【原创】Matlab与.NET基于类型安全的接口混合编程入门

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关键词:Matlab混合编程,C#调用Matlab,Matlab与C#混编,MCR,Type-Safe Interfaces

时间:2013年4月21日,5月5日例子Demo测试成功

1.前言

Matlab Builder NE 工具箱是与C#混编的工具箱,里面的帮助文档很详细,提供了4种情况下与.NET混合编程的案例。

1.是简单的组件集成,通过Matlab生成Dll程序集,在.NET环境中,通过MWArray组件来调用;

2.还有一个是在Web环境下使用Figure和混编的情况,与1比较类似;

3.另外一个就是我们今天要讲到的基于类型安全的接口编程,以及对WCF和MEF的支持;

4.最后一个是在.NET Remoting技术中的使用。

在初级入门教程中,以及我现在的混编开发中,都只是用到了第1个方法,和很简单,也很快,当然要你掌握了很多基础技术之后才能达到这个水平。今天要见到的基于接口的编程,有一个很大的好处就是可以避免类型转换,因为之前的方法都有大量的.NET和Matlab类型进行转换,基础不扎实的朋友很容易搞混淆。而基于接口的编程,则可以避免很多问题,但同时也对基础提出了更高的要求,要对接口定义,作用,以及方法多态等面向对象的特性更加了解。

下面截图是在Matlab帮助的说明:

2.Type-Safe Interfaces简单说明

与直接编译为.NET程序集的要求不同,使用这项技术对.NET程序员的要求小很多,只需要很少的Matlab知识,但要对.NET技术精通,

之前由于Matlab的数据类型和.NET的基本数据类型不兼容,所以为了使得Matlab.NET程序进行数据通信,就需要使用下面的技术:

1)Marshal data from .NET input data to a deployed function by creating an MWArray object from native .NET data. 

The public functions in a deployed component return MWArray objects. 

2)Marshal the output MATLAB data in an MWArray into native .NET data by calling one of the MWArray marshaling methods (ToArray(), for example).

所以使用传统的混编方式,又很多数据类型转换的过程。而在使用Type-Safe Interfaces技术后,这些中间过程都可以忽略,

只需要关系输入的.NET类型以及输出的.NET类型结果,Matlab会对数据进行内部的转换处理。可以看看前后2副图的对比:

 

因此,我们可以很明显的看到Type-Safe Interfaces带来的优势:

You avoid training and coding costs associated with teaching end users to work with MWArrays.

You minimize cost of data you must marshal by either placing MWArray objects in type-safe interfaces or by calling MWArray-based functions in the deployed component. 

Flexibility — you mix type-safe interfaces with manual data marshaling to accommodate data of varying sizes and access patterns. 

For example, you may have a few large data objects (images, for example) that would incur excess cost to your organization if managed

 with a type-safe interface. By mixing type-safe interfaces and manual marshaling, smaller data types can be managed 

automatically with the type-safe interface and your large data can be managed on an as-needed basis.

3.Type-Safe Interfaces实际案例

对这个混编方式,很显示可以节省很多事情,我认为,作为原始的数据类型转换方式,还是应该掌握的。在掌握了之后,再使用这个方法,会事半功倍,毕竟不是所有的问题都可以用接口解决。接下来,就让我们一起用一个小的编程实例,来演示整个过程的使用。

演示环境:Visual Studio 2010,Matlab 2012a,.NET 4.0

演示内容:一个简单的乘法运算混编实现

一、新建一个 类库类型的项目 ,名称MatlabDemo,.NET 4.0,如下图所示:

一、在上面的项目中添加一个接口文件IMultiply.cs,并编写下面的代码,因为我们实现的是一个简单的乘法,所以添加如下几个接口方法:

 1 namespace MatlabDemo 
 2  { 
 3      /// <summary>乘法接口</summary> 
 4      public interface IMultiply 
 5      { 
 6          //2个数直接相乘 
 7         double multiply(double x, double y);
 8  
 9          //数组相乘 
10        double[] multiply(double[] x, double y);
11  
12          //矩阵相乘 
13        double[,] multiply(double[,] x, double[,] y); 
14      } 
15  }

  这里注意,一定要将接口的可访问性设置为Public,否则混编的时候,Matlab会找不到接口原型,编译失败。编写好,编译项目即可,会在bin文件夹下得到MatlabDemo.dll文件,这个文件下面的步骤会用到。

三、编写M函数,并设置混编项目。我们编写一个简单的乘法M函数m,如下所示:

1 function z = multiply(x, y)
2 
3     z = x * y;

