C语言使用范围非常广,如何实现在matalb中执行C程序一直是大家关心的
比如我有一个用C语言写的函数,实现了一个功能,如一个简单的函数:
double add(double x,double y)
{
return x+y;
}
现在我想要在Matlab中使用它,比如输入:
>>a=add(1.1,2.2)
3.3000
要得出以上的结果,那应该怎样做呢?
解决方法之一是要通过使用MEX文件,MEX文件使得调用C函数和调用Matlab的内置函数一样方便。MEX
文件是由原C代码加上MEX文件专用的接口函数后编译而成的。可以这样理解,MEX文件实现了一种接口,它把在Matlab中调用函数时输入的自变量通过特定的接口调入了C函数,得出的结果再通过该接口调回Matlab。该特定接口的操作,包含在mexFunction这个函数中,由使用者具体设定。
所以现在我们要写一个包含add和mexFunction的C文件,Matlab调用函数,把函数中的自变量(如上例中的1.1和2.2)传给mexFunction的一个参数,mexFunction把该值传给add,把得出的结果传回给mexFunction的另一个参数,Matlab通过该参数来给出在Matlab语句中调用函数时的输出值(如上例中的a)。
值得注意的是,mex文件是与平台有关的,以我的理解,mex文件就是另类的动态链接库。在matlab6.5中使用mex-v选项,你可以看到最后mex阶段有类似如下的信息:
-->"del_lib94902.obj"
-->"p""
-->"del"test.lib""
也就是说,虽然在matlab6.5生成的是dll文件,但是中间确实有过lib文件生成。
比如该C文件已写好,名为add.c。那么在Matlab中,输入:
>>mex add.c
就能把add.c编译为MEX文件(编译器的设置使用指令mex-setup),在Windows中,MEX 文件类型为mexw32,即现在我们得出w32文件。现在,我们就可以像调用M函数那样调用MEX文件,如上面说到的例子。所以,通过MEX文件,使用C函数就和使用M 函数是一样的了。
我们现在来说mexFunction怎样写。
mexFunction的定义为:
void mexFunction(int nlhs,mxArray*plhs[],int nrhs,const mxArray*prhs[])
{
/*....................................*/
}
可以看到,mexFunction是没返回值的,它不是通过返回值把结果传回Matlab的,而是通过对参数plhs的赋值。mexFunction的四个参数皆是说明Matlab调用MEX文件时的具体信息,如这样调用函数时:
>>b=1.1;c=2.2;
>>a=add(b,c)
mexFunction四个参数的意思为:
nlhs=1,说明调用语句左手面(lhs-left hand side)有一个变量,即a。
nrhs=2,说明调用语句右手面(rhs-right hand side)有两个自变量,即b和c。
plhs是一个数组,其内容为指针,该指针指向数据类型mxArray。因为现在左手面只有一个变量,即该数组只有一个指针,plhs[0]指向的结果会赋值给a。
prhs和plhs类似,因为右手面有两个自变量,即该数组有两个指针,prhs[0]指向了b,prhs[1]指向了c。要注意prhs是const的指针数组,即不能改变其指向内容。
因为Matlab最基本的单元为array,无论是什么类型也好,如有double array、cell array、struct array……所以a,b,c都是array,b=1.1便是一个1x1的double array。而在C语言中,Matlab 的array使用mxArray类型来表示。所以就不难明白为什么plhs和prhs都是指向mxArray 类型的指针数组。
完整的add.c如下:
#include"mex.h"//使用MEX文件必须包含的头文件
//执行具体工作的C函数
double add(double x,double y)
{
return x+y;
}
//MEX文件接口函数
void mexFunction(int nlhs,mxArray*plhs[],int nrhs,const mxArray*prhs[])
{
double*a;
double b,c;
plhs[0]=mxCreateDoubleMatrix(1,1,mxREAL);
a=mxGetPr(plhs[0]);
b=*(mxGetPr(prhs[0]));
c=*(mxGetPr(prhs[1]));
