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Matlab调用C语言函数

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 osc_z1hvg4cu
发布于 2018/04/24 22:18
字数 1374
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mex

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Matlab调用C语言函数

如果我有一个用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)。
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add.mexw32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:
// add.c
#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。
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。
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