注意这里的名称一定要和接口方法的名称对于起来,否则Matlab怎么会认识,想想就明白了。然后在Matlab中输入deploytool命令,输入项目名称:TypeSaftDemo,并选择项目类型:.NET Assembly,这个过程是“混编三部曲”基本过程,以前的视频中专门见到了,不仔细说明,如下图所示:

确定之后,混编项目基本就建立了,然后新建一个类DemoTest,并把上面编写的multiply.m函数添加到这个类中去,这其实就是一个常规的混编过程,很简单。添加完成之后,如果是普通的混编方式,直接编译就可以了,但基于接口的混编方式,还有一个过程要设置,看下图,单击混编项目的设置(Settings...):

如下图,打开设置后,选择“Type Safe API”选项卡:

首先,选择我们在第一个过程中编写好的MatlabDemo.dll接口文件,选择后,程序会自动搜索该dll中的可用接口(公开的),在.NET interface下拉列表中显示,选择你需要的,这里我们是IMultiply,如下图所示的MatlabDemo.IMultiply,然后选择该接口和Matlab混编程序中对于的类,我们的multiply.m函数在DemoTest类中,如下图的Wrapped class:

 设置完成之后,关闭即可。然后编译,如果没有问题,提示编译成功之后,打开编译好的文件夹,我们可以看到如下3个dll文件:

生成的3个文件,TypeSafeDemo.dll其实和普通的混编方式是一样的,可以和以前数据类型转换的方式一样使用;而DemoTestIMultiply.dll和TypeSafeDemoNative.dll这2个一起使用,Matlab已经在内部将数据转换过程封装好了,直接使用即可。第一种方式就不演示了,直接演示如何用接口来计算乘法。

五、C#调用混编好的dll计算结果。在上一节中我们已经说明了几个dll的作用,下面将演示他们的用法,将DemoTestIMultiply.dll和TypeSafeDemoNative.dll一起复制到测试项目的C#项目中去(新建一个控制台测试项目),分别添加这几个dll的引用:MWAarray.dll和DemoTestIMultiply.dll以及TypeSafeDemoNative.dll。然后添加命名空间,具体核心代码如下所示:

 1 using System;
 2 using System.Collections.Generic;
 3 using System.Linq;
 4 using System.Text;
 5 
 6 using MathWorks.MATLAB.NET.Arrays;
 7 using MathWorks.MATLAB.NET.Utility;
 8 
 9 using TypeSaftDemo;
10 
11 namespace TypeSaftTest
12 {
13     class Program
14     {
15         static void Main(string[] args)
16         {
17             //混编接口类的实例化
18             DemoTestIMultiply di = new DemoTestIMultiply();
19             double[,] a = new double[2,2] {{1,2},{3,4} };
20             double[,] b = new double[2, 2] { { 6, 7 }, {8, 9 } };
21             //分别演示接口的3种不同调用
22             var t1 = di.multiply(3, 5);
23             var t2 = di.multiply(new double[] { 1, 2, 3 }, 5);
24             var t3 = di.multiply(a, b);
25             Console.WriteLine("2个数直接相乘:"+t1.ToString());
26             Console.Write("数组与单个数直接相乘:");
27             foreach (var item in t2 ) Console.Write(item.ToString()+"   ");
28             Console.WriteLine();
29             Console.Write("矩阵乘法:");
30             foreach (var item in t3) Console.Write(item.ToString() + "   ");
31             Console.ReadKey ();
32         }
33     }
34 }

结果如下图所示:

   上面就是Matlab和C#基于接口的混合编程的详细过程,混编是一个很有用的工具,但要用好,其实真的很难,接触混编这么长的时间以来,碰到过很多同学使用这个工具,绝大部分是误用,导致无故的工作量。要想混编成为自己工作和学习的得力助手,必须加强Matlab和.NET基础的学习,只有2者的基础掌握好了,足够熟悉这2个平台,你才可能更顺利的解决混编过程中遇到的问题。当混编出了问题的时候,需要很多经验才能度过难关,这一点很重要,不要指望学会这个过程,就可以解决所有问题。期待Mathworks公司对Matlab的混编编程支持越来越强大。

4.相关资源

1 Matlab Builder NE具箱的User’s Guide栏目中的Type-Safe Interfaces, WCF, and MEF

2 Loren Shure 博客:

 http://blogs.mathworks.com/loren/2011/06/03/introducing-type-safe-apis-with-builder-ne/

 http://blogs.mathworks.com/loren/2011/06/30/multiple-inputs-and-outputs-in-builder-ne-type-safe-apis/

posted @ 2013-05-16 17:49  数据之巅  阅读(6383)  评论(20编辑  收藏