MATLAB调用C程序

uperrua · 发表于 2020-5-27 16:09

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x

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。

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。

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。

?
/*hello.c*/
#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
{ 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!

整个程序由一个接口子过程 mexFunction构成。
void 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
nlhs：输出参数数目
plhs：指向输出参数的指针
nrhs：输入参数数目
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
其中：
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。
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。 ! R+ l. X9 |' v+ `8 X4 c

& ?+ i+ G7 ?8 V' s( F4 |; C 8 f+ J' e. t& P' f8 t5 n

) V, M4 [5 j: ]+ V//hello.c 2.0 " }" |  z* k! x
#include "mex.h"
; K- h" d* L1 bvoid mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
# S. L  y% P/ a# Y; k{# U; f+ M8 h) f$ v) j3 k2 Z. G( \
int i; . k: n. T4 p: @3 ^# q4 V7 M
i=mxGetScalar(prhs[0]); - k9 r& i. b( z% |9 J. h
if(i==1) : s6 y- S$ M  ^. W7 w3 s  O% g% m
  mexPrintf("hello,world!/n");
2 j' K" I, G2 \" ~# uelse
$ ?: M: F& z% w' G  mexPrintf("大家好！/n");
1 I* q( F- `- z}
* q& u5 c  D4 I8 f: y0 d4 U+ V; _! P3 Q; ^. t

. u, ^' p( D. A  f. e- U将这个程序编译通过后，执行hello(1),屏幕上会打出： hello,world!
; g5 s9 r7 R* a7 f4 }* y- j而hello(0)将会得到：大家好！
+ @" x4 i: G4 N* A/ v; K3 b! F3 {: G4 m  q% o  ~5 W# v
用到了一个函数：mxGetScalar，调用方式如下：
# {7 N* I4 D' _0 D& ]; p, k  o/ k i=mxGetScalar(prhs[0]); 1 l! j: p- |! O: U( D/ O
"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。
& c' C. \+ i$ E$ k9 x* }! E3 K5 L0 B4 V8 x

* Q/ Z/ Q' @1 \  B& S7 h% ?
9 {% Z4 k+ n3 H  ]//hello.c 2.1 ( \) F  U5 n& `2 U8 Q
#include "mex.h" 5 z3 b* Y& N5 m" n0 Y+ z
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], / P% m3 k; t1 g3 ~- `+ q( Z+ p
int nrhs, const mxArray *prhs[])
/ n% L  L7 g) p, s% A; `. Y) q" i# U{ 2 D& E" I4 K0 F' C) @
int *i; 7 ^, F; m/ @, C# n, n
i=mxGetPr(prhs[0]);
8 f7 [* Z+ p% S$ j4 jif(i[0]==1)
& y! U- s! A5 }* m  mexPrintf("hello,world!/n"); 6 H6 L4 V5 ]2 _, z
else
6 g4 Z$ c: H  i4 A4 f  mexPrintf("大家好！/n");
8 _7 w3 Y) u" \6 E}
5 \- i, D0 M% D: p+ J  u) B5 I, b" M3 I6 l! n& R
+ U! ^* I; C: ~+ w0 u( ~  s
8 w! Q1 x6 O; i$ ?
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。
1 n4 e5 s& r0 e) _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
7 f9 r" T, k' m" N( m没法对它进行计算。
) ]$ s  P; Z/ X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： ( v% A+ K' b. c3 Z" i4 C

* t5 o: p1 n* y" W0 {5 o* @3 r6 Y! b% p: r) @
//show.c 1.0 & ?* U$ |0 Q' D7 ?% G* G1 r
#include "mex.h"
4 z( @8 [6 X& P7 _7 t* U  H( x#include "mex.h" 7 P7 p/ R2 z; \9 {" G
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[]) ' S! X) Y) C$ `
{ ( t6 E& g8 Z6 i5 x
double *data;
# @& c5 F: e0 [: Z0 c5 W9 y( c7 u( Rint M,N; / S* L2 r/ S$ u: n6 x: A
int i,j;
' C( P: K; j) g. L6 cdata=mxGetPr(prhs[0]); //获得指向矩阵的指针 - y+ I  x1 T+ u. u/ _+ I/ u: n
M=mxGetM(prhs[0]); //获得矩阵的行数 4 W: z6 d$ K; a5 w& Q6 t$ J7 t8 }) q
N=mxGetN(prhs[0]); //获得矩阵的列数 ( H- J  r9 j, ?
for(i=0;i<M;i++) & @! L, Z: K1 @; g, ^3 r& V
{ for(j=0;j<N;j++) , r3 D* ^) T4 w3 N' z
   mexPrintf("%4.3f  ",data[j*M+i]);
8 {& c$ H9 T2 t    mexPrintf("/n");   X0 H% y1 f  k" u
  }0 U4 l! C5 t- Q. y. O9 E6 u
}
* z1 d$ Y4 R$ y4 V2 U5 Z2 ?  ~, q9 w2 c
; q) d( _/ ]' k5 v4 N% B

