MATLAB如何调用C程序

haidaowang

4 `" t7 m% b% v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。

) y8 J) }8 e5 D' L9 n, x' lMatlab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。

" w3 O" l/ J; t2 _: m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。
) d4 b* b* ?; O1 p; h
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 h& ]. B' ?( u9 |- F% d
为了测试你的路径设置正确与否，把下面的程序存为hello.c。
/ M% N3 {1 Q+ Y% g

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

3 [; }4 w7 }% k3 W 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：
& V1 C) X1 q) omex 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：
hello,world!

整个程序由一个接口子过程 mexFunction构成。
9 ?* _, @* m$ {$ W' z& F6 w0 P4 {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
- T6 h  n; U0 p0 M3 I5 t- c5 b) Tnlhs：输出参数数目
8 z; _# Y5 r: {9 J3 {3 m! P( tplhs：指向输出参数的指针
nrhs：输入参数数目
例如，使用
$ U5 t3 }! X6 L: _[a,b]=test(c,d,e)
8 f( U! ]* G. V, [. m6 L' n8 Q调用mex函数test时，传给test的这四个参数分别是
4 v. K7 T% N* |( ]& t) W5 D      2，plhs，3，prhs
! ], |  P5 x: I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。

6 s7 w" O% D) x/ Z, s$ |8 \' S

• //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");
• }
  3 @  K+ l1 T! [$ R5 q

6 J) W  q5 l' z9 ]
# q7 S8 q# M2 S8 S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！

3 B5 |! Z: B& X5 w6 ~$ \用到了一个函数：mxGetScalar，调用方式如下：
   i=mxGetScalar(prhs[0]);
9 ]+ f' p# K9 ^: r! R+ _# Z2 q/ Z"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。
7 Q# k1 ~/ H4 `2 f: c& e. m
2 T5 B# q" d$ `- g9 n' z6 o/ b

• //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");
• }
  # q6 F6 {2 W. W

7 u+ w2 ]& R2 Y( o6 W8 ?
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
6 L  t- N) z% ~% Z& m3 z& U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：
9 v0 h! o  M+ Y/ b; u

• //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");
•   }
• }
  

  U  f% J5 _" p/ }$ B/ d
+ d0 L; k2 B2 l  i" f6 H7 W, o9 _# }编译完成后，用下面的命令测试一下：
  a=1:10;
, R1 y( x! b) ], M3 @/ L  b=[a;a+1];
9 E6 x! I- V) ]' G; M# a0 G  show(a)
9 `* g* w5 L8 p/ X9 z  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)
4 V0 e. ?3 `4 u) R3 A   m：待申请矩阵的行数
3 D  W7 S. n4 c* J5 j   n：待申请矩阵的列数
$ v9 q% y- i) |- w3 d8 J$ K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  
& P4 M* {* b3 w+ ]2 ]0 X5 R5 Z
& L9 l: T6 W" q! ^1 B5 G! z
& e# ^* ~2 j; z  x8 \

• //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];
• }
  . [/ U& g3 o$ n9 y5 y- C+ c

& U" W4 o( d, n2 |0 l: q
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。
; R, {$ o  d7 S1 O- K. R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
) H' j* A, ]+ f% X/ o" O2 y

• #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];
•   }
  9 L$ r. O6 }& x$ B- @: ?

6 i% N6 n9 U9 v( w, q: {6 J
2 K4 r+ d; C6 ]& H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。
3 G/ T" J) d& Z6 t1 f' v+ `4 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。
" Z- y$ [' g- `* s0 o3 P5 i至此为止，使用C编写mex函数的基本过程已经介绍完了。

yin123

MATLAB调用C程序

wu68aq

两个新的函数很不错。

ExxNEN

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