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Matlab调用C语言mexFunction入口函数


文章目录

    • 一、什么是MEX-file
    • 二、如何创建可供Matlab直接调用的MEX-file
        • 1.安装Matlab支持的C/C++编译器
        • 2.创建.c/.cpp文件
    • 三、输入数据操作
        • 1、传入整数类型数据
        • 2、传入double类型数据
        • 3、传入矩阵类型数据
    • 四 、输出数据操作
  • 参考资料

??Matlab与C/C++混合编程有很多种方式，分别适用于不同的情况。
  • 程序主体用Matlab编写，有一些特别耗时的函数用C/C++改写来提高效率，或者已经有现成的C/C++函数，应用到Matlab程序中（本文属于这种情况）
  • 程序主体用C/C++编写，部分程序想调用Matlab函数减少开发时间，本文不涉及这种情况，建议读者自行查阅Matlab帮助文档
??Matlab 可以调用C编译器编译的C程序，通过MEX文件的调用，其调用方式与MATALAB的内建函数完全相同，只需要在命令窗口内输入对应的文件名称即可。
一、什么是MEX-file ??简单来说MEX-file是一种预编译的，用其他语言（C/C++,Fortran）编写的函数库，可以直接被Matlab调用。
??正如前面提到的，这种方式适用于两种情况：
  • 程序中有一部分代码耗时巨大，想通过改写这部分函数提高速度
  • 已经有大量C/C++或Fortran的函数库，想直接用Matlab调用，避免重复开发
??这两种情况用MEX-file的这种方案来解决都是非常合适的，因为这种调用方式非常方便，你需要注意地只是数据结构的转换。这种方式支持C/C++和Fortran，本文主要讲C/C++。
??C语言MEX程序代码文件有 计算子例程（Computational routine）和接口子程序（GatWay routine）两个相互独立的子程序组成。其中，计算子例程 的功能是完成所需要的计算，它和具有相同功能的一般C源程序文件相同；接口子程序 的功能则是计算子程序和MATALAB的接口，用户实现两个不同内存空间中的通信。
二、如何创建可供Matlab直接调用的MEX-file 1.安装Matlab支持的C/C++编译器 2.创建.c/.cpp文件 ??这一步可以用Matlab的编辑器也可以用其他你喜欢的编辑器，需要注意的是： 将来在Matlab中调用的函数名即为此处你创建的文件名，而不是文件内的函数名
??MEX-file的内容，一个完整的MEX-file应该包括：
  • #include MEX-file头文件
  • mexFunction 入口函数（C/C++中的main函数）
  • 输入输出的数据的校验
  • 变量的传递
  • 你自己编写的功能函数
  • mexFunction 入口函数
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[]) nlhs：函数左侧，输出参数数目(Left-hand side) plhs：函数左侧，指向输出参数的指针 nrhs：函数右侧，输入参数数目 prhs：函数右侧，指向输入参数的指针

例如，使用
[a,b]=test(c,d,e)
  • 当调用mex函数test时，传给test的这三个参数分别是： 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[i] 和 plhs[i]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Api guide.pdf里的介绍。
三、输入数据操作 1、传入整数类型数据 ??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.cpp 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"); }

??在matlab命令窗口中输入： mex hello.cpp 进行编译后，然后在输入命令：hello(1) 和 hello(0) 会得到如下图所示的结果。
Matlab调用C语言mexFunction入口函数
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??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(prhs[0]);

【Matlab调用C语言mexFunction入口函数】??"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型变量i i 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：
2、传入double类型数据
#include "mex.h" void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[]) { double *i; i=mxGetPr(prhs[0]); //get input parameter if(i[0]==1) mexPrintf("hello,world!\n"); else mexPrintf("大家好！！！！\n"); }

??在上面的程序中，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、传入矩阵类型数据 ??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。下面程序的功能，就是获得输入的矩阵，把它在屏幕上显示出来：
#include "mex.h"void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[]) { double *data; int M, N; int i, j; data = https://www.it610.com/article/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

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??对输入数据进行操作，需要通过MEX函数mxGetPr 得到数据的指针地址。 mxGetM 和 mxGetN 得到矩阵数据的行和列 (返回整数)。对于实矩阵，我们可以定义double *data 来对实矩阵数据操作(不过似乎是，plhs, prhs都是指向double类型的指针，所以data定义成double*类型的)
??需要注意的是，MATLAB矩阵数据的存储顺序是"从上到下，从左到右"，(即按列存取)。另外，MATLAB的指标从1开始，C的指标从0开始，也就是说对于 MATLAB 的m × n m \times n m×n 的矩阵 A。 A(1,1) 就是 *data，A(2,1) 就是 *(data+1) ，以此类推，A(i, j) 就是 (data+ m(j-1) + (i-1)).
四 、输出数据操作 ??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，功能是将输入的矩阵进行逆操作。
#include "mex.h"void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[]) { double *inData; double *outData; int M,N; int i,j; if(nrhs!=1)//输入参数的个数为0 mexErrMsgTxt("USAGE: b=reverse(a)\n"); if(!mxIsDouble(prhs[0]))//输入的参数不是double型 { mexErrMsgTxt("the Input Matrix must be double!\n"); } else { inData = https://www.it610.com/article/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

执行列的逆序排列：outData[j*M+i] = inData[(N-1-j)*M+i]
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执行行列转置：outData[j*M+i] = inData[i*M+j];
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??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。
??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mex前缀的则大多是与Matlab环境进行交互的函数，如mexPrintf，mexErrMsgTxt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。
参考资料
  • MATLAB中mexFunction函数的接口规范https://blog.csdn.net/yshshhgxq/article/details/91351535
  • Matlab与C/C++混合编程 Matlab调用C函数https://www.cnblogs.com/ynnie/p/9239347.html

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