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。
, x; w$ y  ?. v- w% r4 R
% ~: X' o# V9 h# vMatlab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。

. w: c# I) Z+ @% E; [: M  d" [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。

6 b1 P" e1 r# L- z/ |% w7 i
- h! u( Q5 y2 L! z& y3 V
为了测试你的路径设置正确与否，把下面的程序存为hello.c。

?
! u8 R8 |& F& W4 n* Q8 B$ M/*hello.c*/
#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
{ mexPrintf("hello,world!/n");
0 O7 O/ r; d4 y- v7 P2 d% 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：
( y& `: M3 y# Cmex hello.c
9 o3 S/ R$ U: {/ _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：
" @7 U- c$ S4 N! C; g* T) `2 ohello,world!

: S6 P# u7 O/ T7 S- _# T整个程序由一个接口子过程 mexFunction构成。
- ^0 a1 k3 I2 Q% ]/ ]  Gvoid mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
8 A; T% A. R( f+ P; K3 q5 K9 p4 s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
$ O- Z' R! S3 q. s/ O' s9 `/ inrhs：输入参数数目
例如，使用
( ?8 R* j. V4 M3 U  r[a,b]=test(c,d,e)
  L$ A0 f7 h+ e. }7 o" Z调用mex函数test时，传给test的这四个参数分别是
      2，plhs，3，prhs
2 W2 |1 r5 N8 ~2 S2 R. o其中：
prhs[0]=c
) U: e# V, a) d0 x7 u# r" ^prhs[1]=d
1 u5 p+ g* n& }9 i# ~# i: N! F( `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。


. j: U9 d& R7 l# u7 Y- W5 \9 l
3 u' \4 Z$ `, {$ z' _//hello.c 2.0
0 ?4 I+ h- h+ ?6 z#include "mex.h"
+ }7 t3 {/ Y3 Y8 ~) _& Q" ivoid mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
{
int i;
i=mxGetScalar(prhs[0]);
# g$ B7 ^* |) \6 Iif(i==1)
" K( B0 C8 Q! ?4 A" s1 m  mexPrintf("hello,world!/n");
else
1 F2 k0 D! }5 {& I6 e  mexPrintf("大家好！/n");
}


4 e5 E4 {4 D) x将这个程序编译通过后，执行hello(1),屏幕上会打出： hello,world!
0 a' y# T8 a4 b而hello(0)将会得到： 大家好！

, H  \" K8 ?8 q, S1 G用到了一个函数：mxGetScalar，调用方式如下：
1 Z5 D- B! C9 {+ O* h1 z/ M& [3 s   i=mxGetScalar(prhs[0]);
* Y/ f) u! U. M"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。


3 h& w% u, Q. l7 B; `+ _
$ w, m9 S- c, i3 ~) s7 `* d: B//hello.c 2.1
#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],
$ d* }2 K3 [5 U9 T, l3 K- Oint nrhs, const mxArray *prhs[])
{
+ O1 _5 Z" |2 `6 x! sint *i;
( ]0 t1 c+ C; p- e' [i=mxGetPr(prhs[0]);
if(i[0]==1)
1 X" O: E: N" q  mexPrintf("hello,world!/n");
else
9 F/ L5 q: V! v  mexPrintf("大家好！/n");
}
1 K% f( r( {( S1 K

3 w0 N" p# M$ y; R/ {7 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。
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( g$ K& R! n, t( Q9 u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：
1 N6 t5 o) p$ f  `* [: A9 I

//show.c 1.0
6 I: V$ [; y( z/ {#include "mex.h"
: r5 ?- S+ Y& }5 U2 z#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
{
double *data;
int M,N;
int i,j;
) ]* Z$ K% Y$ t* Adata=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++)
1 M' M0 H/ ~: r$ W     mexPrintf("%4.3f  ",data[j*M+i]);
5 o2 m; s) `# x' l; m/ u& Z     mexPrintf("/n");
3 h! K, M4 T1 @: p' ?* q0 N  }
}
  j: Y4 r  S$ x+ s& l$ }" A- \4 O0 {
) x) h: z* J7 m. D0 v/ m" r" }

# K' O) k4 q1 p9 d# U% N编译完成后，用下面的命令测试一下：
  a=1:10;
  b=[a;a+1];
. G7 C5 d8 C8 y  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(int m, int n, mxComplexity ComplexFlag)
   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  


* `% m" i3 z; h; M1 ], p8 e
' ^, v& d& F, e5 V- @) N3 v; Z
//reverse.c 1.0
#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],
    int nrhs, const mxArray *prhs[])
{
double *inData;
) Y- A8 A1 M* tdouble *outData;
int M,N;
int i,j;
: N$ `% M  r1 zinData=mxGetPr(prhs[0]);
1 H1 P/ B) h: T$ |8 MM=mxGetM(prhs[0]);
  d! z$ H1 G& v# tN=mxGetN(prhs[0]);
plhs[0]=mxCreateDoubleMatrix(M,N,mxREAL);
outData=mxGetPr(plhs[0]);
for(i=0;i<M;i++)
# T& [7 ?# B3 K  for(j=0;j<N;j++)
4 T, @/ b9 Z1 C7 A( K: V   outData[j*M+i]=inData[(N-1-j)*M+i];
, e% `" O0 G4 j  c}



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。
  E( G2 v' n- _/ V1 P% y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
# I. X* B) V) |( s/ I: ?" x: O
/ M2 d1 d0 n0 B
; q' Q: s" Q$ i. O2 Z9 y) H  d#include "mex.h"
3 M/ p5 N/ u, T* X) l2 Ivoid mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],  int nrhs, const mxArray *prhs[])
  C# B1 Z8 g3 C{
double *inData;
; v' p9 Y; @7 a9 Udouble *outData;
/ b6 D; [) a3 \+ ?' O+ F6 zint M,N;
3 `; p. C, R5 s* O5 v) ^//异常处理
//异常处理
6 i' O! Y& U  I$ g: x" W; ~+ cif(nrhs!=1)
2 ^4 a6 `; Q0 W  C    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]);
) J5 t) F" }( L) b, A' W5 o1 ]+ f   N=mxGetN(prhs[0]);
8 `0 K: l( C$ _) \6 f% U   plhs[0]=mxCreateDoubleMatrix(M,N,mxREAL);
, K! M; Z$ u( U" @   outData=mxGetPr(plhs[0]);
! W# ^! y; I: ]3 c; x- [   for(i=0;i<M;i++)
! J! G% I2 A4 B     for(j=0;j<N;j++)
/ h8 L& E9 ], T  v5 y" i7 P5 F. d) l     outData[j*M+i]=inData[(N-1-j)*M+i];
& y1 ?! w8 z6 ~  }
1 x9 i  Q6 [( M$ C$ i+ Q/ L* @


) N. I& Y5 J4 d' ?. v7 V: v, S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。
8 q; I6 L" l, k9 k, x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 v0 R4 G9 H7 z- O! f8 P

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MATLAB调用C程序