MATLAB调用C程序

uperrua

! [- k+ M. z. }) M) X' i1 v4 d' I  e通过把耗时长的函数用c语言实现，并编译成mex函数可以加快执行速度。

Matlab本身是不带c语言的编译器的，所以要求你的机器上已经安装有VC,BC或Watcom C中的一种。
% h$ G0 ?8 A8 h0 k; |7 K0 O6 t1 M4 B
如果你在安装Matlab时已经设置过编译器，那么现在你应该就可以使用mex命令来编译c语言的程序了。
& Q' z/ G2 h: @9 p4 u, C- ]
: K0 W- ^0 {, n如果当时没有选，就在Matlab里键入mex -setup，下面只要根据提示一步步设置就可以了。

8 s7 H( v' t9 i7 W0 u  p. B
# J4 C: A" R7 z$ Q8 ]
为了测试你的路径设置正确与否，把下面的程序存为hello.c。

+ z& E' a/ H! v! `?
+ Y3 w2 h  ~0 _3 m/*hello.c*/
+ f% x  U& {8 [+ m0 X#include "mex.h"
4 s2 B1 q5 B+ Q# ]* x( Z# k) tvoid mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
1 ^, F3 X4 w2 y* K0 G5 c{ mexPrintf("hello,world!/n");
}
假设你把hello.c放在了C:/TEST/下，在Matlab里用CD C:/TEST/ 将当前目录改为C:/ TEST/（注意，仅将C:/TEST/加入搜索路径是没有用的）。现在敲：
mex hello.c
如果一切顺利，编译应该在出现编译器提示信息后正常退出。如果你已将C:/TEST/加入了搜索路径，现在键入hello，程序会在屏幕上打出一行：
hello,world!
4 z: `! M2 V9 ]
. f9 t3 t: @8 J! M5 s3 B9 ?整个程序由一个接口子过程 mexFunction构成。
) p5 U$ R: P7 Z, N7 V& N+ ^$ vvoid mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
前面提到过，Matlab的mex函数有一定的接口规范，就是指这
2 Q9 e7 p* a' u& q/ o7 G1 b! w" xnlhs：输出参数数目
( i" J# a5 ~/ V1 dplhs：指向输出参数的指针
nrhs：输入参数数目
  c* B: D# }  E( z例如，使用
# c# ]0 ]* D# T3 g" G" d0 N[a,b]=test(c,d,e)
, }( I' W% m$ r% ~5 f调用mex函数test时，传给test的这四个参数分别是
      2，plhs，3，prhs
' H6 i, [6 a7 x9 b7 P  \其中：
0 g; X; u/ N+ s$ v, @prhs[0]=c
prhs[1]=d
prhs[2]=e
当函数返回时，将会把你放在plhs[0]，plhs[1]里的地址赋给a和b，达到返回数据的目的。  
7 j) E/ R0 S/ _细心的你也许已经注意到，prhs和plhs都是指向类型mxArray类型数据的指针。 这个类型是在mex.h中定义的，事实上，在Matlab里大多数数据都是以这种类型存在。当然还有其他的数据类型，可以参考Apiguide.pdf里的介绍。
% Q& g7 v9 [/ e( e6 g4 |+ W


/ o) X' V( {# G7 K/ v7 U1 X' y//hello.c 2.0
#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
{
% D2 y7 a0 q$ ^) Rint i;
i=mxGetScalar(prhs[0]);
! n3 p# k: b$ w, ]; Dif(i==1)
. s+ O% w9 L: |" m  mexPrintf("hello,world!/n");
" `' \" @8 t; \1 H2 lelse
  mexPrintf("大家好！/n");
! G' `$ }8 t' U4 \( ]8 q/ M}
% y: Q% ~. j5 J% W" c' Z
. F( D* r5 z1 B4 y4 i5 ?1 o
$ f) j( G3 H3 q- D% L* Z+ K+ y$ I+ H将这个程序编译通过后，执行hello(1),屏幕上会打出： hello,world!
而hello(0)将会得到： 大家好！
* o7 T8 ?8 j- P6 X2 j( Q
0 f7 Z/ ^; }: |: N  o+ f用到了一个函数：mxGetScalar，调用方式如下：
, S: u8 W: |1 C; b: ?   i=mxGetScalar(prhs[0]);
"Scalar"就是标量的意思。在Matlab里数据都是以数组的形式存在的，mxGetScalar的作用就是把通过prhs[0]传递进来的mxArray类型的指针指向的数据（标量）赋给C程序里的变量。这个变量本来应该是double类型的，通过强制类型转换赋给了整形变量i。
! `, z* I4 l6 B" _* `+ }. m( J! ^
9 ~" G# p2 w# u/ K: q
$ a- `1 H) U2 \- K5 [: v- K
8 H' I: l3 z* Y//hello.c 2.1
#include "mex.h"
. E- E6 u# L& a. ~1 g1 `; g% o3 [void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],
int nrhs, const mxArray *prhs[])
{
% H6 F% p! u; D4 ]  P7 ?' U* w/ ~int *i;
i=mxGetPr(prhs[0]);
if(i[0]==1)
  mexPrintf("hello,world!/n");
else
  mexPrintf("大家好！/n");
}


