我想我开始了解如何将用 C/C++ 编写的函数链接到Mathematica。我面临的问题是我不知道如何将错误消息从我的 C 包装器发送到 Mathematica。在谷歌搜索后，我找到了这个MathLink 教程。
第 1.7 节让我了解了如何发送错误消息，但我得到了奇怪的结果。这是我正在使用的代码。
//File cppFunctions.h
#ifndef CPPFUNCTIONS_H
#define CPPFUNCTIONS_H
class Point {
public:
double x, y;
Point(){ x=y=0.0;}
Point(double a, double b): x(a), y(b) {}
};
class Line {
public:
Point p1, p2;
Line(void) {}
Line(const Point &P, const Point &Q): p1(P), p2(Q) {}
double distanceTo(const Line &M, const double &EPS = 0.000001){
double x21 = p2.x - p1.x; double y21 = p2.y - p1.y;
double x43 = M.p2.x - M.p1.x; double y43 = M.p2.y - M.p1.y;
double x13 = p1.x - M.p1.x; double y13 = p1.y - M.p1.y;
double den = y43*x21 - x43*y21;
if (den*den < EPS) return -INFINITY;
double numL = (x43*y13 - y43*x13)/den;
double numM = (x21*y13 - y21*x13)/den;
if (numM < 0 || numM > 1) return -INFINITY;
return numL;
}
};
#endif
文件 cppFunctions.h 声明了类Point和Line. 除了我想在Mathematica中使用的函数之外，我已经将这个类剥离到了最简单的部分。我想找到从一条线到另一条线的距离。这个函数是MathematicalineInt中线框的 C 版本。要在Mathematica中使用此函数，我们需要一个包装函数，该函数从Mathematica获取输入并将输出发送回Mathematica。
//mlwrapper.cpp
#include "mathlink.h"
#include <math.h>
#include "cppFunctions.h"
void ML_GetPoint(Point &P){
long n;
MLCheckFunction(stdlink, "List", &n);
MLGetReal64(stdlink, &P.x);
MLGetReal64(stdlink, &P.y);
}
void ML_GetLine(Line &L){
long n;
MLCheckFunction(stdlink, "List", &n);
ML_GetPoint(L.p1);
ML_GetPoint(L.p2);
}
double LineDistance(void) {
Line L, M;
ML_GetLine(L);
ML_GetLine(M);
return L.distanceTo(M);
}
int main(int argc, char* argv[]) {
return MLMain(argc, argv);
}
我创建了两个辅助函数：ML_GetPoint并ML_GetLine帮助我从Mathematica获取输入。一行是从包含两个列表的列表中获得的。每个子列表是 2 个实数（一个点）的列表。要在 Mathematica 中尝试此功能，我们需要更多文件。
//mlwrapper.tm
double LineDistance P((void));
:Begin:
:Function: LineDistance
:Pattern: LineDistance[L_List, M_List]
:Arguments: {L, M}
:ArgumentTypes: {Manual}
:ReturnType: Real
:End:
:Evaluate: LineDistance::usage = "LineDistance[{{x1,y1}, {x2,y2}}, {{x3,y3}, {x4,y4}}] gives the distance between two lines."
:Evaluate: LineDistance::mlink = "There has been a low-level MathLink error. The message is: `1`"
该文件指出函数 LineDistance 将手动获取参数并返回一个实数。最后两行很重要。第一个Evaluate声明usage函数的。?LineDistance当输入到Mathematica时，它会给出关于函数的简短信息。另一个Evaluate是我希望在出现错误时使用的那个（稍后会详细介绍）。
#Makefile
VERSION=8.0
MLINKDIR = .
