[心得] 在FORTRAN呼叫MATLAB的函數(64位元)

[callmei (挨)]

前言：(都是廢話~可以跳過XD)


MATLAB提供了向外窗口給C語言及FORTRAN語言，使得這兩種語言可以直接調動MATLAB的函

數來使用，C/MATLAB混編的教學很多，但關於FORTRAN/MATLAB，台灣用FORTRAN的本來就

少，而專精FORTRAN的人也有他們自己的一套系統，譬如TecPlot以及很多免費的FORTRAN

繪圖函數庫，所以其實真正有教怎麼用FORTRAN呼叫MATLAB函數的中文教學很少，尤其是

針對不同編譯器的設定上，最常找到的教學是CVF編譯32位元程式的設定，而IVF幾乎沒有

中文的，英文的又閱讀的很辛苦。MATLAB雖然有內建FORTRAN呼叫MATLAB的範例程式碼，

但是那是使用FORTRAN77寫成的。


也許很懂程式設計的人不用什麼教學就知道該怎麼設定，但是我想還是有很多研究生跟

我一樣上研究所才開始學程式，所以除了會寫CODE外，很多關於編譯器方面該怎麼設定也

都一知半解，尤其現在IVF跟經典教科書使用的CVF已經長得不太一樣了，所以我終於成功

能夠在FORTRAN程式呼叫MATLAB的一些函數後，想說放到網路上讓有需要使用到MATLAB及

FORTRAN的苦命菸酒生們參考如何設定。


其實大部分都是網路上東蒐集一點西蒐集一點最後整理出來的東西，而我主要是針對如何

設定及一些該注意的地方來分享，至於詳細的語法，我想有空再說吧，而且語法方面其實

都是由MATLAB提供的，所以可以參考C怎麼呼叫MATLAB函數。或是GOOGLE '調用MATLAB計

算引擎'，也可以找到關於語法上的介紹。


編譯一個有呼叫到MATLAB的FORTRAN原始碼有兩種方法：
(MATLAB跟FORTRAN編譯器都必須安裝)

1.使用MATLAB編譯，這個最簡單，幾乎不用設定，但是MATLAB只能懂FIX格式(77)的

  FORTRAN，要讀FREE格式的，必須要在某個.bat檔裡面去修改，在此不去說明，因為

  我想應該也沒人用FORTRAN寫了一個程式後還特地使用MATLAB編譯吧...
  (這方法需要MATLAB能辨別出使用的FORTRAN編譯器，但似乎MATLAB只認識CVF跟IVF，
   其他如PGI等等其他廠牌編譯器他都不認得)

2.使用FORTRAN的編譯器去編譯，我想菸酒生們大部分應該都是使用WINDOW系統，所以下

  面講的也是這個方法。會用LINUX的人都是專業的，我想應該他們都會這些了~囧

3.把MATLAB的函式庫編譯成.dll，不過這太專業了，實際上怎麼做我也不懂，我只知道

  這方法可以讓程式在沒安裝MATLAB的電腦上執行。



正文：

首先是我的操作環境，我想如果操作環境不同，可能也會有些不同，所以有可以依照操

作環境不同來調整設定方式：


作業系統：Windows 7 64位元

MATLAB版本：R2010a 64位元

            安裝路徑C:\Program Files\MATLAB\R2010a

FORTRAN編譯器：Intel Visual Fortran 11 使用IDE介面
               IDE介面是用Microsoft Visual Studio 2008

編譯組態： Debug x64




前置作業：

        1.設定Win7環境變數：

          控制台->系統及安全性->系統->進階系統設定->環境變數

          出現的頁面會有上下兩大區塊，在下方的系統變數區塊中的變數欄尋找PATH這

          項，點選後按下方的編輯鈕，在變數值那欄應該已經有很多路徑了，在最後加

          上";"，然後再加上下面這個路徑

                    C:\Program Files\MATLAB\R2010a\bin\win64
          一直按確定關掉所有頁面後，重新開機(一定要重新開機!)
          (若程式可以編譯，但執行時卻會出現找不到XXX.dll，通常都這步驟的問題)

