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。

- H5 _" o& _& ?7 _  n9 y. IMatlab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。
' b3 x; P& V, Z
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。

  c7 ]- j1 ?7 V8 e% D6 r2 D+ A
& l5 q9 R1 H! E$ `& _
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[])
: f; J! `1 P% W% e4 a0 o{ mexPrintf("hello,world!/n");
}
% B5 z5 H0 W& e) z$ a 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：
: y  Y7 K# j6 S- xhello,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
( ^4 `; G8 |4 A: Bnlhs：输出参数数目
plhs：指向输出参数的指针
) X4 @7 O, U8 c6 g' ?' Wnrhs：输入参数数目
- G$ a- V1 X' {. V& W& T' _例如，使用
. Q- J0 F9 P/ J# L8 F! }# R* {0 {[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：
6 T, W1 L" p/ c7 Sprhs[0]=c
prhs[1]=d
/ c: L; N: W& l, t% I0 K+ Y: Hprhs[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。  
: s) x( ^' @3 d' J& r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。
: q* ?! G& P2 h/ G! i


//hello.c 2.0
#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
{
int i;
6 Z% t, R8 I/ T3 t1 i! mi=mxGetScalar(prhs[0]);
" f, g9 g) s' b' s. r( E) c" n% xif(i==1)
  mexPrintf("hello,world!/n");
else
  mexPrintf("大家好！/n");
: ~  F4 Y/ P+ \. V0 g) s}

) R2 M- \$ ^8 o
# z9 r5 i) t* t6 d) C2 F5 M$ k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！

* E0 O& o, z  }7 h# y用到了一个函数：mxGetScalar，调用方式如下：
" d' u8 @: O: U5 K9 a% [  J   i=mxGetScalar(prhs[0]);
! A5 I; [( i0 |+ ~" E7 l" s; X8 ^"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。


! w. ?9 {) I0 v8 {, s8 L6 q
//hello.c 2.1
4 I; W3 {/ \5 H7 U+ c; X9 B#include "mex.h"
6 ?' P8 y& Q* {1 xvoid mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],
int nrhs, const mxArray *prhs[])
3 W* }% a4 }  s" D. S6 |' T{
int *i;
6 u, r9 M. }" @$ P* S, li=mxGetPr(prhs[0]);
if(i[0]==1)
% y. m( O2 `" t, O. V; i  mexPrintf("hello,world!/n");
else
  mexPrintf("大家好！/n");
, r  r) O8 e) w$ ?! S}

* ^& a: o; o5 e; `% Z
( U) f3 ?, ]" e, u/ l5 i9 t! T
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
4 r! `7 c: `% L; k5 @! |- ~没法对它进行计算。
  M$ b. T2 S7 Q) H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
) e# L+ s# _0 ^6 {, B, l3 v  S5 f#include "mex.h"
#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
6 ]- {0 x" b' V2 n7 k+ h5 g{
double *data;
* M* @3 l% I) j! m4 Y9 ]( `% C8 Dint 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
6 \( ~  u  e! t$ _N=mxGetN(prhs[0]); //获得矩阵的列数
( a3 n& `% g/ O( y+ nfor(i=0;i<M;i++)
{   for(j=0;j<N;j++)
- l9 `& q  a: f; B+ x+ b. _     mexPrintf("%4.3f  ",data[j*M+i]);
1 C* }: D% M4 u% u1 }1 k     mexPrintf("/n");
  }
7 g9 F3 J4 r5 D$ w. d# B}


3 E. ^( \5 |( U
编译完成后，用下面的命令测试一下：
  a=1:10;
  b=[a;a+1];
/ I: O1 G& B( c) V3 M  q+ z& z, I' _  show(a)
$ c' F* r$ e( b9 x/ E' `  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：
   mxArray *mxCreateDoubleMatrix(int m, int n, mxComplexity ComplexFlag)
   m：待申请矩阵的行数
' ~3 S6 S$ B( c) U* F& ?' ?7 R" N   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  

3 ]3 S4 ~; y. F


//reverse.c 1.0
#include "mex.h"
" D) N  u8 Q( `- S! K4 ?void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],
1 F6 D  ?. \  s* \. B1 l# Q1 \& F    int nrhs, const mxArray *prhs[])
8 a7 S! i# M* n6 z! h{
double *inData;
2 C# `& H  B' _4 \double *outData;
" H7 E) N  a( o/ s. Q( Yint M,N;
int i,j;
inData=mxGetPr(prhs[0]);
M=mxGetM(prhs[0]);
7 X( Q! ^4 Z3 CN=mxGetN(prhs[0]);
plhs[0]=mxCreateDoubleMatrix(M,N,mxREAL);
$ g9 |& N0 k" B1 p1 c& B4 |7 O$ voutData=mxGetPr(plhs[0]);
! o. B0 h. @  H. w% _for(i=0;i<M;i++)
  for(j=0;j<N;j++)
   outData[j*M+i]=inData[(N-1-j)*M+i];
}



1 l" i5 u$ m) N0 |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。
, ~5 T2 C0 y7 L6 t% W. c# B! @8 i2 T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
7 N) l) Y2 r' e! x: C

4 e! W" Z; p0 J: v, u3 ]7 x6 v#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],  int nrhs, const mxArray *prhs[])
{
0 Q0 {; P( j7 Z7 w, x! x9 {double *inData;
; G7 Y+ i) E+ b9 z, k& l+ f4 xdouble *outData;
5 F1 S+ ?& D: v: C9 Q% j- bint M,N;
//异常处理
5 @5 {3 y( w# p4 J* a1 P+ A//异常处理
if(nrhs!=1)
! c. X$ ^  ?9 F/ v    mexErrMsgTxt("USAGE: b=reverse(a)/n");
  if(!mxIsDouble(prhs[0]))
' h) \5 y" c3 N  [8 P% M- f   mexErrMsgTxt("the Input Matrix must be double!/n");
   inData=mxGetPr(prhs[0]);
   M=mxGetM(prhs[0]);
0 X7 o3 s, J3 v8 B# r) p   N=mxGetN(prhs[0]);
& b9 l( U% \+ j   plhs[0]=mxCreateDoubleMatrix(M,N,mxREAL);
   outData=mxGetPr(plhs[0]);
   for(i=0;i<M;i++)
     for(j=0;j<N;j++)
* @9 D* q- K/ c8 a     outData[j*M+i]=inData[(N-1-j)*M+i];
  }

* U& Y. |+ c) o" x
. O9 w* i& U) f8 O4 X' m
  ?. }8 j1 {" T! W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。
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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MATLAB调用C程序