matlab调用c语言编程.doc

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1、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ticfor i=1:10000b(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ticb=a(10000:-1:1);为什么这个程序运行速度就这么快呢？这是因为m

2、atlab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

3、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，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

4、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VC5装在路径 C:PROGRAM FILESDEVSTUDIO下，那在设置路径时就要写成：C:PROGRA1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.hvoid mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs, int nrhs, const mxArray *prhs)mexPrintf(hell

5、o,world!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：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CTEST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

6、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：prhs0=cprhs1=dprhs2=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，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

7、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.hvoid mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs, int nrhs, const mxArray *prhs)int i;i=mxGetScalar(prhs0);if(i=1)mexPrintf(hello,world!n);elsemexPrintf(大家好！n);将这个程序编译通过后，执行hello(1),屏幕

8、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(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

9、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.hvoid mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs,int nrhs, const mxArray *prhs)int *i;i=mxGetPr(prhs0);if(i0=1)mexPrintf(hello,world!n);elsemexPrintf(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mx

10、GetPr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.hvoid mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs, int nrhs, const mxArray *prhs)double *data;int M,N;int i,j;data=mxGetPr(prhs0); /获得指向矩阵的指针M=mxGetM(prhs0)

11、; /获得矩阵的行数N=mxGetN(prhs0); /获得矩阵的列数for(i=0;iM;i+) / i 表示行，j 表示列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Matla

12、b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

13、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.c 1.0#include mex.hvoid mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs, int nrhs, const mxArray *prhs)double *inData;double *outData;int M,N;int i,j;inData=mxGetPr(prhs0);M=m

14、xGetM(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

15、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.hvoid mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs, int nrhs, const mxArray *prhs)double *inData;double *outData;int M,N;/异常处理if(nrhs!=1)mexErrMsgTxt(USAGE: b=reverse(a)n);if(!mxIsDouble(prhs0)mexErrMsgTxt(the Input Ma

16、trix 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

17、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

18、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：int mexCallMATLAB(int nlhs, mxArray *plhs, int nrhs, mxArray *prhs, const char *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.hvoid mex

19、Function(int nlhs, mxArray *plhs, int nrhs, const mxArray *prhs)double *inData;mxArray *IN1;mxArray *OUT1;double *outData;int M,N;int i,j;/异常处理if(nrhs!=1)mexErrMsgTxt(USAGE: b=rot(a)n);if(!mxIsDouble(prhs0)mexErrMsgTxt(the Input Matrix must be double!n);/计算转置if(mexCallMATLAB(1,OUT,1,prhs,)mexErrMsgTxt(Error when compute!n);/根据输入参数数目决定是否显示if(nlhs=0)mexCallMATLAB(0,IN,1,OUT,disp);elseplhs0=OUT0;