matlab和C/C++混合编程--Mex

　　最近的项目需要matlab和C的混合编程，经过一番努力终于完成了项目要解决的问题。现在就将Mex的一些经验总结一下，当然只是刚刚开始，以后随着学习的深入继续添加。首先讲讲写Mex的一些常规规定，然后我们会重点关注混合编程中最难解决数据的问题--结构到底如何转换，并且后面会重点说一下自己的程序。

一、Mex的结构

先看一个简单的程序（该程序保存在matlab主目录下名字是mexDemon.cpp，或者在主目录下新建一个.cpp文件)：

#include "mex.h"
//加入头文件，该头文件在VS2010中无法include，但是不影响其在matlab中的编译，反而在matlab编译还需要include它
#include <vector>
using namespace std;

void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],int nrhs,const mxArray *prhs[])
//mexFunction就类似于main函数
{
    //nlhs代表的是输出参数的个数
    //plhs是一个指针数组，里面的指针指向mxArray类型，每一个指针指向一个输出
    //nrhs代表的是输入参数的个数
    //prhs是一个指针数组，里面的指针指向mxArray类型，每一个指针指向一个输入

　　vector<vector<double> > array2d;
    double *z;
    plhs[0] = mxCreateDoubleMatrix( 5, 6, mxREAL);//第一个输出是一个5*6的矩阵
    z = mxGetPr(plhs[0]);//获得矩阵的第一个元素的指针
    array2d.resize(5);
    int ii = 0;
    for(int i = 0; i < 5; i++){
        for(int j = 0; j < 6; j++){
            z[i*6 + j] = ii; //指针访问矩阵是列优先的，请自己循环程序和分析输出结果
            ii++;
        }
    }
}  

/*
 *ans =

     0     5    10    15    20    25
     1     6    11    16    21    26
     2     7    12    17    22    27
     3     8    13    18    23    28
     4     9    14    19    24    29
 */

然后对Matlab编译应用程序mex的编译器进行设置，在命令窗口输入 Mex –setup。 然后跟着步骤走选择合适的编译器即可。

设置完编译器之后在命令窗口输入Mex mexDemon.cpp 进行编译生成.mexw64文件，生成之后便可以直接调用了，例如本例子可以这样调用，就是直接在命令窗口输入 a = mexDemon(); 返回值如上。

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二、C和Matlab的数据结构的转换

（1）数值的传递

matlab -> c++

x = mxGetScalar(prhs[0]);//该函数获取matlab传递过来的数值；

c++ -> matlab

plhs[] = mxCreateDoubleMatrix(,,mxREAL);//创建返回的矩阵，范围plhs[0]为mxArray类型
y = mxGetPr(plhs[]);//获取返回plhs[0]的数据地址，其后可以修改y的值就可以返回了

一个实例（numDemon.cpp)：

#include "mex.h"

void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[]){
    int x = mxGetScalar(prhs[0]); //将第一个输入参数转为Scalar标量，也就是单数值
    printf("%d\n", x); //打印

    double *y;
    plhs[0] = mxCreateDoubleMatrix(1,1,mxREAL); //让第一个输出参数指向一个1*1的矩阵
    y = mxGetPr(plhs[0]); //获得矩阵的第一个元素的指针
    *y = 10; //将其赋值为10
}

如下图在命令窗口编译：

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(2)矩阵的传入与传出

关于传出（c++到Matlab, 就是第一个例子），下面可以再给一个例子是如何从matlab传入到c++，看下面这段代码：

#include "mex.h"

void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[]){
    double *dataCursor;
    vector<vector<double> > parms;

    dataCursor = mxGetPr(prhs[0]); //得到输入矩阵的第一个元素的指针
    int mrows = mxGetM(prhs[0]);   //获得矩阵的行
    int ncols = mxGetN(prhs[0]);   //获得矩阵的列
    printf("%d_%d\n", mrows, ncols);  //打印行和列

    parms.resize(mrows);  //初始化
    for(int i = 0; i < mrows; i++){
        parms[i].resize(ncols);
    }

    for(int i = 0; i < mrows; i++){
        for(int j = 0; j < ncols; j++){
            parms[i][j] = dataCursor[j * mrows + i]; //拷贝矩阵的元素到vector of vector
        }
    }

}

同样在命令窗口编译即可。

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（3）字符串的传入与传出

matlab -> c++ （传入）

char *input_buf;
input_buf = mxArrayToString(prhs[0]);//使用mxArrayToString将mxArray转换为c、c++字符串

c++ -> matlab （传出）

char *output_buf;//定义字符串缓存
size_t buflen = (mxGetM(prhs[0]) * mxGetN(prhs[0])) + 1;//获取字符串长度，mxGetM获取行数，mxGetN获取列数
output_buf=mxCalloc(buflen, sizeof(char));//使用mxCalloc分配输出字符串数组
plhs[0] = mxCreateString(output_buf);//使用mxCreateString创建mxArray输出
mxfree(output_buf);

一个实例（strDemon.cpp)

#include "mex.h"
void revord(char *input_buf, size_t buflen, char *output_buf)
{
  mwSize i;
  if (buflen == 0) return;

  for(i=0;i<buflen-1;i++)
    *(output_buf+i) = *(input_buf+buflen-i-2);
}

void mexFunction( int nlhs, mxArray *plhs[],
                  int nrhs, const mxArray *prhs[])
{
    char *input_buf, *output_buf;
    size_t buflen;

    buflen = (mxGetM(prhs[0]) * mxGetN(prhs[0])) + 1; //因为本程序是翻转字符串，所以输入输出字符串的长度应该一样

    output_buf=mxCalloc(buflen, sizeof(char)); //申请空间

    input_buf = mxArrayToString(prhs[0]); //获得输入字符串

    revord(input_buf, buflen, output_buf); //翻转字符串

    plhs[0] = mxCreateString(output_buf);
    mxFree(input_buf);
    return;
}

同样编译一下即可。

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（4）cell的传入

#include "mex.h"

void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[]){
	mwSize cellNdim = mxGetNumberOfDimensions(prhs[0]); //这里介绍两个函数mxGetNumberOfDimensions和mxGetDimensions
	const int *cellColPtr = mxGetDimensions(prhs[0]);
	//mxGetDimensions: 就是返回一个指针ptr，每一个指针所指向的值是每一个维度的元素个数。例如有矩阵3*2的矩阵，那么*(ptr)为3，*（ptr+1)为2.
	//mxGetNumberOfDimensions: 返回mxArray的维度。
　	int cellNRow = *(label_dims);
    int cellNCol = *(label_dims + 1);

    mxArray *ptr;
    ptr = mxGetCell(prhs[0], 0); //获取cell的第0个元素，返回一个mxArray指针,第二个参数代表cell中元素的下标

    mxArray *cellOfCell;
    cellOfCell = mxGetCell(ptr, 0);    //当然cell里面可以还是cell，那么应该再样写

    mxArray *cellOfStr;
    char *chTmp;
    cellOfStr = mxGetCell(prhs[0], 0); //当然cell里面可以是字符串
    chTmp = mxArrayToString(cellOfStr);
    printf("%s\n", chTmp);
}

后面待补充结构体和cell数组的传出，暂时还没遇到这样的需求。再贴上几个参考网址：

1.http://blog.sina.com.cn/s/blog_9db9f81901013yv2.html

2.http://blog.sina.com.cn/s/blog_80202a090100uhup.html