation:186 /// 编写一个简单的函数，对plot进行简单封装一下187 /// 188 /// The number of output arguments to return.189 /// Input argument #1190 /// An Array of length "numArgsOut" containing the output191 /// arguments. 192 ///193 public MWArray[] PlotTest(int numArgsOut, MWArray n)194 {195 return mcr.EvaluateFunction(numArgsOut, "PlotTest", n);196 }197 198 199 200 /// 201 /// This method will cause a MATLAB figure window to behave as a modal dialog box.202 /// The method will not return until all the figure windows associated with this203 /// component have been closed.204 /// 205 /// 206 /// An application should only call this method when required to keep the207 /// MATLAB figure window from disappearing. Other techniques, such as calling208 /// Console.ReadLine() from the application should be considered where209 /// possible. 210 ///211 public void WaitForFiguresToDie()212 {213 mcr.WaitForFiguresToDie();214 }215 216 217 218 #endregion Methods219 220 #region Class Members221 222 private static MWMCR mcr= null;223 224 private bool disposed= false;225 226 #endregion Class Members227 }228 } TestDemoNative.cs文件源码:
1 /* 2 * MATLAB Compiler: 4.17 (R2012a) 3 * Date: Mon Sep 09 16:19:01 2013 4 * Arguments: "-B" "macro_default" "-W" "dotnet:PlotTest,TestDemo,0.0,private" "-T" 5 * "link:lib" "-d" "D:\Work\DevelopMent_SVN\Matlab\MatlabBlog\PlotTest\src" "-w" 6 * "enable:specified_file_mismatch" "-w" "enable:repeated_file" "-w" 7 * "enable:switch_ignored" "-w" "enable:missing_lib_sentinel" "-w" "enable:demo_license" 8 * "-v" "class{TestDemo:D:\Work\DevelopMent_SVN\Matlab\MatlabBlog\PlotTest.m}" 9 */ 10 using System; 11 using System.Reflection; 12 using System.IO; 13 using MathWorks.MATLAB.NET.Arrays; 14 using MathWorks.MATLAB.NET.Utility; 15 16 #if SHARED 17 [assembly: System.Reflection.AssemblyKeyFile(@"")] 18 #endif 19 20 namespace PlotTestNative 21 { 22 23 /// 24 /// The TestDemo class provides a CLS compliant, Object (native) interface to the 25 /// M-functions contained in the files: 26 /// 33 /// 34 /// @Version 0.0 35 /// 36 public class TestDemo : IDisposable 37 { 38 #region Constructors 39 40 /// 41 /// The static constructor instantiates and initializes the MATLAB Compiler Runtime 42 /// instance. 43 /// 44 static TestDemo() 45 { 46 if (MWMCR.MCRAppInitialized) 47 { 48 Assembly assembly= Assembly.GetExecutingAssembly(); 49 50 string ctfFilePath= assembly.Location; 51 52 int lastDelimiter= ctfFilePath.LastIndexOf(@"\"); 53 54 ctfFilePath= ctfFilePath.Remove(lastDelimiter, (ctfFilePath.Length - lastDelimiter)); 55 56 string ctfFileName = "PlotTest.ctf"; 57 58 Stream embeddedCtfStream = null; 59 60 String[] resourceStrings = assembly.GetManifestResourceNames(); 61 62 foreach (String name in resourceStrings) 63 { 64 if (name.Contains(ctfFileName)) 65 { 66 embeddedCtfStream = assembly.GetManifestResourceStream(name); 67 break; 68 } 69 } 70 mcr= new MWMCR("", 71 ctfFilePath, embeddedCtfStream, true); 72 } 73 else 74 { 75 throw new ApplicationException("MWArray assembly could not be initialized"); 76 } 77 } 78 79 80 /// 81 /// Constructs a new instance of the TestDemo class. 