MATLAB编程与应用系列-第16章 外部接口技术（3）

本章教程共分为7篇进行阐述：
MATLAB编程与应用系列-第16章 外部接口技术（1）
MATLAB编程与应用系列-第16章 外部接口技术（2）
MATLAB编程与应用系列-第16章 外部接口技术（3）
MATLAB编程与应用系列-第16章 外部接口技术（4）
MATLAB编程与应用系列-第16章 外部接口技术（5）
MATLAB编程与应用系列-第16章 外部接口技术（6）
MATLAB编程与应用系列-第16章 外部接口技术（7）

本系列教程来源于出版书籍《基于MATLAB编程基础与典型应用书籍》，如涉及版权问题，请联系：156204968@qq.com。 出版社：人民邮电出版社， 页数：525。

本系列教程目前基于MATLABR2006a，可能对于更高级版本的功能和函数有差异，教程中如有问题，请联系：156204968@qq.com

16.3 MAT文件应用

MAT文件是MATLAB开发环境存储数据的一种特殊的数据格式，使用MAT数据文件可以在不同的开发平台下进行数据交换和通信，可以在独立MATLAB应用程序中导出和读入数据文件。MATLAB应用程序接口(API)函数库提供了使用C，C++和FORTRAN等语言编写的MAT函数库，通过调用MAT函数库，MEX函数库以及MX函数库相关函数，可以非常轻松地编写MEX文件读入和导出MAT格式的数据文件。

�###16.3.1 MATLAB数据导入导出方式
在MATLAB开发环境下，可以通过多种不同的手段向MATLAB开发环境中导入数据或者从MATLAB开发环境中向其他开发平台导出数据。

1. 向MATLAB开发环境中导入数据

可以通过以下不同的方式向MATLAB开发环境中导入数据，但是对于不同的情况，比如数据规模的大小，开发平台的外部需求等，读者可以选择其中最方便的某一种导入数据方式：

• 使用命令行导入数据
  这种方法适合与当导入的数据规模比较小，那么可以直接在MATLAB命令行窗口中导入数据。例如：

>> a = rand(3)
a =

    0.9501    0.4860    0.4565
    0.2311    0.8913    0.0185
    0.6068    0.7621    0.8214
>> assignin('base','T',a)   //在应用程序中将a变量赋值给变量T

• 创建数据输入的M文件
  很明显，这种数据导入方式仅仅适合与当数据文件还不存在与工作环境下，需要人工输入数据文件时，采用这种方式比较方便。或者从其他环境比如TEXT文件，EXCEL文件中导入数据文件。

• 使用load命令导入数据文件
  同save命令相对，当数据变量存在与MATLAB工作环境下时，可以使用save命令将数据变量存储为MAT数据文件格式。那么使用load命令就可以直接向Workspace中导入数据文件。

• 使用MATLAB的I/O函数读取数据文件
  使用MATLAB的I/O函数fopen, fread以及其他的一些I/O读写函数读入其他平台下的数据文件格式。

• 编写MEX文件读入MAT数据
  通过MATLAB应用程序接口(API)的MEX函数库，MX函数库和MAT函数库，编写MEX文件读入MAT数据文件。在本节的实例演示中将提供一个标准的MEX文件读入MAT数据的程序代码。

2. 从MATLAB环境中导出数据

同向MATLAB环境导入数据相仿，从MATLAB环境中导出数据也有相对应的一些方式可以供读者进行选择参考。

• 创建DIARY文件
  通过使用MATLAB命令行diary来创建当前工作窗口中输入和输出结果文本，可以通过文本编辑器或者使用MATLAB函数open命令打开diary文件查看当前输入的数据和输出结果。使用diary on和diary off命令来启动和关闭记录。当在命令行窗口中输入diary on命令后，那么从该条命令开始，将在diary文件中进行记录，直到输入diary off命令结束输入输出的记录。
• 使用save命令存储数据文件
  MATLAB使用save命令存储数据文件，可以使用save file.dat variableName –ascii命令将数据文件以ASCII文件存储威为.dat文件。例如：

>> a = rand(3);
>> save fileName.dat a -ascii
>> load fileName.dat
  5.2515250e-001  8.3811845e-001  3.7948102e-001
  2.0264736e-001  1.9639514e-002  8.3179602e-001
  6.7213747e-001  6.8127716e-001  5.0281288e-001

