MATLAB如何调用C程序

haidaowang

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。
/ L: a3 O  }/ A1 z4 `* v: h) i
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。
  T4 o+ }  D; f& O) `, l
, b) i; u3 p1 U- Q9 O; T
为了测试你的路径设置正确与否，把下面的程序存为hello.c。

$ ]% o7 Q: `8 U

• /*hello.c*/
• #include "mex.h"
• void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
• { mexPrintf("hello,world!/n");
• }
  / n3 D: d2 {+ m

# P1 r' \7 C$ i
3 {. l2 R+ Q8 I/ v 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：
! |# u8 A: x) U' M9 b, t/ u" s8 ~3 uhello,world!
( w! s9 \( w2 W! x
( X' ^% i: ?' w% ^5 X整个程序由一个接口子过程 mexFunction构成。
* w9 c0 K  o. ?3 u, ~, |void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
$ A' r* |) d! _4 Y$ n7 L5 l- t! ^7 ]( }前面提到过，Matlab的mex函数有一定的接口规范，就是指这
; K# Q0 Z. h8 }# c* lnlhs：输出参数数目
" }1 G: i" t+ Z/ c1 Q. R+ Fplhs：指向输出参数的指针
4 x5 y: I& J6 F3 `, ~7 [" {% N/ G. hnrhs：输入参数数目
$ i$ s+ H. a8 O! w$ ^例如，使用
/ H; o  w- Z; r- K( J4 f[a,b]=test(c,d,e)
; c8 f# @) f4 S2 {  l& V& a调用mex函数test时，传给test的这四个参数分别是
8 z: O3 T* i0 j$ t' j! p8 ]      2，plhs，3，prhs
' Y  E6 H- D2 O7 ]1 X! ^& h9 q$ @; V其中：
prhs[0]=c
prhs[1]=d
prhs[2]=e
& h( @  }. F) q/ {1 L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。  
8 _) o  `7 |+ \5 j/ a2 Q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。

• //hello.c 2.0
• #include "mex.h"
• void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
• {
• int i;
• i=mxGetScalar(prhs[0]);
• if(i==1)
•   mexPrintf("hello,world!/n");
• else
•   mexPrintf("大家好！/n");
• }
  ) \9 p4 s7 t; I- k8 x6 g

: [- o4 v  @, _9 I
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！
7 u2 _& d: q  E4 [6 J
用到了一个函数：mxGetScalar，调用方式如下：
: y" V! a3 Z+ G   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。
5 D: z8 X: b4 v& r

• //hello.c 2.1
• #include "mex.h"
• void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],
• int nrhs, const mxArray *prhs[])
• {
• int *i;
• i=mxGetPr(prhs[0]);
• if(i[0]==1)
•   mexPrintf("hello,world!/n");
• else
•   mexPrintf("大家好！/n");
• }
  0 I4 q2 ~& c! ~' ?& q; I$ u( M

* m% o/ Y7 v+ ^) t0 E
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。
' @! I! i7 C8 ^* W" S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：
8 r: g7 a- ~# s

• //show.c 1.0
• #include "mex.h"
• #include "mex.h"
• void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
• {
• double *data;
• int M,N;
• int i,j;
• data=mxGetPr(prhs[0]); //获得指向矩阵的指针
• M=mxGetM(prhs[0]); //获得矩阵的行数
• N=mxGetN(prhs[0]); //获得矩阵的列数
• for(i=0;i<M;i++)
• {   for(j=0;j<N;j++)
•      mexPrintf("%4.3f  ",data[j*M+i]);
•      mexPrintf("/n");
•   }
• }
  

, {/ O1 e  z, b) B  v( r& I编译完成后，用下面的命令测试一下：
  a=1:10;
  b=[a;a+1];
5 l) D% z+ C/ W9 \  show(a)
  show(b)
: V" l' i: C" M/ @$ O9 ~! R9 N
0 s0 o$ d4 \9 I& Y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] 。
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：
7 e4 }8 c. U4 v: g3 i7 M0 _) [   mxArray *mxCreateDoubleMatrix(int m, int n, mxComplexity ComplexFlag)
7 y( t' ^+ p# m& |' V   m：待申请矩阵的行数
   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  
% X9 s+ B- h* T; @( V3 T
  s5 e# L/ N# l) V" l( _
% v& f1 P' R' ]  z  x

• //reverse.c 1.0
• #include "mex.h"
• void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],
•     int nrhs, const mxArray *prhs[])
• {
• double *inData;
• double *outData;
• int M,N;
• int i,j;
• inData=mxGetPr(prhs[0]);
• M=mxGetM(prhs[0]);
• N=mxGetN(prhs[0]);
• plhs[0]=mxCreateDoubleMatrix(M,N,mxREAL);
• outData=mxGetPr(plhs[0]);
• for(i=0;i<M;i++)
•   for(j=0;j<N;j++)
•    outData[j*M+i]=inData[(N-1-j)*M+i];
• }
  

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。
2 [4 B- E* J) `3 {5 R3 }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

0 l  _" u% v+ F

• #include "mex.h"
• void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],  int nrhs, const mxArray *prhs[])
• {
• double *inData;
• double *outData;
• int M,N;
• //异常处理
• //异常处理
• if(nrhs!=1)
•     mexErrMsgTxt("USAGE: b=reverse(a)/n");
•   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);
•    outData=mxGetPr(plhs[0]);
•    for(i=0;i<M;i++)
•      for(j=0;j<N;j++)
•      outData[j*M+i]=inData[(N-1-j)*M+i];
•   }
  

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。
5 E$ `1 r( h# ?+ z8 F! W7 B  ]) y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。
8 b" _3 I  g; v  h8 l, t' ~& Q9 q+ z

ExxNEN

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wu68aq

两个新的函数很不错。

yin123

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