82 /// 83 public TestDemo() 84 { 85 } 86 87 88 #endregion Constructors 89 90 #region Finalize 91 92 /// 93 /// Class destructor called by the CLR garbage collector. 94 /// 95 ~TestDemo() 96 { 97 Dispose(false); 98 } 99 100 101 /// 102 /// Frees the native resources associated with this object103 /// 104 public void Dispose()105 {106 Dispose(true);107 108 GC.SuppressFinalize(this);109 }110 111 112 /// 113 /// Internal dispose function114 /// 115 protected virtual void Dispose(bool disposing)116 {117 if (!disposed)118 {119 disposed= true;120 121 if (disposing)122 {123 // Free managed resources;124 }125 126 // Free native resources127 }128 }129 130 131 #endregion Finalize132 133 #region Methods134 135 /// 136 /// Provides a void output, 0-input Objectinterface to the PlotTest M-function.137 /// 138 /// 139 /// M-Documentation:140 /// 编写一个简单的函数，对plot进行简单封装一下141 /// 142 ///143 public void PlotTest()144 {145 mcr.EvaluateFunction(0, "PlotTest", new Object[]{});146 }147 148 149 /// 150 /// Provides a void output, 1-input Objectinterface to the PlotTest M-function.151 /// 152 /// 153 /// M-Documentation:154 /// 编写一个简单的函数，对plot进行简单封装一下155 /// 156 /// Input argument #1157 ///158 public void PlotTest(Object n)159 {160 mcr.EvaluateFunction(0, "PlotTest", n);161 }162 163 164 /// 165 /// Provides the standard 0-input Object interface to the PlotTest M-function.166 /// 167 /// 168 /// M-Documentation:169 /// 编写一个简单的函数，对plot进行简单封装一下170 /// 171 /// The number of output arguments to return.172 /// An Array of length "numArgsOut" containing the output173 /// arguments. 174 ///175 public Object[] PlotTest(int numArgsOut)176 {177 return mcr.EvaluateFunction(numArgsOut, "PlotTest", new Object[]{});178 }179 180 181 /// 182 /// Provides the standard 1-input Object interface to the PlotTest M-function.183 /// 184 /// 185 /// M-Documentation:186 /// 编写一个简单的函数，对plot进行简单封装一下187 /// 188 /// The number of output arguments to return.189 /// Input argument #1190 /// An Array of length "numArgsOut" containing the output191 /// arguments. 192 ///193 public Object[] PlotTest(int numArgsOut, Object n)194 {195 return mcr.EvaluateFunction(numArgsOut, "PlotTest", n);196 }197 198 199 /// 200 /// Provides an interface for the PlotTest function in which the input and output201 /// arguments are specified as an array of Objects.202 /// 203 /// 204 /// This method will allocate and return by reference the output argument205 /// array. 