• 使用MATLAB的I/O函数写入数据
  使用MATLAB的I/O函数fopen, fwrite等函数可以将MATLAB环境下的数据存储为其他开发平台所需要的数据文件格式。

• 创建MEX文件写MATLAB环境数据
  同读入数据一样，可以使用MATLAB应用程序接口(API)函数库MAT函数库，MEX函数库和MX函数库写出MATLAB环境数据。在本节中也提供了一个标准的创建MEX文件写数据的程序代码。

16.3.2 MAT函数库函数

使用MATLAB命令行save命令可以将MATLAB工作环境中的数据存储为MAT数据文件格式。在其他开发平台，需要使用MATLAB应用程序接口来读入和写出MAT数据文件中的数据变量。在MEX一节中，已经介绍了MATLAB应用程序接口(API)函数库的MEX函数库和MX函数库相关函数，在读写MAT文件时，同样需要使用到MEX函数库和MX函数库。本节中主要简单介绍MAT函数库相关函数的功能描述，在下一小节中，将通过实例演示如何使用MATLAB应用程序接口(API)进行MAT文件的读写。

表16.4所示为C语言常用MAT函数库函数

MAT函数	功能描述
matOpen	打开MAT文件
matClose	关闭MAT文件
matGetDir	从MAT文件中获取变量列表
matGetVariable	从MAT文件中读入变量
matPutVariable	向MAT文件中写入变量
matGetNextVariable	从MAT文件中读入下一个变量
matDeleteVariable	从MAT文件中删除变量

16.3.3 Mex文件读写MAT文件

在了解MAT文件基本概念和MATLAB应用程序接口(API)函数库常用MAT函数库函数后。在本小节，将通过两个实例matCDemo.c文件和matMexLoadDemo分别演示使用MATLAB应用程序接口(API)函数库函数读写MAT文件。编写以下matCDemo.c文件，可以实现写入MATLAB数据到MAT文件中的功能。

/*  
 *  matCDemo.c
*/
#include "mex.h"
#include "mat.h"

void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],
                                int nrhs, const mxArray *prhs[])
{
    //初始变量定义，包括数组和mxArray数据结构定义
    mxArray *pString, *pArray1, *pArray2;
    double a1[] = {0.0,1.0,2.0,3.0,4.0,5.0,6.0,7.0,8.0};
    double a2[] = {9.0, 4.0,5.4,6.4,3.2,1.5};
    //MATFile文件定义和文件名定义
    char *filename;
    MATFile *file;
    int flag, buflen;
    
    //输入个数检测数据
    if (nrhs != 1)
        mexErrMsgTxt("Error: One intput parameter is required to represent the file name!");
    if (nrhs > 1)
        mexErrMsgTxt("Error: No more than one input parameter.");
    
    //输入参数类型检测，输入必须为字符串类型。
    if ( mxIsChar(prhs[0]) != 1)
        mexErrMsgTxt("Error: Input must be string!");
    if ( mxGetM(prhs[0]) != 1)
        mexErrMsgTxt("Error: Input must be a row vector!");
    //创建字符串和错误检测
    pString = mxCreateString("This is the MAT demo in C lanuage! Enojy it~!");
    if (pString == NULL)
        mexErrMsgTxt("Error: Cannot create string!");
    //创建mxArray参数矩阵初始大小
    pArray1 = mxCreateDoubleMatrix(3,3,mxREAL);
    pArray2 = mxCreateDoubleMatrix(2,3,mxREAL);
    if( (pArray1 == NULL)||(pArray2 ==NULL) )
        mexErrMsgTxt("Error: Cannot create the double matrix!");
    //将定义的数组拷贝给mxArray变量
    memcpy( (void *)(mxGetPr(pArray1)), (void *)a1, sizeof(a1));
    memcpy( (void *)(mxGetPr(pArray2)), (void *)a2, sizeof(a2));
    
    //获取文件名称
    buflen = (mxGetM(prhs[0]) * mxGetN(prhs[0])) + 1;
    //申请建立字符串大小的内存空间
    filename = mxCalloc(buflen,sizeof(char));
    flag = mxGetString(prhs[0], filename, buflen);
    if( flag != 0)
        mexWarnMsgTxt("Not enough memory space!");
    
    //创建新的MAT文件
    file = matOpen(filename,"w");
    if ( file = NULL )
        mexWarnMsgTxt("Error: Cannot create the mat file!");

