微机原理与接口技术答案 Ｍａｔｌａｂ　与Ｆｏｒｔｒａｎ　语言混合编程的接口技术

　　摘要：阐述了在matlab 环境下，调用 Fortran 语言的原理，并通过一实例说明如何实现Matlab，Fortran 两种语言的混合编程。 　　关键词：Fortran；Matlab；接口技术；混合编程
　　中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)18-31643-01
　　ProgramInterface Technique for Matlab and Fortran Compiling
　　PENG Yu-shan1,REN Xiang-he2
　　(1.Shandong Agricultural University,Tai"an 271018,China;2.Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 201800,China)
　　Abstract:In this paperthe theory of using Fortran programme under Matlab environment is discussed.From an example,the interface technique between the two programmes is shown.
　　Key words:Fortran;Matlab;interface technique;mixing programme
　　MATLAB是当今流行的科学计算软件，专门以矩阵的形式处理数据，它把数值计算和可视化环境集成到一起，许多用户在使用时希望能够直接调用过去的FORTRAN经典计算程序。虽然MATLAB没有现成的接口程序，但其提供的标准API工具，使用户能够根据需要来编写接口程序， 完成MATLAB与其它外部程序的通讯。下面本文就以具体实例来说明如何编写完整的MATLAB与FORTRAN的接口程序。
　　
　　1MATLAB 环境的配置
　　
　　MEX文件是MATLAB 语言的外部程序调用接口，它可以调用外部的FORTRAN 程序。要调用外部的FORTRAN程序，必须先用MEX命令来搭建MATLAB调用FORTRAN的平台，具体步骤为：在MATLAB命令提示符下键入命令
　　>> mex -setup
　　系统提示
　　Please choose your compiler for building external interface (MEX) files:
　　Would you like mex to locate installed compilers [y]/n?
　　然后键入 y，回车，系统又会提示：
　　Select a compiler:
　　[1]Compaq Visual Fortran version 6.6 in d:\program
　　[2] Lcc C version 2.4 in D:\MATLAB7\sys\lcc
　　[0] None
　　Compiler:
　　在Compiler:后面输入1，回车，再按系统提示就会完成平台的搭建。如图1所示。系统配置完成后，就可以使用命令 mex myfunction调用FORTRAN 程序。
　　图1
　　
　　2 FORTRANMEX文件的编写
　　
　　FORTRAN 语言的MEX文件有两部分组成：接口程序和计算程序。
　　2.1 接口程序
　　接口程序可以完成两项任务：第一是从输入的参数中获得计算所需要的数据；第二是把计算的结果返回MATLAB。这样接口程序就完成了MATLAB 与FORTRAN语言之间通讯任务。
　　subroutine mexFunction(nlhs , plhs,nrhs,prhs)
　　implicit none
　　integerplhs(*), prhs(*)
　　integermxGetpr,mxGreatFull
　　integerx_pr, y_pr, y_pr, w_pr, nlhs,plhs, m,n,size
　　real(kind=8) x,y,z,w
　　C 参数nlhs，nrhs 分别代表输出和输入数据的个数； plhs， prhs，分别代表输出和
　　C输入数据的指针，（*）代表参数长度不确定要根据实际情况而定。
　　if (nrhs /= 2) then C 判断输入数据个数 本文假设有个输入数据
　　call mexErrMsgTxt(‘One input required’)
　　else if (nlhs /=2) then C判断输出数据个数，本文假设有两个输出数据
　　call mexErrMsgTxt(‘One output required’)
　　end if
　　C检查数据的类型
　　if (mxIsNumeric(prhs (1)).ne.1) then
　　Cprhs (1) 为第一个数据的指针
　　call mexErrMsgTxt("Input must be a number1")
　　else if (mxIsNumeric(prhs (2)).ne.1) then
　　Cprhs (2) 为第二个数据的指针
　　call mexErrMsgTxt("Input must be a number1")
　　end if
　　C 获取输入数据的大小
　　m=mxGetM(prhs(2))
　　n=mxGetN(prhs(2))
　　C产生输出数组
　　plhs(1)=mxCreateFull(m,n,0)C输出数据的指针
　　plhs(2)=mxCreateFull(m,n,0)
　　C读取第一个输入数据地址并放在指针x_pr 中
　　x_pr=mxGetPr(prhs(1))
　　C读取第二个输入数据地址并放在指针y_pr 中
　　y_pr=mxGetPr(prhs(2))
　　C读取第一个输出数据地址并放在指针z_pr 中
　　z_pr=mxGetPr(plhs(1))
　　C读取第二个输出数据地址并放在指针w_pr 中
　　w_pr=mxGetPr(plhs(2))
　　C将计算结果转换成指针返回到MATLAB
　　C从第一个输入数据地址读取数值并返回x中
　　call mxCopyPtrToReal8(x_pr,x,size)
　　C从第二个输入数据地址读取数值并返回y中
　　call mxCopyPtrToReal8(y_pr,y,size)
　　C调用FORTRAN 计算程序
　　calltest(x,y,z,w)
　　C将计算结果返回MATLAB
　　C从第一个计算数据z输出到指针z_pr
　　call mxCopyReal8ToPtr(z,z_pr,size)
　　C从第二个计算数据w输出到指针w_pr
　　call mxCopyReal8ToPtr(w,w_pr,size)
　　return
　　end
　　2.2计算程序
　　计算程序主要完成你所需要的计算任务，它是完全是用FORTRAN写的，而且在这一部分FORTRAN还可以调用自己的子程序。这一部分要和接口程序并存于一个文件里。
　　subroutine test(x,y,z,w)
　　implicit none
　　real(kind=8) x,y,z,w
　　z=x*8
　　w=f(x,y)CFORTRAN内部子程序
　　return
　　end
　　C FORTRAN 内部子程序
　　Functionf(x,y)
　　implicit none
　　real(kind=8) x,y,f
　　f=x*y
　　return
　　end
　　3 FORTRAN MEX文件执行
　　把上面的接口程序存成myfunction.f到MATLAB的work的文件里。在MATLAB命令窗口运行
　　>> mexmyfunction
　　>>x=2.0 % 初始输入值
　　>>y=7.8 % 初始输入值
　　>>[z,w]=test(x,y) %调用FORTRAN里的test子程序，z，w是输出数据；x，y是输
　　%变量；而且prhs(1) 就是输入数据x的指针，prhs(2) 就是输入数%据y的指针；plhs(1) 就是输出数据z的指针，plhs(2) 就是输出
　　%数据w的指针。
　　运行后的结果为
　　z=16
　　w=15.6
　　
　　4 结束语
　　
　　本文详细地介绍的 FORTRAN和MATLAB混合编程的接口问题，并给出了有多个输入输出数据。有了接口程序可以使MATLAB使用者方便地调用FORTRAN程序，这样可以大大提高MATLAB计算效率，节省了很多重新写已有FORTRAN程序的时间。
　　
　　参考文献：
　　[1]求实科技.Matlab 7.0 从入门到精通[M].人民邮电出版社,2006.
　　[2]Stephen J.ChapmanMatlab Programming for Engineers（Second Edition）[M].科学出版社,2003.
　　[3]王志松.Matlab与Fortran 语言相互调用接口的实现[J].编程语言2001,10.
　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。
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