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。
0 {- D. O5 d2 }' R* T
  b' n; v3 ]1 ^$ X) YMatlab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。

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。
( T7 V4 j3 p( a: k) {* v+ l
! z3 E  w# O' d5 N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。

- W* r) \! R: z3 I0 v! N
' W0 ]# f( e) A& l
( \8 L3 o( X  K1 c3 T2 f' c为了测试你的路径设置正确与否，把下面的程序存为hello.c。
  S* H: N. o" S  u# u0 t: d  X
?
/*hello.c*/
7 X/ b: \! t- ^; I! T7 @, Y#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
{ mexPrintf("hello,world!/n");
. R* c, V" S2 h# n4 K* 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
; k+ Z  ~+ ~5 g: Q: r, c* t( M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!
, w. B9 _+ W2 t, r
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
5 Z$ B* m* k  G. D6 u  kplhs：指向输出参数的指针
nrhs：输入参数数目
& t2 K2 {. ~" _7 j- b3 r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
: E( i: k$ f0 P& _9 ~' E0 J  n, M: V      2，plhs，3，prhs
: X. B2 n% q, |5 j. K其中：
/ {' H5 V! D) W9 E$ dprhs[0]=c
prhs[1]=d
prhs[2]=e
, v/ Q0 d9 D8 y6 p3 Y5 G' B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。

+ \' V& w8 g# U7 N
+ J2 f: Z% h0 C+ O! ~
//hello.c 2.0
#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
{
9 f6 G: b7 @$ c# vint i;
6 n& a- ~: \3 A* ?4 Ai=mxGetScalar(prhs[0]);
  e' @" y8 @9 rif(i==1)
  mexPrintf("hello,world!/n");
# _6 j) v* b$ z9 s1 ]( m0 Jelse
  mexPrintf("大家好！/n");
# J- z. L& x# q, m' v; ^/ h}
2 ?( v/ w3 {9 |" t7 W& [  O1 m! @
) ^1 I& O5 O9 C8 J% p9 I6 F
将这个程序编译通过后，执行hello(1),屏幕上会打出： hello,world!
, G2 W# w' G; w) w3 P  {; d而hello(0)将会得到： 大家好！

用到了一个函数：mxGetScalar，调用方式如下：
9 D/ U8 f8 O( d+ }$ y+ J2 j' u   i=mxGetScalar(prhs[0]);
. x$ ]& n( ]* R5 S"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 D& u3 a5 [& G
+ e3 }% F& g7 i; E
0 o9 ^: m: J7 f. x! l, O! \
; z* q5 S9 t: \8 E//hello.c 2.1
/ T7 C+ _" W( n, p, N1 K0 N2 a8 G#include "mex.h"
# ^9 V$ q& `) F8 {8 B9 c: Zvoid mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],
8 ?0 D, F- L+ T* R2 Iint nrhs, const mxArray *prhs[])
9 r2 S2 d% S) ]7 N7 b" q1 q{
" N- i" i. {/ r+ q! P1 O2 wint *i;
i=mxGetPr(prhs[0]);
. S6 U" T# n$ zif(i[0]==1)
  mexPrintf("hello,world!/n");
else
  mexPrintf("大家好！/n");
}
. ]0 @+ L& n2 n, d: A. W" y- u

& j7 t2 t( W7 O, c6 v$ J. N
- ]- U+ E9 g) d7 L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。
3 _! l* t) E) c: l& 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
! Q) v) C7 t. j# i/ k& z8 P9 f没法对它进行计算。
" m1 @' D! W. v+ N3 @& X( 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：
+ e- W9 r7 K$ X, J+ R/ b8 L! y

; o! C0 W. i( m7 x6 Y0 U1 J& l3 p//show.c 1.0
#include "mex.h"
  h8 W( ^+ s# V, S9 s1 G#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
{
2 u0 C, e7 D' Jdouble *data;
int M,N;
7 o  e! Q+ g+ h3 i4 y# Wint 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++)
3 e6 ?  x  y8 u2 `; E     mexPrintf("%4.3f  ",data[j*M+i]);
     mexPrintf("/n");
  }
}
4 x7 a! [' t- p1 S0 c# P( O

1 i4 U1 j4 _) e' x
编译完成后，用下面的命令测试一下：
# q) X, y% n- {, z' R5 n( u  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] 。
. O& R2 C) k- [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：
9 x$ _. m2 I4 s3 ~3 q; S   mxArray *mxCreateDoubleMatrix(int m, int n, mxComplexity ComplexFlag)
0 ^3 O. E& \9 J1 A4 _   m：待申请矩阵的行数
! [1 K2 A: @5 |% d3 [  z; c. W   n：待申请矩阵的列数
- Q* l# X3 q+ c4 k: Y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  
0 a; s) i7 M4 V# n6 r% P0 S



//reverse.c 1.0
' ?: H- i, n1 J, m2 n/ R/ a#include "mex.h"
6 Q, s( E# o; G1 gvoid mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],
. N  n4 V' `, g    int nrhs, const mxArray *prhs[])
$ [$ o" u0 t% w0 O2 h! l{
double *inData;
double *outData;
int M,N;
int i,j;
inData=mxGetPr(prhs[0]);
: j! `) n) {6 C9 `M=mxGetM(prhs[0]);
6 J& w! C. j8 v0 mN=mxGetN(prhs[0]);
6 K" j/ C+ J: v* a8 tplhs[0]=mxCreateDoubleMatrix(M,N,mxREAL);
, [& i2 {4 j- L. |, ~8 G3 Z, @outData=mxGetPr(plhs[0]);
6 U, W/ u. q9 }& Lfor(i=0;i<M;i++)
5 N: L0 c0 X  l, S+ G  for(j=0;j<N;j++)
   outData[j*M+i]=inData[(N-1-j)*M+i];
}


1 _0 ~! X9 Q# Q8 P" R! m5 g
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


' `' O- |1 Y" _/ {3 X( u#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],  int nrhs, const mxArray *prhs[])
{
double *inData;
' U- |, ^! c( k5 K9 qdouble *outData;
int M,N;
& h% R1 n1 {( |% T# v8 o; p//异常处理
//异常处理
. i) ?9 }$ g0 z0 qif(nrhs!=1)
; W+ a+ z2 m$ n, A    mexErrMsgTxt("USAGE: b=reverse(a)/n");
  if(!mxIsDouble(prhs[0]))
, V. s0 B( W% C0 g& H) r. H' l  [% h6 p   mexErrMsgTxt("the Input Matrix must be double!/n");
   inData=mxGetPr(prhs[0]);
. A4 e3 D% O1 D  L7 Y   M=mxGetM(prhs[0]);
3 |. [5 j% G% W* \3 Z" P! s; e" Y1 K! \' W   N=mxGetN(prhs[0]);
. H. b) ^" H! ?' u2 `# @9 r0 T   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];
  }
1 C2 [' q0 ~- G3 `) ~+ Y2 B& 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。
! U  h7 u; [. O1 J7 K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。
7 N7 l6 |/ f4 Q5 S
& s, H  ]0 z. G( ?  P, }' x1 d

regngfpcb

MATLAB调用C程序