        2.設置專案屬性：

          開啟會使用到MATLAB計算引擎的FORTRAN專案，記得組態要改成x64，至於是

          Debug或Release我想都沒差。

          (若組態是win32，我不確定能不能呼叫64位元的MATLAB)

          a.專案->屬性->FORTRAN->GENERAL，在Additional Include Directories那欄

            填上C:\Program Files\MATLAB\R2010a\extern\include

          b.專案->屬性->FORTRAN->PREPROCESSOR，在Preprocess Source Files那欄

            選擇YES
            (這步驟重要~我卡很久後才知道要做這步驟)

          c.專案->屬性->LINKER->GENERAL，在Additional Library Directories那欄

            填上C:\Program Files\MATLAB\R2010a\extern\lib\win64\microsoft

          d.專案->屬性->LINKER->INPUT，在Additional Dependencies那一欄填上

            libmx.lib libmat.lib libeng.lib

          確定，關掉屬性視窗。

          (對於a、c、d若是不想針對特定專案，而是所有專案都可以呼叫MATLAB，可從
           工具->選項裡去設定，請自行找編譯器教學......)

        3.在程式碼最開頭加上  #INCLUDE "fintrf.h"

        4.接著就可以用MATLAB針對FORTRAN呼叫MATLAB計算引擎的一些特定函數來寫程

          式，跟在C裡呼叫的方式差不多，我個人是覺得必須要有指標的觀念才行，才

          比較好懂跟自行運用。

          因為這篇主要是針對64位元作業系統及64位元程式的設定及需要注意的事項

          ，所以關於語法請自行參考MATLAB的說明。



          以一個在FORTRAN程式呼叫MATLAB畫圖的程式碼為例，前面數字為行號：
          (若要把行號也寫進程式碼的話，記得#INCLUDE "fintrf.h"這行不能加行號)


              #INCLUDE "fintrf.h"

              1   PROGRAM main
              2   IMPLICIT NONE
              3   INTEGER*8,EXTERNAL:: engOpen,engClose,mxCreateDoubleMatrix
              4   INTEGER*8,EXTERNAL:: mxGetPr,engPutVariable,engEvalString
              5   INTEGER*8::ep,T,status
              6   INTEGER*8::i,j,k
              7   REAL*8::nodes(2,400)

              8   DO i=1,400
              9       nodes(1,i)=2d0*3.1415926/400d0*DBLE(i)
              10  ENDDO

              11  CALL RANDOM_SEED()
              12  CALL RANDOM_NUMBER( nodes(2,:) )
              13  nodes(2,:)=nodes(2,:)*2d0-1d0

              14  i=2
              15  j=400
              16  k=0

              17  ep=engOpen(' ')

              18  T=mxCreateDoubleMatrix(i,j,k)
              19  CALL mxCopyReal8toPtr(nodes,mxGetPr(T),2*400)
              20  status=engPutVariable(ep,'voronoi_nodes',T)

              21  status=engEvalString(ep,'for i=1:1:400, &
                          plot(voronoi_nodes(1,i),voronoi_nodes(2,i),''*''); &
                          hold on; &
                          end')

              22  status=engEvalString(ep,'axis equal')
              23  status=engEvalString(ep,'axis([0,2*3.1415926,-1.1,1.1])')

              24  CALL mxDestroyArray(T)

              25  PAUSE '按任意鍵結束'

              26  status = engClose(ep)

              27  END PROGRAM main


        如果程式碼正確執行，應該會出現一張用MATLAB畫的圖，上面很多*號....

