Question

我想我开始理解如何将用C / C ++编写的函数链接到 Mathematica 。我面临的问题是我不知道如何从我的C包装器向Mathematica发送错误消息。在谷歌搜索后，我发现了MathLink Tutorial。

1.7节给了我一个关于如何发送错误消息的见解，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minium。我想找到从一条线到另一条线的距离。此函数是wireframes in Mathematica中{C}的lineInt版本。要在 Mathematica 中使用此函数，我们需要一个包装函数，它从 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和ML_GetLine，以帮助我从 Mathematica 获取输入。从包含两个列表的列表中获取一行。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`"

此文件声明函数LineDistance将手动获取参数并返回实数。最后两行很重要。第一个Evaluate声明函数的usage。当?LineDistance输入 Mathematica 时，它会给出关于该功能的简短消息。另一个Evaluate是我希望在出现错误时使用的（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。此时我们都准备在Mathematica中测试函数。

我之前应该提到我使用的是Mac OS X，我不确定它在Windows上是如何工作的。在mlwrapper.cpp中，main函数需要更多代码，您可以在 Mathematica 提供的示例中找到它们。

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"}

我们获得的输出如下：

Output

只要输入正确的参数，一切正常。也就是说，2个列表，每个列表包含2个双打的2个列表。如果你知道怎么请让我知道，也许还有另一种获取输入的方法。如果我们坚持使用这种方法，我们需要的是一种让 Mathematica 用户知道是否有任何错误的方法。一个非常简单的输入是错误的输入。让我们说我输入：

LineDistance[{{0, 0}, {0}}, {{1, -1}, {1, 1}}]

输出为$Failed。如下：

LineDistance[{{1, -1}, {1, 1}}]

输出为LineDistance[{{1, -1}, {1, 1}}]。我猜这是因为我们在Pattern的{{1}}部分描述了该函数接受了两个列表，因为我们只给了一个它与模式不匹配。这是真的吗？

在任何情况下，按照我发现的教程，我们可以修改文件mlwrapper.cpp，如下所示：

.tm

并将以下内容添加到mlwrapper.tm文件的末尾

#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);
}

现在让我们使用make并尝试在Mathematica中犯一些错误。

我发布了一个输出截图，而不是写一切。

Output

请注意我们在重复调用后如何获得不同的错误。似乎在遇到错误后函数在该行继续。如果我不使用函数: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`"中的任何其他ML函数，我只使用ML_Attempt发送错误标记，那么MathLink就会被破坏，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？

UPDATE：

根据已经给出的答案和另一个有用的document（第8章），我设法使其发挥作用。目前代码不是那么漂亮，但这让我问下面的问题。是否可以提前终止功能？在常规C程序中，如果遇到错误，我会打印错误消息并使用MLEvaluate函数。我们可以做类似的事吗？如果我们使用exit函数，链接将被破坏，我们将不得不重新安装该函数。以功能exit和ML_GetPoint为例。如果此处发生错误，则在主函数ML_GetLine中执行计算的过程没有意义。我们需要清除我们获得的任何错误，向Mathematica发送一条消息，指定错误，暂时退出并等待下一个调用。

Answer 1

这样的事情通常对我有用：

void putMessage(const char* messageSymbol, const char* messageTag, const char* messageParam)
{
    MLNewPacket(stdlink);
    MLPutFunction(stdlink, "EvaluatePacket", 1);

    MLPutFunction(stdlink, "Message", 2);
        MLPutFunction(stdlink, "MessageName", 2);
            MLPutSymbol(stdlink, messageSymbol);
            MLPutString(stdlink, messageTag);

        MLPutString(stdlink, messageParam);

    MLFlush(stdlink);
    MLNextPacket(stdlink);
    MLNewPacket(stdlink);
}

你仍然需要返回一个结果，例如

MLPutSymbol(stdlink, "$Failed");

Answer 2

作为@ragfield解决方案的替代方案，您可以将函数声明为void并手动返回结果。以下是基于addTwo标准示例的示例。这是模板：

void addtwo P(( int, int));

:Begin:
:Function:       addtwo
:Pattern:        AddTwo[i_Integer, j_Integer]
:Arguments:      { i, j }
:ArgumentTypes:  { Integer, Integer }
:ReturnType:     Manual
:End:

:Evaluate: AddTwo::usage = "AddTwo[x, y] gives the sum of two machine 
    integers x and y."
:Evaluate: AddTwo::badargs = "Arguments are expected to be positive numbers"

和功能：

void addtwo( int i, int j) {
    if(i>0&&j>0){
        MLPutInteger(stdlink,i+j);
    }else{
        MLPutFunction(stdlink,"CompoundExpression",2);
            MLPutFunction(stdlink,"Message",1);
                MLPutFunction(stdlink,"MessageName",2);
                    MLPutSymbol(stdlink,"AddTwo");
                    MLPutString(stdlink,"badargs");
            MLPutSymbol(stdlink,"$Failed");
    }
}

以下是使用示例：

In[16]:= AddTwo[1,2]
Out[16]= 3

In[17]:= AddTwo[-1,2]
During evaluation of In[17]:= AddTwo::badargs: Arguments are expected 
to be positive numbers

Out[17]= $Failed

这是一种更高级别的“高级”方式，这样您就不必明确处理数据包了。

但是，我觉得输入参数的完整错误检查最好通过适当的模式在Mathematica端执行，并为C代码中检测到的一些内部错误保存错误消息的选项（我实际上更进一步返回Mathematica只是错误代码为整数或字符串，让更高级别的mma包装器处理它们并发出消息）。您可以将这些模式放在模板文件中，也可以将MathLink Mathematica函数包装到另一个执行错误检查的函数中。我对Mathlink的经验非常有限，所以我在这里的观点也许并不重要。

编辑

评论中的每个请求（虽然我不确定我是否正确理解了请求）：

extern void addeight( void );
extern void addall(void);

static void putErrorMessageAndReturnFailure(const char *fname, const char *msgtag);

void addeight(void)
{
    int i,j,k,l,i1,j1,k1,l1;
    MLGetInteger(stdlink,&i);
    MLGetInteger(stdlink,&j);
    MLGetInteger(stdlink,&k);
    MLGetInteger(stdlink,&l);
    MLGetInteger(stdlink,&i1);
    MLGetInteger(stdlink,&j1);
    MLGetInteger(stdlink,&k1);
    MLGetInteger(stdlink,&l1);

    if(i<0||j<0||k<0||l<0||i1<0||j1<0||k1<0||l1<0){
        putErrorMessageAndReturnFailure("AddEight","badargs");              
    }else{
            MLPutFunction(stdlink,"List",2);
            MLPutFunction(stdlink,"List",2);
                MLPutInteger(stdlink,i+i1);
                MLPutInteger(stdlink,j+j1);
            MLPutFunction(stdlink,"List",2);
                MLPutInteger(stdlink,k+k1);
                MLPutInteger(stdlink,l+l1);
    }   
}

void addall(){
    int *data, len, i = 0,sum = 0;
    if(!MLGetIntegerList(stdlink, &data, &len)){
        putErrorMessageAndReturnFailure("AddAll","interr");
        return;
    }
    for(i=0;i<len;i++){
        if(data[i]<0){
            putErrorMessageAndReturnFailure("AddAll","badargs");
            return;
        }else{
            sum+=data[i];
        }
    }
    MLPutInteger(stdlink,sum);
        MLReleaseInteger32List(stdlink, data, len);
}


static void putErrorMessageAndReturnFailure(const char *fname, const char *msgtag){
    MLPutFunction(stdlink,"CompoundExpression",2);
        MLPutFunction(stdlink,"Message",1);
                MLPutFunction(stdlink,"MessageName",2);
                    MLPutSymbol(stdlink,fname);
                    MLPutString(stdlink,msgtag);
        MLPutSymbol(stdlink,"$Failed");
}

和模板

void addeight P(( ));

:Begin:
:Function:       addeight
:Pattern:        AddEight[{{i_Integer, j_Integer},{k_Integer,l_Integer}},{{i1_Integer,j1_Integer},{k1_Integer,l1_Integer}}]
:Arguments:      { i, j, k ,l, i1,j1,k1,l1 }
:ArgumentTypes:  { Manual }
:ReturnType:     Manual
:End:

:Evaluate: AddEight::usage = "AddEight[{{i_Integer, j_Integer},{k_Integer,l_Integer}}, {{i1_Integer, j1_Integer},{k1_Integer,l1_Integer}}] gives the sum as a list: {{i+i1,j+j1},{k+k1,l+l1}}."