209 /// The number of output arguments to return210 /// Array of Object output arguments211 /// Array of Object input arguments212 /// Array of Object representing variable input213 /// arguments214 ///215 [MATLABSignature("PlotTest", 1, 0, 0)]216 protected void PlotTest(int numArgsOut, ref Object[] argsOut, Object[] argsIn, params Object[] varArgsIn)217 {218 mcr.EvaluateFunctionForTypeSafeCall("PlotTest", numArgsOut, ref argsOut, argsIn, varArgsIn);219 }220 221 /// 222 /// This method will cause a MATLAB figure window to behave as a modal dialog box.223 /// The method will not return until all the figure windows associated with this224 /// component have been closed.225 /// 226 /// 227 /// An application should only call this method when required to keep the228 /// MATLAB figure window from disappearing. Other techniques, such as calling229 /// Console.ReadLine() from the application should be considered where230 /// possible. 231 ///232 public void WaitForFiguresToDie()233 {234 mcr.WaitForFiguresToDie();235 }236 237 238 239 #endregion Methods240 241 #region Class Members242 243 private static MWMCR mcr= null;244 245 private bool disposed= false;246 247 #endregion Class Members248 }249 } 对比大家就可以发现，只不过一个更加傻瓜化，参数都是Object了，其实这样反而不好，增加了类型转换的代价，如果知道，为何不给一个正确的给他呢。关于这2个dll的速度，曾经听说过是有差别的，博客园有人给过测试，我没实际测试过，还是习惯用传统的TestDemo.cs，因为参数类型都是Object，不直观，出了问题也有点头疼。
2.4 上述Matlab自动生成代码的要点
后面某些类或者方法的XML注释就不说了，自动生成的东西，可以对照M文件的注释来看。
1.首先看第一段的注释信息：
1 /* 2 * MATLAB Compiler: 4.17 (R2012a) 3 * Date: Mon Sep 09 16:19:01 2013 4 * Arguments: "-B" "macro_default" "-W" "dotnet:PlotTest,TestDemo,0.0,private" "-T" 5 * "link:lib" "-d" "D:\Work\DevelopMent_SVN\Matlab\MatlabBlog\PlotTest\src" "-w" 6 * "enable:specified_file_mismatch" "-w" "enable:repeated_file" "-w" 7 * "enable:switch_ignored" "-w" "enable:missing_lib_sentinel" "-w" "enable:demo_license" 8 * "-v" "class{TestDemo:D:\Work\DevelopMent_SVN\Matlab\MatlabBlog\PlotTest.m}" 9 */10 using System;11 using System.Reflection;12 using System.IO;13 using MathWorks.MATLAB.NET.Arrays;14 using MathWorks.MATLAB.NET.Utility; 上面这段信息主要是说明当前Matlab编译器的版本，因为编译的版本和部署的MCR版本必须对应起来，否则是不能运行的。然后有编译日期，以及编译的参数，类名以及M函数的地址等信息，其实知道这些参数，理论上是可以自己在程序里面调用Matlab的编译器进行编译工作的，只不过比较复杂，能力有限，研究不下去。下面的引用大家应该明白，这个是MWArray.dll里面的命名空间，所以混编的项目都要引用对应版本的MWArray.dll
2.关键的静态构造函数
1 static TestDemo() 2 { 3 if (MWMCR.MCRAppInitialized) 4 { 5 Assembly assembly= Assembly.GetExecutingAssembly(); 6 string ctfFilePath= assembly.Location; 7 int lastDelimiter= ctfFilePath.LastIndexOf(@"\"); 8 ctfFilePath= ctfFilePath.Remove(lastDelimiter, (ctfFilePath.Length - lastDelimiter)); 9 string ctfFileName = "PlotTest.ctf";10 Stream embeddedCtfStream = null;11 String[] resourceStrings = assembly.GetManifestResourceNames();12 foreach (String name in resourceStrings)13 {14 if (name.Contains(ctfFileName))15 {16 embeddedCtfStream = assembly.GetManifestResourceStream(name);17 break;18 }19 }20 mcr= new MWMCR("",ctfFilePath, embeddedCtfStream, true);21 }22 else23 {24 throw new ApplicationException("MWArray assembly could not be initialized");25 }26 } 如果有一些C#的开发和编程经验看上面的代码问题应该不大，否则还真有点难说清楚，简单的说几个要点：
1）这个构造函数的作用主要是检测MCR对象是否初始化，如果没有，则寻找程序集，并拼接资源的位置，正确进行初始化