SYS = MacOSX-x86-64
CADDSDIR = /Applications/Mathematica.app/SystemFiles/Links/MathLink/DeveloperKit/CompilerAdditions
INCDIR = ${CADDSDIR}
LIBDIR = ${CADDSDIR}
MPREP = ${CADDSDIR}/mprep
RM = rm
CXX = g++
BINARIES = mlwrapper
all : $(BINARIES)
mlwrapper : mlwrappertm.o mlwrapper.o
${CXX} -I${INCDIR} mlwrappertm.o mlwrapper.o -L${LIBDIR} -lMLi3 -lstdc++ -framework Foundation -o $@
.cpp.o :
${CXX} -c -I${INCDIR} $<
mlwrappertm.cpp : mlwrapper.tm
${MPREP} $? -o $@
clean :
@ ${RM} -rf *.o *tm.c mlwrappertm.cpp
最后一个文件是 Makefile。至此，我们都准备好在 Mathematica 中测试该函数了。
我之前应该提到我使用的是 Mac OS X，我不确定这将如何在 Windows 上运行。在 mlwrapper.cpp 中，主函数需要更多代码，您可以在Mathematica提供的示例之一中找到这些代码。
在终端我知道这样做：
make > makelog.txt
make clean
这使得可执行文件mlwrapper。现在我们可以开始使用 Mathematica：
SetDirectory[NotebookDirectory[]];
link = Install["mlwrapper"];
?LineDistance
Manipulate[
Grid[{{
Graphics[{
Line[{p1, p2}, VertexColors -> {Red, Red}],
Line[{p3, p4}]
},
PlotRange -> 3, Axes -> True],
LineDistance[{p1, p2}, {p3, p4}]
}}],
{{p1, {-1, 1}}, Locator, Appearance -> "L1"},
{{p2, {2, 1}}, Locator, Appearance -> "L2"},
{{p3, {2, -2}}, Locator, Appearance -> "M1"},
{{p4, {2, 3}}, Locator, Appearance -> "M2"}
]
我们得到的输出如下：
只要您输入正确的参数，一切都会正常工作。也就是说，2 个列表，每个列表都是 2 个列表的 2 个双打列表。如果您知道如何让我知道，也许还有另一种获取输入的方法。如果我们坚持这种方法，我们所需要的只是让Mathematica用户知道是否有任何错误。一个非常简单的方法是输入错误。假设我输入了这个：
LineDistance[{{0, 0}, {0}}, {{1, -1}, {1, 1}}]
输出是$Failed。以下情况如何：
LineDistance[{{1, -1}, {1, 1}}]
输出是LineDistance[{{1, -1}, {1, 1}}]。我猜会发生这种情况，因为我们在Pattern第 1 节中描述了.tm该函数接受两个列表，并且由于我们只给出了一个列表，因此它与模式不匹配。这是真的？
无论如何，按照我找到的教程，让我们修改文件 mlwrapper.cpp 如下：
#include "mathlink.h"
#include <math.h>
#include <string>
#include "cppFunctions.h"
bool ML_Attempt(int func, const char* err_tag){
if (!func) {
char err_msg[100];
sprintf(err_msg, "Message[%s,\"%.76s\"]", err_tag, MLErrorMessage(stdlink));
MLClearError(stdlink); MLNewPacket(stdlink); MLEvaluate(stdlink, err_msg);
MLNextPacket(stdlink); MLNewPacket(stdlink); MLPutSymbol(stdlink, "$Failed");
return false;
}
return true;
}
void ML_GetPoint(Point &P){
long n;
if(!ML_Attempt(MLCheckFunction(stdlink, "List", &n), "LineDistance::mlink2"))return;
if(!ML_Attempt(MLGetReal64(stdlink, &P.x), "LineDistance::mlink3")) return;
if(!ML_Attempt(MLGetReal64(stdlink, &P.y), "LineDistance::mlink4")) return;
}
void ML_GetLine(Line &L){
long n;
if(!ML_Attempt(MLCheckFunction(stdlink, "List", &n), "LineDistance::mlink1"))return;
ML_GetPoint(L.p1);
ML_GetPoint(L.p2);
}
double LineDistance(void) {
Line L, M;
ML_GetLine(L);
ML_GetLine(M);
return L.distanceTo(M);
}
int main(int argc, char* argv[]) {
return MLMain(argc, argv);
}
并将以下内容添加到 mlwrapper.tm 文件的末尾
:Evaluate: LineDistance::mlink1 = "There has been a low-level MathLink error. The message is: `1`"
:Evaluate: LineDistance::mlink2 = "There has been a low-level MathLink error. The message is: `1`"
:Evaluate: LineDistance::mlink3 = "There has been a low-level MathLink error. The message is: `1`"
:Evaluate: LineDistance::mlink4 = "There has been a low-level MathLink error. The message is: `1`"
现在让我们使用 make 并尝试在 Mathematica 中犯一些错误。
我正在发布输出的屏幕截图，而不是编写所有内容。
注意我们重复调用后如何得到不同的错误。似乎该函数在遇到错误后继续在该行。如果我不使用函数中的任何其他 ML 函数，ML_Attempt而我只使用MLEvaluate发送错误标签，则 MathLink 已损坏，我必须重新安装链接。有谁知道如何从 C向Mathematica发送错误消息？
更新：
根据已经给出的答案和另一个有用的文件（第 8 章），我设法使它工作。代码目前不是很漂亮，但这让我问了以下问题。是否可以提前终止功能？在常规的 C 程序中，如果我遇到错误，我会打印错误消息并使用该exit函数。我们可以做类似的事情吗？如果我们使用该exit功能，链接将被破坏，我们将不得不重新安装该功能。以函数ML_GetPoint和ML_GetLine为例。如果这里发生错误，那么在 main 函数中进行计算就没有意义了LineDistance。我们需要清除我们获得的任何错误，向 Mathematica 发送一条指定错误的消息，现在退出并等待下一次调用。
