【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和.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/