MATLAB调用C程序

uperrua

! o+ x: ^. Z- ~$ `$ K% O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。
1 A5 k" z: q/ i5 r
  a* H) ?2 U. _! f0 Z  \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。
/ H2 ^/ v' H+ |$ f9 Y& 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。

, F! Q9 S  Z8 S6 N9 `* V  v! O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。



为了测试你的路径设置正确与否，把下面的程序存为hello.c。
' h0 V- o, T; O3 v" |; [
& q8 D, S: W/ o# W* C?
/*hello.c*/
7 x) l3 C# Q8 d#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
1 i/ B2 q3 n2 s" U; |+ ]{ mexPrintf("hello,world!/n");
# G! y' n" C9 t0 A6 t1 m' }" R}
' l/ B4 Z7 \* i: H) v1 O+ W 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
( l! V! W5 Z" `% w3 z# B7 O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：
' r/ p- g1 o# q, \+ q5 H; g0 ~hello,world!
6 v& ~  h* B$ k1 a
整个程序由一个接口子过程 mexFunction构成。
4 O1 G. @, i% y8 Cvoid 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
$ W" f! O" ^- B$ Tnlhs：输出参数数目
+ Y. x- p5 y! j% h' @" c6 F% `& U) ]plhs：指向输出参数的指针
8 w7 \( p0 J9 Znrhs：输入参数数目
8 O' a& o4 X; M8 k) q7 K4 e+ A例如，使用
[a,b]=test(c,d,e)
调用mex函数test时，传给test的这四个参数分别是
      2，plhs，3，prhs
" j& D" e; o* _0 P7 `* P其中：
/ Z/ J% D! r: \# e2 ~  eprhs[0]=c
# ~( }( m( y% O/ j% v- l) Nprhs[1]=d
( `6 g0 k/ J2 rprhs[2]=e
# b) B6 E1 M8 s$ c; @: _7 N! l& z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。  
) Q8 T+ _- e6 L6 J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。
8 g" v' K" o# O8 T6 K

2 A! y2 ]6 d% a/ f) r
//hello.c 2.0
% S" D& k, K5 [( H#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
. m7 P5 c4 B( R) e/ R{
: z2 C1 [  F9 Rint i;
i=mxGetScalar(prhs[0]);
if(i==1)
  mexPrintf("hello,world!/n");
( p1 Y  J% q( y. D1 ?" G1 a8 }; belse
  mexPrintf("大家好！/n");
}


( u2 ]& _& ~. g5 S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！

用到了一个函数：mxGetScalar，调用方式如下：
   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。
- N6 ^( C) e" J, k+ c3 r
0 K8 [/ r6 {! [) `6 Y) @6 @" F
: t. G8 R5 N$ t' r# x# W- l
//hello.c 2.1
" E( l, G* c) j! H% R. P5 G#include "mex.h"
# q- @  T3 S: V* Jvoid mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],
int nrhs, const mxArray *prhs[])
0 R, c) o; _: l& h7 o{
int *i;
i=mxGetPr(prhs[0]);
  G* V( ~( P$ r' dif(i[0]==1)
  mexPrintf("hello,world!/n");
* f3 y' w7 r( velse
" c5 B( l& O5 t3 n2 m" R  mexPrintf("大家好！/n");
; e: T' J+ F1 S" }}


! Y+ z9 \0 I4 r, X4 ?
* w- B6 V4 H  ^$ k" H- k! ~( v8 _6 x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
- X+ ?' o4 g; ?! k  h没法对它进行计算。
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：


7 Z  B" C, W( n' f; G//show.c 1.0
4 l' ^. Y  H5 i7 ^1 h, j  P% r#include "mex.h"
: C7 F4 r9 a, Q* l- B% u, U6 v% i" N3 o% |#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
. J2 i0 S* }4 E{
1 _& ~* P- r4 F, D, adouble *data;
int M,N;
int i,j;
; U( ?; [8 v$ g( Z) m( W/ kdata=mxGetPr(prhs[0]); //获得指向矩阵的指针
8 g5 g0 H6 N5 F3 i$ U# dM=mxGetM(prhs[0]); //获得矩阵的行数
N=mxGetN(prhs[0]); //获得矩阵的列数
' p/ M& K, x( I- @. m' pfor(i=0;i<M;i++)
: s8 j) H3 C+ p( d% b% G+ z9 m{   for(j=0;j<N;j++)
     mexPrintf("%4.3f  ",data[j*M+i]);
     mexPrintf("/n");
; J! P# B  {, Z+ \/ v  }
2 P0 \' h0 h) t! ~3 ^}


