c – Mathematica：MathLink错误消息

分类：C&C++作者：编程之家用户
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,我发现这个 MathLink Tutorial.

第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Point和Line类.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lineInt的C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,&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声明了函数的用法.当在Lineheistance输入Mathematica时,它会给出关于函数的简短消息.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.此时我们都准备在Mathematica中测试该功能.

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了：

SetDirectory[NotebookDirectory[]];
link = Install["mlwrapper"];
?LineDistance
Manipulate[
 Grid[{{
    Graphics[{
      Line[{p1,p2},VertexColors -> {Red,Red}],Line[{p3,p4}]
    },PlotRange -> 3,Axes -> True],LineDistance[{p1,{p3,p4}]
  }}],{{p1,{-1,1}},Locator,Appearance -> "L1"},{{p2,{2,Appearance -> "L2"},{{p3,-2}},Appearance -> "M1"},{{p4,3}},Appearance -> "M2"}

]

我们获得的输出如下：

只要输入正确的参数,一切正常.也就是说,2个列表,每个列表是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}}]

输出是$Failed.以下怎么样：

LineDistance[{{1,1}}]

输出是LineDistance [{{1,1}}].我猜这是因为我们在.tm的Pattern部分描述了函数接受两个列表,因为我们只给了一个它与模式不匹配.这是真的？

无论如何,按照我发现的教程,我们可以修改文件mlwrapper.cpp,如下所示：

#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,&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,"LineDistance::mlink1"))return;
    ML_GetPoint(L.p1);
    ML_GetPoint(L.p2);
}
double LineDistance(void) {
    Line L,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.

我发布的是什么输出的截图,而不是写一切.

请注意我们在重复调用后如何获得不同的错误.似乎在遇到错误后该函数在该行继续.如果我不使用函数ML_Attempt中的任何其他ML函数,并且我只使用MLEvaluate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？

更新：

根据已经给出的答案和另一个有用的document(第8章),我设法使其工作.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退出功能.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ML_GetPoint和ML_GetLine为例.如果此处发生错误,则在主函数LineDistance中进行计算的过程中没有任何意义.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.

解决方法

作为@ragfield解决方案的替代方法,您可以将函数声明为void并手动返回结果.这是一个基于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,并且为C代码中检测到的一些内部错误保存错误消息的选项(我实际上更进一步并返回到Mathematica只是将错误代码作为整数或字符串,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,2);
                MLPutInteger(stdlink,i+i1);
                MLPutInteger(stdlink,j+j1);
            MLPutFunction(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,2);
        MLPutFunction(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,l1 }
:ArgumentTypes:  { Manual }
:ReturnType:     Manual
:End:

:Evaluate: AddEight::usage = "AddEight[{{i_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}}]
:Arguments:      { Flatten[{fst,sec}]}
:ArgumentTypes:  { Manual }
:ReturnType:     Manual
:End:

:Evaluate: AddAll::usage = "AddAll[{{i_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"

例子：

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

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

Out[9]= $Failed

In[10]:= AddAll[{{1,8}}]
Out[10]= 36

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

Out[11]= $Failed

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