:Evaluate: AddEight::badargs = "Arguments are expected to be positive numbers"


void addall P(( ));

:Begin:
:Function:       addall
:Pattern:        AddAll[fst:{{_Integer, _Integer},{_Integer,_Integer}},sec:{{_Integer, _Integer},{_Integer,_Integer}}]
:Arguments:      { Flatten[{fst,sec}]}
:ArgumentTypes:  { Manual }
:ReturnType:     Manual
:End:

:Evaluate: AddAll::usage = "AddAll[{{i_Integer, j_Integer},{k_Integer,l_Integer}},{{i1_Integer, j1_Integer},{k1_Integer,l1_Integer}}] gives the total sum of elemens of the sub-lists."

:Evaluate: AddAll::badargs = "Arguments are expected to be positive numbers"

:Evaluate: AddAll::interr = "Internal error - error getting the data from Mathematica"

示例：

In[8]:= AddEight[{{1,2},{3,4}},{{5,6},{7,8}}]
Out[8]= {{6,8},{10,12}}

In[9]:= AddEight[{{-1,2},{3,4}},{{5,6},{7,8}}]
During evaluation of In[9]:= AddEight::badargs: Arguments are expected to be positive numbers

Out[9]= $Failed

In[10]:= AddAll[{{1,2},{3,4}},{{5,6},{7,8}}]
Out[10]= 36

In[11]:= AddAll[{{-1,2},{3,4}},{{5,6},{7,8}}]
During evaluation of In[11]:= AddAll::badargs: Arguments are expected to be positive numbers

Out[11]= $Failed

Answer 3

这篇文章适合任何对我编写最终代码感兴趣的人。此代码基于与@Leonid的有用讨论。让我们从实用程序文件开始。

//MLErrors.h
#include <stdarg.h>
#include <vector>
#include <sstream>

#define CCHAR const char*
#define UINT unsigned int
class MLException {
public:
    CCHAR sym;
    CCHAR tag;
    std::vector<std::string> err;
    MLException(CCHAR msgSym, CCHAR msgTag, UINT n, ...): 
    sym(msgSym), tag(msgTag), err(n)
    {
        std::stringstream ss;
        va_list args;
        va_start(args, n);
        for (UINT i=0; i < n; ++i) {
            err[i] = va_arg(args, CCHAR);
            if (err[i][0] == '%') {
                switch (err[i][1]) {
                    case 'i':
                        ss << va_arg(args, int);
                        break;
                    case 'd':
                        ss << va_arg(args, double);
                        break;
                    default:
                        break;
                }
                err[i] = ss.str();
            }
        }
        va_end(args);
    }
};
#undef CCHAR
#undef UINT

void ML_SendMessage(const MLException& e){
    if (MLError(stdlink) != MLEOK) MLClearError(stdlink); 
    MLNewPacket(stdlink); 
    MLPutFunction(stdlink, "EvaluatePacket", 1);
    MLPutFunction(stdlink, "Message", e.err.size()+1);
    MLPutFunction(stdlink, "MessageName", 2);
    MLPutSymbol(stdlink, e.sym);
    MLPutString(stdlink, e.tag);
    for (int i=0; i < e.err.size(); ++i) {
        MLPutString(stdlink, e.err[i].c_str());
    }
    MLFlush(stdlink);
    MLNextPacket(stdlink);
    MLNewPacket(stdlink);
    MLPutSymbol(stdlink, "$Failed");
}

此文件包含MLException类和函数ML_SendMessage。这是一个简单的解释。类型MLException的对象包含2个字符串和一个字符串向量。如果e是MLException，那么e.sym必须是有效的 Mathematica 符号，而e.tag必须是有效标记。我们在模板文件中定义了这个Symbol::tag。如果Symbol::tag包含参数，则它们存储在e.err中。例如，假设您在模板文件中声明了以下内容：

:Evaluate: someSymbol::someTag = "Error, the program encountered: `1`, it needed `2`."