    //向MAT文件中写入数据
    matPutVariable(file, "variableString", pString);
    matPutVariable(file, "variableDoubleMatrix1", pArray1);
    matPutVariable(file, "variableDoubleMatrix2", pArray2);
    
    //关闭MAT文件
    matClose(file);
    
    //释放内存空间
    mxDestroyArray(pString);
    mxDestroyArray(pArray1);
    mxDestroyArray(pArray2);
    
    mxFree(filename);
    
}

使用mex命令编译该文件，在Matlab命令行窗口中调用该函数：

>> matcDemo('matfile.mat')

通过which命令查看matfile文件是否已经建立：

>> which matfile.mat
C:\Program Files\MATLAB\R2006a\work\matfile.mat
在命令行窗口中使用load命令可以查看matfile.mat数据文件的内容：
>> load matfile.mat
>> whos
  Name                        Size                    Bytes  Class

  variableDoubleMatrix1       3x3                        72  double array
  variableDoubleMatrix2       2x3                        48  double array
  variableString              1x45                       90  char array

Grand total is 60 elements using 210 bytes

在该实例中，演示了使用MEX文件写MAT数据文件，基本的编写程序步骤包括：首先定义mxArray数据结构变量，进行输入输出参数个数和类型的检测，使用mxCreate前缀函数创建mxArray数据结构变量的初始值，将定义的数组拷贝给mxArray变量，然后matOpen函数打开MAT文件，使用matPutVariable函数向MAT文件写入数据，matClose函数关闭MAT文件，释放定义存储mxArray数据变量的内存空间。以下matMexLoadDemo.c程序则实现读入MAT文件数据的功能，编写程序的步骤和写入MAT文件数据刚好相反，程序代码如下：

/*
 *  matMexLoadDemo.c
 */

#include <string.h>
#include "mex.h"
#include "mat.h"
const int MAXSIZE = 100;
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],
                                int nrhs, const mxArray *prhs[])
{
    //MATFile文件定义和相关变量定义
    MATFile *file;
    char *fileName;
    char *variableName[MAXSIZE];
    int counter,buf_len,index;
    mxArray *variableValue = NULL;
    // 给函数文件名分配内存空间并获取文件名
    buf_len = mxGetN(prhs[0]) + 1;
    fileName = (char *) mxCalloc(buf_len, sizeof (char));
    mxGetString(prhs[0], fileName, buf_len);
    //读取MAT文件函数名
    counter = 0;
    for( index = 1; index < nrhs; index ++ )
    {
        int variableLength = mxGetN(prhs[index]) + 1;
        variableName[ counter ] = (char *)mxCalloc(variableLength, sizeof (char));
        mxGetString(prhs[index], variableName[counter],variableLength);
        counter ++;
    }
    // 打开MAT文件
    file = matOpen(fileName, "r");
    if ( file < (MATFile *) 3 )
    {
        mexErrMsgTxt("Error: Cannot open the mat file!");
    }
    //读取MAT文件变量
    if (counter > 0)
    {
        for ( index = 0; index < counter; index ++)
        {
            variableValue = matGetVariable(file, variableName[index]);
            mexPutVariable("Caller",variableName[index], variableValue);
            
            mxFree(variableName[index]);
        }
    }
    else
    {
        const char *var_name;
        while((variableValue=matGetNextVariable(file, &var_name))!=NULL) 
        {
            mexPutVariable("caller", var_name, variableValue);
        }
    }
    //关闭MAT文件
    matClose(file);
    mxFree(fileName);
}

使用mex命令编译matMexLoadDemo.c文件，在MATLAB命令行窗口中输入：

>> mex matMexLoadDemo.c

通过调用matMexLoadDemo编译文件，就可以读入mat数据文件的数据：

>> matMexLoadDemo('matfile.mat')
>> whos
  Name                        Size                    Bytes  Class

  variableDoubleMatrix1       3x3                        72  double array
  variableDoubleMatrix2       2x3                        48  double array
  variableString              1x45                       90  char array

Grand total is 60 elements using 210 bytes

以上通过两个实例分别演示了使用MATLAB应用程序接口(API)函数库函数，编写MEX文件以实现MAT数据文件的写入和读出。16.4节将介绍MATLAB引擎技术实现在其他语言环境下后台调用MATLAB命令的功能，但这种调用方法要求工作环境必须安装MATLAB应用程序，否则无法启动MATLAB引擎。

作者：德特数据
联系方式:156204968@qq.com