2) 上面的ctf其实是包含在dll程序集里面的，以资源的形式，这个文件是核心，它才真正的包括了Matlab编译之后的，MCR可以运行的中间程序。
3) 必须要合法正确的ctf文件和dll文件才能 正确的初始化mcr对象，合法的意思，是Matlab内部有校验机制，包括对相关版本，在以前的版本生成文件中，很明显，现在2012a里面都隐藏起来了，不过要求都一样。
4) 上面方法其实已经间接的告诉了我们怎么初始化mcr对象，有了mcr对象，一切都好办了，因为它才是MCR的核心。
3.PlotTest封装的方法代码
1 public void PlotTest() 2 { 3 mcr.EvaluateFunction(0, "PlotTest", new MWArray[]{}); 4 } 5 public void PlotTest(MWArray n) 6 { 7 mcr.EvaluateFunction(0, "PlotTest", n); 8 } 9 public MWArray[] PlotTest(int numArgsOut)10 {11 return mcr.EvaluateFunction(numArgsOut, "PlotTest", new MWArray[]{});12 }13 public MWArray[] PlotTest(int numArgsOut, MWArray n)14 {15 return mcr.EvaluateFunction(numArgsOut, "PlotTest", n);16 } 看了字段代码，再对应mcr的初始化，其实都很明朗了。通过mcr的EvaluateFunction来调用M函数。上面的代码有几个重载方法，可以实用很多不同的情况，有时候，这些方法的个数会更多，其实没多大必要，也可以自己编译一下，把没用的删掉，保留少数几个有用的即可。同时也可以看到，这里直接通过字符串来传递函数名称的，因此必须保证这个函数能被mcr搜索到。比如我们这里的"PlotTest"这个函数其实就包含了ctf文件中（注意ctf文件是可以和dll分开的，在混编项目里可以设置）。
3.上述代码到内置函数的调用
上述已经讲解了整个mcr调用的过程，其实就是通过mcr的EvaluateFunction来调用M函数，但要保证对于的函数名称在mcr搜索的范围内。那么我们是不是可以假设：内置函数都在MCR内部，应该是可以搜索到的，那么把上面的函数名称换一下，是不是也是可行的。这个假设也是我最早接触时候的想法，有了假设，当然要去验证。现在看来这个当然是肯定的，那么不妨重新演示一遍。过程不详细讲了，代码也有注释，混编要引用的MWArray.dll和命名空间也不提了，看代码：
1 using System; 2 using System.Collections.Generic; 3 using System.Linq; 4 using System.Text; 5 using System.Reflection; 6 using System.IO; 7 8 using MathWorks.MATLAB.NET.Utility; 9 using MathWorks.MATLAB.NET.Arrays;10 11 12 namespace BuildInFunctionDemo13 {14 class Program15 {16 static MWMCR mcr;17 static void Main(string[] args)18 {19 #region 首先使用PlotTest.dll来初始化mcr,因为这个dll是混编“合法”产生的，只有这样才能顺利启动mcr20 if (MWMCR.MCRAppInitialized)21 {22 string path = Path.Combine(System.Environment.CurrentDirectory, "PlotTest.dll");23 Assembly assembly = Assembly.LoadFile(path);24 string ctfFilePath = assembly.Location;25 int lastDelimiter = ctfFilePath.LastIndexOf(@"\");26 ctfFilePath = ctfFilePath.Remove(lastDelimiter, (ctfFilePath.Length - lastDelimiter));27 string ctfFileName = "PlotTest.ctf";28 Stream embeddedCtfStream = null;29 String[] resourceStrings = assembly.GetManifestResourceNames();30 31 foreach (String name in resourceStrings)32 {33 if (name.Contains(ctfFileName))34 {35 embeddedCtfStream = assembly.GetManifestResourceStream(name);36 break;37 }38 }39 mcr = new MWMCR("",ctfFilePath, embeddedCtfStream, true);40 }41 else42 {43 throw new ApplicationException("MWArray assembly could not be initialized");44 }45 #endregion46 47 #region 直接调用混编dll中的封装函数进行测试48 mcr.EvaluateFunction(0, "PlotTest", 5);49 50 //注意这里要断点调试才能看到效果哦，因为mcr会把图绘制在一个Figure上面，51 //后面的会覆盖前面的，这里暂停一下，可以看前面的效果52 //下面就是直接调用matlab的plot函数的效果53 MWNumericArray x = new double[]{ 1,2,3,4,5};54 MWNumericArray y = new double[]{ 2,1,2.8,5.3,4.7};55 mcr.EvaluateFunction(0, "plot",x,y );56 #endregion57 58 Console.ReadKey();59 }60 }61 } 唯一要注意的就是50-52的说明，要加断点看2次绘制的效果。分别截图如下：
= 4.总结
抛砖引玉，这里只是一个思路，附代码下载吧。
posted on 2014-04-30 21:32 阅读( ...) 评论( ...)