然后，如果有一些原因在C函数中有错误，你可以通过抛出一些消息的异常来离开那里。像这样：

if(ERROR) throw MLException("someSymbol", "someTag", 2, "this", "that");

注意第三个参数是一个整数。这是将在消息中放置的消息数而不是“1”和“2”。这意味着您将在Mathematica中看到的消息是：“错误，程序遇到：这，它需要它。”如果你需要在消息中包含数字，我就这样编写一个字符串后跟一个数字。例如，如果你想写数字100然后写一些其他消息，那么你可以抛出这样的异常：

 if(ERROR) throw MLException("someSymbol", "someTag", 2, "%i", 100, "msg");

如果要包含双精度，请改用“％d”。

ML_sendMessage函数接受异常，清除错误，向 Mathematica 发送消息并放置$Failed。

这是我的模板文件：

//mlwrapper.tm
:Evaluate: BeginPackage["mlwrapper`"]

:Evaluate: EMPH[a_] := ToString[Style[a, "TI"], StandardForm]
:Evaluate: LINK[url_, label_ : Style["\[RightSkeleton]", "SR"]] := ToString[Hyperlink[label, url], StandardForm]
:Evaluate: LineDistance::usage = "LineDistance["<>EMPH["L"]<>", "<>EMPH["M"]<>"] gives the distance between two lines. "<>LINK["#"]

:Evaluate: mlwrapper::mlink = "There has been a low-level MathLink error. The message is: `1`"
:Evaluate: GetPoint::narg = "A point is a list of 2 numbers. A list of `1` elements was passed instead. "<>LINK["#"]
:Evaluate: GetLine::narg = "A line is a list of 2 points. A list of `1` elements was passed instead. "<>LINK["#"]

:Evaluate: EndPackage[]

:Evaluate: Begin["mlwrapper`Private`"]

void LineDistance P((void));
:Begin:
:Function: LineDistance
:Pattern: LineDistance[L_List, M_List]
:Arguments: {L, M}
:ArgumentTypes: {Manual}
:ReturnType: Manual
:End:

:Evaluate: End[]

我决定把它变成一个包。我还声明了函数EMPH和LINK。第一个强调单词，另一个允许我们写超链接。一旦我学会了如何正确记录，我将添加超链接到描述。

现在我们可以用与 Mathematica 相同的方式描述错误：

//mlwrapper.cpp
#include "mathlink.h"
#include "MLErrors.h"
#include <cmath>
#include "cppFunctions.h"

#define MLINKERROR MLException("mlwrapper", "mlink", 1, MLErrorMessage(stdlink))

void ML_GetPoint(Point &P){
    long n = 0;
    MLCheckFunction(stdlink, "List", &n);
    if (n != 2) throw MLException("GetPoint", "narg", 1, "%i", n);
    MLGetReal64(stdlink, &P.x);
    MLGetReal64(stdlink, &P.y);
    if (MLError(stdlink) != MLEOK) throw MLINKERROR;
}
void ML_GetLine(Line &L){
    long n = 0;
    MLCheckFunction(stdlink, "List", &n);
    if (n != 2) throw MLException("GetLine", "narg", 1, "%i", n);
    ML_GetPoint(L.p1);
    ML_GetPoint(L.p2);
}
void LineDistance(void) {
    Line L, M;
    try {
        ML_GetLine(L);
        ML_GetLine(M);
    }
    catch (MLException& e) {
        ML_SendMessage(e);
        return;
    }
    MLPutReal64(stdlink, L.distanceTo(M));
}
int main(int argc, char* argv[]) {
    return MLMain(argc, argv);
}

现在，由于我正在创建一个包，我们需要最后一个文件：mlwrapper.m。在此文件中，我们添加以下行：Install["mlwrapper"];。我们假设可执行文件mlwrapper位于同一目录中。最后，我展示了结果的屏幕截图：

Output

我编写了最后一条语句，以了解异常的开销。我主要想要异常来处理输入的获取以及基于C / C ++函数的return语句的一些其他错误。无论如何，编写一个包装器无异常并没有比异常更好。

所以你有它。另一个如何从 Mathematica 调用C / C ++函数的例子。

我还要感谢@ alexey-popkov给我写EMPH和LINK的想法。这让我很头疼，了解如何格式化我的消息。

Mathematica：MathLink错误消息

UPDATE：

3 个答案: