2022年MATLAB与CC++混合编程之MATLAB调用C程序 .pdf

MATLAB与 C/C+混合编程之 MATLAB调用 C 程序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。Matlab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。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。需要注意的是， 较低版本的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VC装在路径 C:PROGRAM FILESDEVSTUDIO 下，那在设置路径时就要写成：“ C:PROGRA1”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。/*hello.c*/#include mex.h void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs, int nrhs, const mxArray *prhs) mexPrintf(hello,world!n); 假设你把hello.c放在了下，在 Matlab 里用 CD C:TEST 将当前目录改为C: T（注意，仅将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。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。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plhs ：指向输出参数的指针nrhs ：输入参数数目例如，使用名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - 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：prhs0=c prhs1=d prhs2=e 当函数返回时， 将会把你放在plhs0， plhs1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，prhsi和 plhsi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.c 2.0 #include mex.h void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs, int nrhs, const mxArray *prhs) int i; i=mxGetScalar(prhs0); 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， 除了用到名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - 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(prhs0); 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prhs0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.c 2.1 #include mex.h void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs, int nrhs, const mxArray *prhs) int *i; i=mxGetPr(prhs0); if(i0=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prhs0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.c 1.0 #include mex.h #include mex.h void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs, int nrhs, const mxArray *prhs) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - double *data; int M,N; int i,j; data=mxGetPr(prhs0); /获得指向矩阵的指针M=mxGetM(prhs0); /获得矩阵的行数N=mxGetN(prhs0); /获得矩阵的列数for(i=0;iM;i+) for(j=0;jN;j+) mexPrintf(%4.3f ,dataj*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dataj*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。但名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - 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/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(prhs0); M=mxGetM(prhs0); N=mxGetN(prhs0); plhs0=mxCreateDoubleMatrix(M,N,mxREAL); outData=mxGetPr(plhs0); for(i=0;iM;i+) for(j=0;jN;j+) outDataj*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，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#include mex.h void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs, int nrhs, const mxArray *prhs) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - 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(prhs0) mexErrMsgTxt(the Input Matrix must be double!n); inData=mxGetPr(prhs0); M=mxGetM(prhs0); N=mxGetN(prhs0); plhs0=mxCreateDoubleMatrix(M,N,mxREAL); outData=mxGetPr(plhs0); for(i=0;iM;i+) for(j=0;jN;j+) outDataj*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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - -