MATLAB调用C程序

uperrua

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。

4 ^+ s7 R1 F( _/ ^; L% d3 TMatlab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。
7 j4 H" a6 J& V+ y  ?" h
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。

7 \! V2 C: a) V. C. z1 z! ?+ \& Y7 v
; _9 v" m5 _4 r4 ?/ k$ A
' W9 [0 K8 |; W4 w+ Q* `5 s8 s4 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。
) @; X; H& c7 f+ w% q2 _
?
/*hello.c*/
0 g9 K5 |0 i2 q4 k7 W1 U- t( `#include "mex.h"
. N# }; k! h% Y7 Z( q) rvoid mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
{ mexPrintf("hello,world!/n");
}
- c0 j2 x9 _/ b  u7 P6 d 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：
7 n8 Q; Z" I, n" |8 H3 xmex hello.c
) }+ l: B% [+ E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：
6 `  @+ h$ W* [9 C: H) g/ i* s5 Yhello,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
. P* {4 Y4 Z9 M* N[a,b]=test(c,d,e)
8 |1 v, ]0 s' a调用mex函数test时，传给test的这四个参数分别是
" C9 o7 N9 \& |" |2 T% J2 I      2，plhs，3，prhs
1 M8 ~, e+ J; d  C) ?" ~5 K. O其中：
prhs[0]=c
; _" z  [# ^% I: L' pprhs[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。
+ s* e( k3 E7 p) W' _% y7 C" b3 r


6 a/ X* r5 Q: [" }* @3 `//hello.c 2.0
#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
{
int i;
i=mxGetScalar(prhs[0]);
4 Q8 B7 ^) R* c, e5 Iif(i==1)
8 h1 n8 P8 J+ a1 l- j* }1 I' [  mexPrintf("hello,world!/n");
else
  mexPrintf("大家好！/n");
}
0 m1 Z, Y* L8 Q  j3 y
4 R% W7 F0 v; }2 E+ j1 M
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 B1 f( E- R, `8 y) R5 _+ D
( S/ A. u, Q- G! w& E% g用到了一个函数：mxGetScalar，调用方式如下：
( W" U9 J$ ^; t: Q( s4 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。
2 ^# t) \& u6 S


//hello.c 2.1
$ |6 c$ T9 J" e: {! [#include "mex.h"
3 I: {, R" e5 xvoid mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],
int nrhs, const mxArray *prhs[])
  o5 z! s$ v* I- E8 E9 u! r{
1 l) M; f3 }! m! e0 j$ yint *i;
0 }  T* w+ H' Y9 l7 `  _+ s3 ti=mxGetPr(prhs[0]);
5 g7 V" g! ]0 C2 k- ~6 Eif(i[0]==1)
  mexPrintf("hello,world!/n");
else
* D* S7 s9 d% l5 s8 i4 P1 L2 o  mexPrintf("大家好！/n");
9 P  F% C0 s0 n$ B+ |* I4 R' ~}
- B: v0 c9 h6 O- I. y
6 ]- l: p9 v% [5 m6 \5 M* d
. n$ _3 y; \) q) ]
, Z, C$ A( o- `0 }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。
. B: h2 t  D  b& I$ V! E% Z( y2 I# \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。
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：
) ?# A! U2 ?1 N, R0 R
2 `1 C, J/ w& [. y7 D. W+ X
//show.c 1.0
#include "mex.h"
#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
) b; R2 Q3 W3 X2 H{
double *data;
  J" q, c( ^6 H* v1 O! Y6 mint M,N;
int i,j;
data=mxGetPr(prhs[0]); //获得指向矩阵的指针
- S! T9 I* ^+ t# p4 e$ EM=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++)
4 ~9 `8 w0 o% ^# r5 v0 N' p8 o{   for(j=0;j<N;j++)
) E# ]2 ?. T/ r     mexPrintf("%4.3f  ",data[j*M+i]);
( x# |) U7 N1 X" F1 o  ?$ G% O     mexPrintf("/n");
  }
}
) U3 D- u* a( H  y( o! e* \


编译完成后，用下面的命令测试一下：
2 C& h' W8 b( U- K. q  a=1:10;
  b=[a;a+1];
% |; I' S8 g' Q. l3 N$ S; x" M  show(a)
% \8 r% `! d  l; V  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] 。
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" |: @0 |, n6 o% d0 O# \   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
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  


( Y" r4 j/ ~, E& b/ K3 @1 ?
0 Q( g7 i/ l9 k9 P' e3 a0 x4 |& }
//reverse.c 1.0
  V: i7 N2 u" u' M4 c6 }#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],
1 N$ i$ P2 a: B8 I4 K) `; o* @    int nrhs, const mxArray *prhs[])
, [$ S/ m: |. S) e) E& Y. R9 ]8 F{
double *inData;
; Z* a2 X; C6 n. S$ Ndouble *outData;
2 m. Q3 u6 z- K3 h" ~2 A1 Vint M,N;
. q* l8 p( l5 c- A4 Fint i,j;
. n: e! }# q4 r1 U: XinData=mxGetPr(prhs[0]);
M=mxGetM(prhs[0]);
N=mxGetN(prhs[0]);
% p% b6 U) Z8 Vplhs[0]=mxCreateDoubleMatrix(M,N,mxREAL);
outData=mxGetPr(plhs[0]);
for(i=0;i<M;i++)
; Q( u. ^& V0 \  for(j=0;j<N;j++)
; Y* S+ v6 b1 s* ~9 C   outData[j*M+i]=inData[(N-1-j)*M+i];
: j+ T& A/ Q$ S  b' Z6 R( i- j}
2 u2 [" J3 h! [
6 q# y! H8 O$ q  H2 ~
4 |' X  b; R; k. s+ B2 E/ }: r
& T) I7 a- n7 o6 f2 s+ P  T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。
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
( R& C- X  G+ O; r) X- p

% c- n5 ?6 t+ [7 m- {$ }  I#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],  int nrhs, const mxArray *prhs[])
6 w; I; I6 ]: n4 c; B! B{
double *inData;
double *outData;
int M,N;
# w1 E" {; A+ l+ ?//异常处理
//异常处理
if(nrhs!=1)
0 F/ H) e$ M; H% M: W8 f( E4 P    mexErrMsgTxt("USAGE: b=reverse(a)/n");
, L5 ^/ Y, L0 N7 v+ F  if(!mxIsDouble(prhs[0]))
/ \& g$ y7 j! x: s   mexErrMsgTxt("the Input Matrix must be double!/n");
, `8 r8 g0 ?+ w, o   inData=mxGetPr(prhs[0]);
: H6 m/ @' d  p" @% D   M=mxGetM(prhs[0]);
4 H$ N6 K/ l" Y5 n5 U   N=mxGetN(prhs[0]);
& A: A  G( a( K9 N7 |   plhs[0]=mxCreateDoubleMatrix(M,N,mxREAL);
! a0 |4 ?. e: ^   outData=mxGetPr(plhs[0]);
   for(i=0;i<M;i++)
, l! l& i5 L9 `+ }+ L  j- _     for(j=0;j<N;j++)
, C$ [6 V  Z, z/ z7 ~7 [     outData[j*M+i]=inData[(N-1-j)*M+i];
1 [/ U& O* C# X& r3 c0 O! E  }

( M( K1 b$ l0 O

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。
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。
' S( T# d  }" {& l至此为止，使用C编写mex函数的基本过程已经介绍完了。
) ]$ t6 T3 c! l. r/ M5 d
% G. R( t0 d" K& e( L) E

regngfpcb

MATLAB调用C程序