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。

 

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! 

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
[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: 
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Apiguide.pdf里的介绍。 

 

//hello.c 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"); 
}

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!

用到了一个函数:mxGetScalar,调用方式如下: 
   i=mxGetScalar(prhs[0]); 
"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。

 

//hello.c 2.1 
#include "mex.h" 
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], 
int nrhs, const mxArray *prhs[]) 
{ 
int *i; 
i=mxGetPr(prhs[0]); 
if(i[0]==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。 
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[]) 
{ 
double *data; 
int M,N; 
int i,j; 
data=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++) 
     mexPrintf("%4.3f  ",data[j*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  

 

 

//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(prhs[0]); 
M=mxGetM(prhs[0]); 
N=mxGetN(prhs[0]); 
plhs[0]=mxCreateDoubleMatrix(M,N,mxREAL); 
outData=mxGetPr(plhs[0]); 
for(i=0;i<M;i++) 
  for(j=0;j<N;j++) 
   outData[j*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[]) 
{ 
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(prhs[0])) 
   mexErrMsgTxt("the Input Matrix must be double!/n"); 
   inData=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<M;i++) 
     for(j=0;j<N;j++) 
     outData[j*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。 

 

 

 

 

 

 

 

posted on 2012-04-23 21:21 刘晓辉 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏

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