5 n. q6 Q; ~9 M
这样，就通过mxGetPr函数从指向mxArray类型数据的prhs[0]获得了指向double类型的指针。
但是，还有个问题，如果输入的不是单个的数据，而是向量或矩阵，那该怎么处理呢 ？通过mxGetPr只能得到指向这个矩阵的指针，如果我们不知道这个矩阵的确切大小，就
没法对它进行计算。
* {: ^/ [2 s& f6 h+ m为了解决这个问题，Matlab提供了两个函数mxGetM和mxGetN来获得传进来参数的行数 和列数。下面例程的功能很简单，就是获得输入的矩阵，把它在屏幕上显示出来：

4 D7 P" k' M/ Y9 V! E8 l
//show.c 1.0
#include "mex.h"
#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
+ g) m, V3 Q+ n7 d{
% E( d5 y/ ]7 k: Y) @, Ddouble *data;
4 X% t( ]7 N' `3 W% }int M,N;
int i,j;
data=mxGetPr(prhs[0]); //获得指向矩阵的指针
: t! G+ a0 F) Y, D6 r  zM=mxGetM(prhs[0]); //获得矩阵的行数
0 i& O5 H% u- v0 M) I) C2 z$ sN=mxGetN(prhs[0]); //获得矩阵的列数
0 ~6 ?6 l+ |8 ]  E: [. N3 t+ j; Efor(i=0;i<M;i++)
{   for(j=0;j<N;j++)
8 K; S+ r' W! M7 K" ?  P* U* {# |! L     mexPrintf("%4.3f  ",data[j*M+i]);
% G' ~0 a3 ^# p5 q$ \9 {$ F, V     mexPrintf("/n");
6 y* l/ S7 d2 q9 w# Z  }
: |" O6 ?9 O% m3 L( ~}

  ], i" P. n6 e/ p- o* l7 w& L% h* h

* h* v" a- r+ Y& A# @编译完成后，用下面的命令测试一下：
" F5 R( U+ G7 C6 e% @1 o  a=1:10;
9 S+ x! y+ _# Q9 T  w* E: X! X  b=[a;a+1];
; ?. w/ g) i; c0 V- t2 r7 Z  show(a)
' V9 O& @! w2 l/ G& q. L* t+ J  show(b)
: W0 s* E* f/ n4 _/ r, e需要注意的是，在Matlab里，矩阵第一行是从1开始的，而在C语言中，第一行的序数为零，Matlab里的矩阵元素b(i,j)在传递到C中的一维数组大data后对应于data[j*M+i] 。
$ t2 I8 [6 _4 [$ u: x+ x7 b输入数据是在函数调用之前已经在Matlab里申请了内存的，由于mex函数与Matlab共用同一个地址空间，因而在prhs[]里传递指针就可以达到参数传递的目的。但是，输出参数却需要在mex函数内申请到内存空间，才能将指针放在plhs[]中传递出去。由于返回指针类型必须是mxArray，所以Matlab专门提供了一个函数：mxCreateDoubleMatrix来实现内存的申请，函数原型如下：
, I3 c6 N4 O: E! ]! ^# _   mxArray *mxCreateDoubleMatrix(int m, int n, mxComplexity ComplexFlag)
   m：待申请矩阵的行数
   n：待申请矩阵的列数
2 v, E8 F* y) ]) Q, c为矩阵申请内存后，得到的是mxArray类型的指针，就可以放在plhs[]里传递回去了。但是对这个新矩阵的处理，却要在函数内完成，这时就需要用到前面介绍的mxGetPr。使用 mxGetPr获得指向这个矩阵中数据区的指针（double类型）后，就可以对这个矩阵进行各种操作和运算了。下面的程序是在上面的show.c的基础上稍作改变得到的，功能是将输  