$ E; G% V! W2 [8 C1 S+ |编译完成后，用下面的命令测试一下： ) p8 ^8 {# a' {! V) k
  a=1:10; 9 u% N: J& d* `8 w5 ]  k
  b=[a;a+1]; , o; p0 L% }+ @  f0 W( k
  show(a) + v0 v8 V( ?4 X( t# @& q! N
  show(b)
3 `6 t; w% Q2 R- y' k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] 。
0 v( \6 \. ]0 J6 b% E) A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：
. ^6 X0 J8 l1 r) p7 Q  x mxArray *mxCreateDoubleMatrix(int m, int n, mxComplexity ComplexFlag)
2 M: g" N' ^! A7 e1 j0 \. O m：待申请矩阵的行数 8 O4 V- \$ _# S4 d
n：待申请矩阵的列数 7 H8 l7 Z0 O5 r/ u3 z% T4 Y0 i5 S
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
, w' }$ W( O/ R' b" N- w4 }; K% K0 e/ \
) N) h5 r; [6 q: m4 M5 J
6 o! c) d1 p: f" ]7 q
5 D( F: w# l! o+ z9 w
//reverse.c 1.0 9 ^, `; d( R5 q0 y( _
#include "mex.h" & O) W. t/ l" `. {. n, v* C
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], 0 i8 W* A6 ?% t. `4 i. U
int nrhs, const mxArray *prhs[]) * v) t* [! `& d5 i" F% Q
{ ) {6 u/ H( P5 h8 g* p& D" |
double *inData;
$ v) m. k" \' r) G6 Gdouble *outData; 6 |9 H0 M$ H  e0 T! X: l
int M,N;
; j! i$ ?- |6 {* O3 ~; Rint i,j;
( x' E" J1 X' N* G. Y3 h) C  oinData=mxGetPr(prhs[0]); . n5 D, j" G5 i3 t# W
M=mxGetM(prhs[0]);
2 h- F1 g8 R  n( B& p7 |9 y2 j! iN=mxGetN(prhs[0]); - D8 h# U! I; O" r
plhs[0]=mxCreateDoubleMatrix(M,N,mxREAL);
# ~- s2 e) H: u2 uoutData=mxGetPr(plhs[0]);   z$ W7 T4 K" j! m- G  }4 k8 @
for(i=0;i<M;i++) - `3 D) c8 u) q" h5 p5 Z4 D# r
  for(j=0;j<N;j++) ( ^1 R, a* m. N; A
outData[j*M+i]=inData[(N-1-j)*M+i]; 9 K: v0 T! W8 W& ~; f" G
} , N1 J1 ^( R+ g" w3 i

' _6 O. a$ ^- b3 G9 U. y! H7 I! d! {9 X" `5 T6 D7 C

& W1 G1 c  V+ `; X. _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。 ) D& x; [8 n* I
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/ i" x4 X- `3 c  q2 W+ h% Z% b
! s. H0 o9 b% X, Z( R
, q' n% X! ?# R5 `$ _, I- h# s
#include "mex.h"
( A% D! }% ~; x- A* r, u1 uvoid mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],  int nrhs, const mxArray *prhs[]) : V+ b# l- q( M- ?! |% ]. j
{
" K7 R& E( }# c' bdouble *inData;   ?8 B: E3 U( d5 ^9 c" N5 s0 R+ q. h* p
double *outData;
! r; `" l/ e% ~; kint M,N;   ^0 x9 B& m+ [
//异常处理
7 D4 r3 Z' m8 N& M//异常处理
+ T1 |* q$ n6 w8 o. n# Gif(nrhs!=1) ( I! Z* _+ E0 Q2 I9 Y8 M
mexErrMsgTxt("USAGE: b=reverse(a)/n"); ( {! v/ u' M( C+ M
  if(!mxIsDouble(prhs[0])) ( ^$ g4 u2 n9 @5 \1 Q. ?; Y. N
mexErrMsgTxt("the Input Matrix must be double!/n"); % K6 s* A) ]9 B* W
inData=mxGetPr(prhs[0]); $ }0 P, L2 X+ u8 Z
M=mxGetM(prhs[0]);
8 P9 k. g$ H/ J$ C4 u N=mxGetN(prhs[0]);
) M( Z8 s# N0 g! m  u plhs[0]=mxCreateDoubleMatrix(M,N,mxREAL); % F. O$ M; Q; q6 Y
outData=mxGetPr(plhs[0]);
; Z0 }% E' B; d; v: {! G for(i=0;i<M;i++) 2 n1 C( _1 `8 I# M, W% e
   for(j=0;j<N;j++) , s* `5 l' ]* _! m7 v
   outData[j*M+i]=inData[(N-1-j)*M+i];
* f5 F) g4 m$ k: _: s  } " J8 @- e" T- M/ j
2 |* |% t2 a' n, n+ j
2 H  D8 m0 Q4 B& W
4 b, ^# t  F. p
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。 8 [; a0 Z# {" L: \
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。. }% @* X) G3 ?  H" P
至此为止，使用C编写mex函数的基本过程已经介绍完了。 $ q3 t' T# w9 q+ Z9 G: M
. E. k/ ~* A; _

regngfpcb · 发表于 2020-5-27 17:04

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