        如圖http://ppt.cc/Jbsq


注意：
        1.在64位元下，MATLAB的整數是8 bytes的資料型態，所以第3、4、5行可以看到

          他們被宣告成8 bytes整數，第3、4行是呼叫MATLAB以及與MATLAB做資料交換

          要用到的MATLAB引擎函數，簡單說就是FORTRAN與MATLAB溝通的橋樑，功能請自

          行參考MATLAB的HELP，而第5行雖然不是宣告成指標變數，但其實它們的功用很

          類似於指標。

        2.(這點是我自己猜測的) 有些MATLAB的引擎函數是類似於傳址型態，而不能傳

          值，所以像第18行的T=mxCreateDoubleMatrix(i,j,k)，功能是在記憶體中

          ALLOCATE一塊空間用來存放2*400的陣列，而k=0則表示此陣列都是純實數。

          理論上應該寫成T=mxCreateDoubleMatrix(2,400,0)也可以(一些C語言的範例

          好像也是這樣寫)，但實際上會發現無法ALLOCATE，無法ALLOCATE時T會回傳0

          ，所以要先令i=2,j=400,k=0，然後寫成T=mxCreateDoubleMatrix(i,j,k)才

          能ALLOCATE成功。原因只是我自己的猜測，真正的原因我也不清楚。總之遇到

          這種MATLAB引擎指令可用回傳的值為多少來判斷是否執行成功，若執行成功，

          回傳的為一個非0值，因為回傳的是類似於記憶體位置的資料(指標)，若執行

          失敗，會回傳0，可以依此點來判斷MATLAB引擎指令有沒有成功被執行。

        3.為了避免混亂，所以我沒加上判斷MATLAB指令是否成功執行的語句。

        4.有時候雖然成功執行指令，但其實只是說成功把東西從FORTRAN傳送到MATLAB

          ，而MATLAB那邊若是語法錯誤，FORTRAN這邊卻不會知道(不像直接操作

          MATLAB時，若語法錯誤會出現錯誤訊息)，所以跑出來的結果不一定會正確。



以上，以後畫圖就不用再另外輸出數據，然後再打開MATLAB讀入數據來畫了

除了畫圖外，我想MATLAB還有很多東西可以被FORTRAN拿來使用

像我研究這個也不是因為要畫圖，其實我是要使用MATLAB內建的建Delaunay三角形的函數

因為FORTRAN的建Delaunay三角形程式碼都是外國人寫的，使用教學都英文，根本看不懂

怎麼用，所以我才會把主意打到MATLAB上。我想有些人應該跟我一樣，雖然FORTRAN資源

豐富，但是卻因為看不懂英文所以不會使用=..=


我不是專門玩程式的人，只是因為研究所需要才開始學寫程式

所以如果有什麼東西是本來就該知道的基礎知識而我不知道，請見諒>//////<


希望有多點人一起玩玩看，不要輸給C/C++了XDDDD

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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc)
◆ From: 140.112.46.73
→ callmei:喔對了~還有MATLAB是有區分大小寫的..不要跟FORTRAN搞混了
推 Faramir:推
推 charlesdc:不知道影像處理系統能不能搬過來呢@@?
影像處理我也不熟耶@@
我記得有看過文章是說MATLAB核心內建的功能都可以使用
但是有些是屬於那些工具箱的，不是MATLAB原本就有的，就不一定了
→ charlesdc:不過你為什麼當初不直接用MATLAB解決就好了呢?
→ callmei:因為我只有一個小環節需要用到MATLAB的函數
→ callmei:如果整個程式都用MATLAB會跑很慢 所以才會以FORTRAN為主
推 weichich:推~~ matlab蠻吃資源的，用fortran跑長時間疊代就有感覺
推 Gwaewluin:好棒，也許這樣就能直接用inverse和eigenvalue了
推 Semisphere:若不考慮多核心,fortran inv也只比matlab inv慢一點
→ onezillion:太棒了! 感謝分享
推 Odason:感謝分享
推 imys:推！
推 qaz692:感謝分享!!
IMSL有的函數基本上還是使用IMSL會比較快
姑且不論同樣的數值方法，MATLAB和FORTRAN誰的內建函數算得較快
光是從FORTRAN程式開始呼叫MATLAB，到完全啟動MATLAB計算引擎，就需要一點時間了
然後還要在FORTRAM、MATLAB間傳遞參數，也需要多執行一些指令
所以如果數據交換量大、交換頻率高的話 ，時間上反而沒效率
簡單說就是FORTRAN跟MATLAB間的溝通會耗費掉一些時間，每次都要花個幾秒鐘之類的
當然，如果程式是只跑幾分鐘或一兩個小時就跑完的那種，
或是整個程式就只有呼叫MATLAB那一兩次，其實是不差那幾秒的
其實如果只是要數值分析的功能的話，基本上IMSL都有了...
※ 編輯: callmei         來自: 140.112.218.94       (05/17 05:26)
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