4 G8 r( q% F; N/ ?, U, |

) o5 j& A) m4 M
//reverse.c 1.0
#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],
    int nrhs, const mxArray *prhs[])
. l" V9 J: ^5 K{
double *inData;
double *outData;
int M,N;
! e3 g. N7 r. d$ Pint i,j;
/ ]# s4 Z: y/ H6 l& \8 uinData=mxGetPr(prhs[0]);
M=mxGetM(prhs[0]);
N=mxGetN(prhs[0]);
plhs[0]=mxCreateDoubleMatrix(M,N,mxREAL);
  P5 h% x2 X$ R3 YoutData=mxGetPr(plhs[0]);
. J# \, X8 ?- J6 Y% e" d& |# xfor(i=0;i<M;i++)
  for(j=0;j<N;j++)
   outData[j*M+i]=inData[(N-1-j)*M+i];
}

- h7 ]1 c) [0 L* y: R

当然，Matlab里使用到的并不是只有double类型这一种矩阵，还有字符串类型、稀疏矩阵、结构类型矩阵等等，并提供了相应的处理函数。本文用到编制mex程序中最经常遇到的一些函数，其余的详细情况清参考Apiref.pdf。
6 K3 t# p( y7 o# c1 e3 j通过前面两部分的介绍，大家对参数的输入和输出方法应该有了基本的了解。具备了这些知识，就能够满足一般的编程需要了。但这些程序还有些小的缺陷，以前面介绍的re由于前面的例程中没有对输入、输出参数的数目及类型进行检查，导致程序的容错性很差，以下程序则容错性较好

5 F4 V# ^2 V+ I. y
$ d# }3 l+ x) Y4 v) T( N) }* Z( f#include "mex.h"
- Q5 u+ u8 L. ?' w# K7 Y% Dvoid mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],  int nrhs, const mxArray *prhs[])
{
7 N6 T( E" O- I# U- Qdouble *inData;
double *outData;
int M,N;
  ~! k/ n8 @2 n4 D//异常处理
, z' d/ \: ?. @4 o2 t9 a! a//异常处理
' `% K! p1 Y6 ?' uif(nrhs!=1)
% b2 Q8 b4 m" X+ _5 @9 g  I4 ]    mexErrMsgTxt("USAGE: b=reverse(a)/n");
3 |# E9 t; n' T  G, K  if(!mxIsDouble(prhs[0]))
   mexErrMsgTxt("the Input Matrix must be double!/n");
   inData=mxGetPr(prhs[0]);
   M=mxGetM(prhs[0]);
   N=mxGetN(prhs[0]);
   plhs[0]=mxCreateDoubleMatrix(M,N,mxREAL);
7 E7 ]+ r2 x- `  v) W  I6 e8 u/ _   outData=mxGetPr(plhs[0]);
   for(i=0;i<M;i++)
2 k, i9 @( S: t     for(j=0;j<N;j++)
7 ]8 J3 w# E9 f6 z     outData[j*M+i]=inData[(N-1-j)*M+i];
$ f, a; P+ ]' H: H3 ]  }



" l, S$ t6 k6 y& K, j在上面的异常处理中，使用了两个新的函数：mexErrMsgTxt和mxIsDouble。MexErrMsgTxt在给出出错提示的同时退出当前程序的运行。MxIsDouble则用于判断mxArray中的数据是否double类型。当然Matlab还提供了许多用于判断其他数据类型的函数，这里不加详述。
/ B% D2 W* F0 X  }: N2 h需要说明的是，Matlab提供的API中，函数前缀有mex-和mx-两种。带mx-前缀的大多是对mxArray数据进行操作的函数，如mxIsDouble,mxCreateDoubleMatrix等等。而带mx前缀的则大多是与Matlab环境进行交互的函数，如mexPrintf，mxErrMsgTxt等等。了解了这一点，对在Apiref.pdf中查找所需的函数很有帮助。
至此为止，使用C编写mex函数的基本过程已经介绍完了。
% l' p% E% }- L3 v; w1 _
, |# ?6 \, P( s4 g- W+ Y% U$ ?

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MATLAB调用C程序