MATLAB调用C程序

uperrua

7 I6 f# `0 g! J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。

6 O2 T/ s0 \% U3 S1 eMatlab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 n6 ~5 o9 }2 ^5 T: ^3 n
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。
" O) t% x: c/ L. Q- f, K
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。
6 l/ w, {$ v# Z: p9 D+ M  ~) _


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：
  V& f/ w7 L; b8 @" ~1 tmex 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：
5 g% O# i+ i- Y& w+ mhello,world!

, o; P4 V9 U8 _( x- G+ b- J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[])
; `+ w1 L0 o/ d0 @/ k前面提到过，Matlab的mex函数有一定的接口规范，就是指这
3 _: {+ m9 l/ N4 ^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
& d1 ?; Z. K- C% r( W% Y( A, ^9 u[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：
. t' D* j3 S1 G" z" Z5 ~: vprhs[0]=c
& C/ z( B! F2 _4 Uprhs[1]=d
' }4 M2 \/ D, U. N! Y  Kprhs[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。
% t' W0 D0 c) A+ j. D
& U; O4 \, q; k4 M0 K* k- I( M, x
3 D0 D8 ^7 c4 l2 W2 }  E" j
//hello.c 2.0
#include "mex.h"
! O# o$ o# ~$ v% P$ q' d) zvoid mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
$ h& B# t' H* T( x+ ?{
: N5 E* n/ E' z. A4 H8 `- W. \int i;
i=mxGetScalar(prhs[0]);
if(i==1)
  mexPrintf("hello,world!/n");
else
  mexPrintf("大家好！/n");
}
* [% l# c! F% X

将这个程序编译通过后，执行hello(1),屏幕上会打出： hello,world!
* J8 T# c' {% ]- O, H+ T而hello(0)将会得到： 大家好！
- W4 _& d5 K- B6 R9 X
用到了一个函数：mxGetScalar，调用方式如下：
   i=mxGetScalar(prhs[0]);
6 X; ?) g5 P# S1 {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。
* a  o/ y& p: L, L
7 `, r) Y. P9 [
, G3 a8 R; d3 @0 h: R
& ~  y6 k( Z$ E8 N3 S) b; ?) f: H//hello.c 2.1
#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],
int nrhs, const mxArray *prhs[])
' k# f% L% K3 ~4 ?{
6 x( u. |- W  Z5 Q+ _' ~0 B& nint *i;
9 R2 x; e8 R1 L& ?  K& s; ki=mxGetPr(prhs[0]);
, e' ?3 M; C( t7 T# ^& nif(i[0]==1)
. i+ N. k$ I$ y0 X3 h  mexPrintf("hello,world!/n");
; ?% b9 U% [. E8 }0 velse
  mexPrintf("大家好！/n");
}
1 o8 I- e; p/ T7 h* v
: F% p' Z2 i6 @9 r- p8 D# N
1 G2 f- J( _& O  D
& {& r3 O. e+ F; |& ^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。
# ^- M& i6 h# E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：


//show.c 1.0
, D7 r8 S8 W" V" ]! v2 r#include "mex.h"
#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
{
double *data;
  m9 {7 [* D1 Qint M,N;
( v. f. }+ U; K; C2 rint i,j;
/ b, V0 L# Z$ b$ L. ~data=mxGetPr(prhs[0]); //获得指向矩阵的指针
0 w3 j1 X3 B1 ?* D! W4 ~6 D$ r1 ^M=mxGetM(prhs[0]); //获得矩阵的行数
5 f0 I; f. r% d1 Q# f* r% @9 Z* D- j/ N9 ~N=mxGetN(prhs[0]); //获得矩阵的列数
; t9 L+ O. p2 K( Y( Bfor(i=0;i<M;i++)
6 {/ ]7 p2 G) Y9 w7 p{   for(j=0;j<N;j++)
' p% U, P& S. C     mexPrintf("%4.3f  ",data[j*M+i]);
     mexPrintf("/n");
  }
}
6 }5 I; k+ R: u' |* y. k- P! g

# q! l9 I6 S  j2 O7 T# n6 h& Q$ B
' N/ e7 z: B$ O" J" O: z( C* n编译完成后，用下面的命令测试一下：
3 U+ U" G; n( w; ~- B: j, _: {2 O  a=1:10;
8 O8 B& M: R9 j# K5 k. b  b=[a;a+1];
8 M7 w, w8 N1 m. r. e8 t  show(a)
  show(b)
, \  H  a; _  B5 Q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] 。
* m- B. l6 k2 k0 E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：
! f" A. U  V/ S9 P# v+ t" e   mxArray *mxCreateDoubleMatrix(int m, int n, mxComplexity ComplexFlag)
) q' u  k! z  d5 Q   m：待申请矩阵的行数
6 a, Q: g# g2 r# l   n：待申请矩阵的列数
/ i( ^9 G( h. S( f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  
% E+ [  j0 K% ?$ f3 w



//reverse.c 1.0
% i" T* o" }) t" Y# q, B# N#include "mex.h"
, C- h% x) s. F* i/ J. G% f) `void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],
5 y; R( r+ E8 h" U$ W    int nrhs, const mxArray *prhs[])
, e' r# A& S/ G$ O5 N8 j{
double *inData;
double *outData;
int M,N;
: P( @4 n  O+ o! p9 G( D( jint i,j;
  `) m' l; j! u8 ]/ X) einData=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++)
/ t7 G' ~7 N, X/ i  for(j=0;j<N;j++)
   outData[j*M+i]=inData[(N-1-j)*M+i];
  W8 @1 D" T  ?7 c9 _}

* e) P3 r2 y% V  D
) e% N! e4 o, C, f/ }. h
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。
: L  J3 J8 X& f) J  B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

* K. M% P$ T8 |0 K4 c
& J+ k) n  f$ g4 @6 l4 P: v#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],  int nrhs, const mxArray *prhs[])
9 S9 b  ]% k0 U$ q; R6 j' s4 _{
double *inData;
double *outData;
( \0 a: s/ L/ ~6 f! j  `& Z; ~3 pint M,N;
  v2 q2 r. _% r+ o; c. ~5 a7 x//异常处理
4 S% j7 k  Q( |. E+ U//异常处理
7 S, N. A4 |: R9 Cif(nrhs!=1)
) S" H" U+ }  z3 n% N, p    mexErrMsgTxt("USAGE: b=reverse(a)/n");
  if(!mxIsDouble(prhs[0]))
+ C/ F6 |2 g/ @: a7 \   mexErrMsgTxt("the Input Matrix must be double!/n");
6 \7 N( S1 p! m9 j0 Z   inData=mxGetPr(prhs[0]);
   M=mxGetM(prhs[0]);
3 r. A2 f! ]/ {0 H7 P- k: o, K   N=mxGetN(prhs[0]);
& {1 r9 ~1 @; E/ k   plhs[0]=mxCreateDoubleMatrix(M,N,mxREAL);
. ^/ x; c5 s9 n5 K  h   outData=mxGetPr(plhs[0]);
   for(i=0;i<M;i++)
6 a2 S4 Q; Z2 K7 Q+ E     for(j=0;j<N;j++)
" z6 D3 k8 q5 ]( j* J. D7 t5 }     outData[j*M+i]=inData[(N-1-j)*M+i];
  }

! L; k, L* B, }& T, y3 A5 W
7 K4 u  ?+ V- a( B
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。
; \! h- T  b5 a# x8 u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。
' E# Y# D( L6 C. D" Y0 y& a' a; P; W至此为止，使用C编写mex函数的基本过程已经介绍完了。

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