matlab调用c语言编程.docx
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matlab调用c语言编程
matlab与C语言混合编程
用C编写mex程序
大家都知道，matlab是一种解释型的编程环境，也就是说，跟以前的basic一样，是读
一句执行一句的。
这样做可以很方便的实现编程过程中的交互，也免去了麻烦又耗时的
编译过程。
但凡事有一利必有一弊，matlab在执行时速度慢也就根源于此。
在matlab里
tic
fori=1:
10000
b（i）=a（10001-i）;
end
怎么样，是不是很慢？
你的程序里如果再多几个这样的循环，运行速度就可想而知了。
上面程序的功能是将向量a里的数据逆序赋给向量b。
下面的程序可以实现相同的功能
tic
b=a（10000:
-1:
1）;
为什么这个程序运行速度就这么快呢？
这是因为matlab里的基础矩阵运算函数，像转
置，复制等等，都是以二进制程序的形式存在的，运行起来速度当然比解释执行10000次
所以编matlab程序时，应该尽量避免用循环语句，而使用等效的矩阵运算。
虽然这样
但总是有的时候没法找到对应的矩阵运算来等效，或编出来的程序复杂得让人没法修
简单地说，mex程序就是根据一定的接口规范（matlab提出的）编写的一个dll，matla
比如我编了一个mex函数，名字叫max2.dll，那么只要把这个dll所在的目录加到matlab
的搜索路径里（用addpath），就可以像调用普通matlab函数一样来调用它了。
因为把
循环体放到了二进制程序中，执行速度快得多。
Mex文件既可以用c，也可以用fortran来编。
因为我用的是c语言，所以下面的介绍都
用c语言编写mex文件的方法。
如果你用的是fortran，请你自己去看Apiguide.pdf，里
面有详细说明。
前面说到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。
这是
Matlab5.1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Wat
comC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，只要在Matlab里键入 mex-setup
，就会出现一个DOS方式窗口，下面只要根据提示一步步设置就可以了。
由于我用的是w
听说Matlab5.2已经内置了C语言的编译器，那么下面的这些可能就用不着了。
可惜现
需要注意的是，在设置编译器路径时，只能使用路径名称的8字符形式。
比如我用的V
C5装在路径C:
\PROGRAMFILES\DEVSTUDIO下，那在设置路径时就要写成：
C:
\PROGRA~1
示例程序一、
这样设置完之后，mex就可以执行了。
为了测试你的路径设置正确与否，把下面的程序
存为hello.c。
#include"mex.h"
voidmexFunction（intnlhs,mxArray*plhs[],intnrhs,constmxArray*prhs[]）
{
mexPrintf（"hello,world!
\n"）;
}
假设你把hello.c放在了C:
\TEST\下，在Matlab里用CDC:
\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：
mexhello.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!
看看C\TEST\目录下，你会发现多了一个文件：
HELLO.DLL。
这样，第一个mex函数就算完成了。
怎么样，很简单吧。
下一次，会对这个最简单的程
序进行分析，并给它增加一些功能。
分析hello.c，可以看到程序的结构是十分简单的，整个程序由一个接口子过程
mexFunction构成。
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。
为了让大家能更直观地了解参数传递的过程，我们把hello.c改写一下，使它能根据输
入参数的变化给出不同的屏幕输出：
//hello.c2.0
#include"mex.h"
voidmexFunction（intnlhs,mxArray*plhs[],intnrhs,constmxArray*prhs[]）
{
inti;
i=mxGetScalar（prhs[0]）;
if（i==1）
mexPrintf（"hello,world!
\n"）;
else
mexPrintf（"大家好！
\n"）;
}
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！
现在，程序hello已经可以根据输入参数来给出相应的屏幕输出。
在这个程序里，除了用
到了屏幕输出函数mexPrintf（用法跟c里的printf函数几乎完全一样）外，还用到了一
个函数：
mxGetScalar，调用方式如下：
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。
既然有标量，显然还应该有矢量，否则矩阵就没法传了。
看下面的程序：
//hello.c2.1
#include"mex.h"
voidmexFunction（intnlhs,mxArray*plhs[], intnrhs,constmxArray*prhs[]）
{
int*i;
i=mxGetPr（prhs[0]）;
if（i[0]==1）
mexPrintf（"hello,world!
\n"）;
else
mexPrintf（"大家好！
\n"）;
}
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。
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.c1.0
#include"mex.h"
voidmexFunction（intnlhs,mxArray*plhs[],intnrhs,constmxArray*prhs[]）
{
double*data;
intM,N;
inti,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{
for（j=0;j mexPrintf（"%4.3f ",data[j*M+i]）;
mexPrintf（"\n"）;
}
}
编译完成后，用下面的命令测试一下：
a=1:
10;
b=[a;a+1];
show（a）
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（intm,intn,mxComplexityComplexFlag）
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，功能是将输入数据的每一行倒序复制给输出数据
//reverse.c1.0
#include"mex.h"
voidmexFunction（intnlhs,mxArray*plhs[], intnrhs,constmxArray*prhs[]）
{
double*inData;
double*outData;
intM,N;
inti,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 for（j=0;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。
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，前面的reverse.c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。
#include"mex.h"
voidmexFunction（intnlhs,mxArray*plhs[],
intnrhs,constmxArray*prhs[]）
{
double*inData;
double*outData;
intM,N;
//异常处理
if（nrhs!
=1）
mexErrMsgTxt（"USAGE:
b=reverse（a）\n"）;
if（!
mxIsDouble（prhs[0]））
mexErrMsgTxt（"theInputMatrixmustbedouble!
\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 for（j=0;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。
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。
下面会在介绍几个非常有用的
函数调用。
如果有足够的时间，也许还会有一个更复杂一些的例程。
我们之所以使用Matlab，很重要的考虑是Matlab提供了相当丰富的矩阵运算函数和各种toolbox。
在编制mex函数时，有时我们也会遇到一些操作，在Matlab下，只需要一个
为了在mex函数里调用Matlab命令，我们就需要用到一个函数mexCallMATLAB，原型如下：
intmexCallMATLAB（intnlhs,mxArray*plhs[],intnrhs,mxArray*prhs[],
constchar*command_name）;
有了前面的基础，使用这个函数就显得十分容易了。
下面给出一个例程，功能是将输入矩阵转置。
#include"mex.h"
voidmexFunction（intnlhs,mxArray*plhs[],
intnrhs,constmxArray*prhs[]）
{
double*inData;
mxArray*IN[1];
mxArray*OUT[1];
double*outData;
intM,N;
inti,j;
//异常处理
if（nrhs!
=1）
mexErrMsgTxt（"USAGE:
b=rot（a）\n"）;
if（!
mxIsDouble（prhs[0]））
mexErrMsgTxt（"theInputMatrixmustbedouble!
\n"）;
//计算转置
if（mexCallMATLAB（1,OUT,1,prhs,"'"））
mexErrMsgTxt（"Errorwhencompute!
\n"）;
//根据输入参数数目决定是否显示
if（nlhs==0）
mexCallMATLAB（0,IN,1,OUT,"disp"）;
else
plhs[0]=OUT[0];
}
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