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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:.

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第 8 章 高级编程技术

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Presentation Transcript


  1. 第8章 高级编程技术

  2. 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

  3. 主要内容 • 8.1文件 • 8.2 应用程序接口

  4. 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”

  5. 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

  6. 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')

  7. 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)

  8. 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);

  9. 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。

  10. 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);

  11. 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

  12. 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)

  13. 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。

  14. 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

  15. 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);

  16. 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

  17. 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)

  18. 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);

  19. 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);

  20. 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)

  21. 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);

  22. 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。

  23. 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!"); }

  24. 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。

  25. 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:

  26. 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); } }

  27. 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。

  28. 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)

  29. 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

  30. 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。

  31. 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); }

  32. 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); } }

  33. 例8-13

  34. 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;

  35. 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); }

  36. 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

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