*a=add(b,c);
}
mexFunction的内容是什么意思呢?我们知道,如果这样调用函数时:
>>output=add(1.1,2.2);
在未涉及具体的计算时,output的值是未知的,是未赋值的。所以在具体的程序中,我们建立一个1x1的实double矩阵(使用mxCreateDoubleMatrix函数,其返回指向刚建立的mxArray的指针),然后令plhs[0]指向它。接着令指针a指向plhs[0]所指向的mxArray的第一个元素(使用mxGetPr函数,返回指向mxArray的首元素的指针)。同样地,我们把prhs[0]和prhs[1]所指向的元素(即1.1和2.2)取出来赋给b
和c。于是我们可以把b和c作自变量传给函数add,得出给果赋给指针a所指向的mxArray中的元素。因为a是指向plhs[0]所指向的mxArray的元素,所以最后作输出时,plhs[0]所指向的mxArray赋值给output,则output便是已计算好的结果了。
上面说的一大堆指向这指向那,什么mxArray,初学者肯定都会被弄到头晕眼花了。很抱歉,
要搞清楚这些乱糟糟的关系,只有多看多练。
调用子程序的例子实际上mexFunction是没有这么简单的,我们要对用户的输入自变量的个数和类型进行测试,以确保输入正确。如在add函数的例子中,用户输入char array便是一种错误了。
从上面的讲述中我们总结出,MEX文件实现了一种接口,把C语言中的计算结果适当地返回给Matlab罢了。当我们已经有用C编写的大型程序时,大可不必在Matlab里重写,只写个接口,做成MEX文件就成了。另外,在Matlab程序中的部份计算瓶颈(如循环),可通过MEX文件用C语言实现,以提高计算速度。
以上是对mex文件的初步认识,下面详细介绍如何用c语言编写mex文件:
1为什么要用C语言编写MEX文件
MATLAB是矩阵语言,是为向量和矩阵操作设计的,一般来说,如果运算可以用向量或矩阵实现,其运算速度是非常快的。但若运算中涉及到大量的循环处理,MATLAB的速度的令人难以忍受的。解决方法之一为,当必须使用for循环时,把它写为MEX文件,这样不必在每次运行循环中的语句时MATLAB都对它们进行解释。
2编译器的安装与配置
要使用MATLAB编译器,用户计算机上应用事先安装与MATLAB适配的以下任何一种ANSI C/C++编译器:
5.0、
6.0版的MicroSoft Visual C++(MSVC)
5.0、5.2、5.3、5.4、5.5版的Borland C++
LCC(由MATLAB自带,只能用来产生MEX文件)
下面是安装与配置MATLAB编译器应用程序MEX的设置的步骤:
(1)在MATLAB命令窗口中运行mex–setup,出现下列提示:
Please choose your compiler for building external interface(MEX)files:
Would you like mex to locate installed compilers[y]/n?
(2)选择y,MATLAB将自动搜索计算机上已安装的外部编译器的类型、版本及所在路径,并列出来让用户选择:
Select a compiler:
[1]Borland C++Builder version6.0in C:\Program Files\Borland
[2]Digital Visual Fortran version6.0in C:\Program Files\Microsoft Visual Studio
[3]Lcc C version2.4in D:\MATLAB6P5P1\sys\lcc
[4]Microsoft Visual C/C++version6.0in C:\Program Files\Microsoft Visual Studio [0]None
Compiler:
(3)选择其中一种(在这里选择了3),MATLAB让用户进行确认:
Please verify your choices:
Compiler:Lcc C2.4
Location:D:\MATLAB6P5P1\sys\lcc
Are these correct?([y]/n):
(4)选择y,结束MATLAB编译器的配置。
3一个简单的MEX文件例子
【例1】用m文件建立一个1000×1000的Hilbert矩阵。
tic
m=1000;
n=1000;
a=zeros(m,n);
for i=1:1000
for j=1:1000
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