* n+ p) V* t. L0 Y& y* r# U! \- w
# F$ V  [/ e( X& i% ?2 {编译完成后，用下面的命令测试一下：
6 z0 H! {0 D% v1 l  a=1:10;
' i. g) [0 D1 X8 p% H  b=[a;a+1];
  show(a)
  show(b)
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] 。
: H; S$ ]/ q" d0 T% s0 W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：
* i. M& g* ?8 g/ S& n! Z   mxArray *mxCreateDoubleMatrix(int m, int n, mxComplexity ComplexFlag)
   m：待申请矩阵的行数
) [; v  ?: r( g   n：待申请矩阵的列数
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  



- L4 N6 c& `6 y- ^& i$ N  b
//reverse.c 1.0
$ g6 B% }: t( i3 C* `+ `#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],
    int nrhs, const mxArray *prhs[])
+ b0 x( C: c6 k" I( i{
* S. M1 u+ _1 ?! Q. I: G6 D, adouble *inData;
9 C% {- R* ]+ N0 D- s' L0 o. gdouble *outData;
int M,N;
4 |" I! N8 G7 k0 Iint i,j;
inData=mxGetPr(prhs[0]);
( J  ?2 R: n- q8 L" S' |; _M=mxGetM(prhs[0]);
: @2 {6 c) H4 v" aN=mxGetN(prhs[0]);
3 S4 m) n3 P9 o/ Y4 p" Zplhs[0]=mxCreateDoubleMatrix(M,N,mxREAL);
# y1 b' O  m: A5 AoutData=mxGetPr(plhs[0]);
for(i=0;i<M;i++)
  for(j=0;j<N;j++)
' S9 v4 o6 k% _; f   outData[j*M+i]=inData[(N-1-j)*M+i];
5 o& e5 K2 u8 \2 r5 _4 ^}
6 N! J! S; y, w) j" M

" }' j' f9 T9 ]7 e# q# N
2 H- b' G$ `0 k5 ~0 l* {3 m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。
+ P: j! m1 F$ E( h* H" y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
. F9 A; K1 Q8 T4 w/ Y

#include "mex.h"
: S' D$ y: D4 E  E: P  v( gvoid mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],  int nrhs, const mxArray *prhs[])
" [/ E# e5 j6 R1 E. v% _/ {( a{
double *inData;
* [! r) l5 n" p3 v. ~$ z+ ddouble *outData;
int M,N;
9 j. ?2 D8 @. O: v8 i//异常处理
//异常处理
if(nrhs!=1)
0 t+ i; E' c7 j3 l    mexErrMsgTxt("USAGE: b=reverse(a)/n");
1 e  Q5 z0 t" B! C  if(!mxIsDouble(prhs[0]))
   mexErrMsgTxt("the Input Matrix must be double!/n");
6 l9 S( f5 J, A* y# i) e  j6 g7 x   inData=mxGetPr(prhs[0]);
   M=mxGetM(prhs[0]);
* b( P1 W* f: \' `   N=mxGetN(prhs[0]);
( j. S" Y5 [8 a: d2 p1 ^# @   plhs[0]=mxCreateDoubleMatrix(M,N,mxREAL);
, s# j- B5 j( Q   outData=mxGetPr(plhs[0]);
9 p! x$ L! u. P" ?' M1 `   for(i=0;i<M;i++)
5 I  N% m9 x. `+ F& ^( @4 U( T     for(j=0;j<N;j++)
* C) {1 @7 v1 E( t/ [     outData[j*M+i]=inData[(N-1-j)*M+i];
  }
, q" J+ |8 [" V# f5 L
. j/ a: R- |/ t5 D! i

! h2 S, F# `' X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。
( Q# |  H% J% j& t- ^' f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。
' z( X! T% Y8 y- u, ~至此为止，使用C编写mex函数的基本过程已经介绍完了。

, _3 x. ~8 R3 \  R1 V# b4 c

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MATLAB调用C程序