Matlab调用C程序 分类： Matlab c/c++ 2015-01-06 19:18 464人阅读 评论(0) 收藏

Matlab是矩阵语言，如果运算可以用矩阵实现，其运算速度非常快。但若运算中涉及到大量循环，Matlab的速度令人难以忍受的。当必须使用for循环且找不到对应的矩阵运算来等效时，可以将耗时长的函数用C语言实现，并编译成Mex文件，Matlab便可以像调用内建函数一样调用C编写的函数。Mex文件其实是一种动态链接库，旧版本Matlab可以直接调用.dll，新版本要调用.mexw32或.mexw64文件。

编译过程需要C语言编译器，在Matlab中键入mex –setup进行安装与配置。

MEX文件的源代码组成：

(1)功能子程序。该过程包含了Mex文件实现计算功能的代码，是标准的C语言子程序。

(2)入口子程序。该过程提供功能子程序与Matlab之间的接口，以mexFunction函数实现。注意，入口过程的名称必须是mexFunction，并且包含四个参数，即

void mexFunction(int nlhs,mxArray*plhs[],int nrhs,const mxArray *prhs[])；

nrhs(left hand side): 输入参数的个数；

prhs是一个输入数组，其内容为指针，指向mxArray类型的数据（MATLAB中所有数据都是以矩阵的形式mxArray保存的）。

nlhs, plhs含义类似。

具体地，若在Matlab中执行[a,b]=test(c,d,e) ，则nlhs=2, nrhs=3，prhs[0]指向c，prhs[1]指向d，prhs[2]指向e(可以理解为：prhs[0]=&c, prhs[1]=&d, prhs[2]=&e)，注意prhs是const指针数组，故不能改变其指向内容；函数返回时将plhs[0]，plhs[1]指向的内容赋给a，b(可以理解为a=*plhs[0]， b=*plhs[1])。

例：新建add.c，源码如下：

#include "mex.h"
double add(double x, double y)
{
    return x + y;
}
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);
}

将add.c拷贝至Matlab当前目录，执行mex add.c，生成add.mexw64，该文件实现求和功能。此时便可在Matlab中调用该函数：

>> output = add(1.1, 2.2);

分析：

#include "mex.h"

Mex源文件必须包含mex.h，该头文件提供了大量Matlab与C(或Fortran)语言的之间的接口函数，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；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。具体可参考Apiref.pdf。

plhs[0] = mxCreateDoubleMatrix(1, 1,mxREAL)；

建立一个1x1的double类型的矩阵，返回刚建立的mxArray的地址，赋给指针plhs[0]；

a = mxGetPr(plhs[0])；

返回指针plhs[0]所指向矩阵的第一个实数的地址，并赋给a；

b = *(mxGetPr(prhs[0]))；

获取指针prhs[0]指向矩阵的第一个实数，并赋给b；

*a = add(b, c)；

调用C程序add，计算b,c之和并赋给a指向的内容；

例：新建myhilb.c，源码如下：

#include "mex.h"
void myhilb(double *y,int n)
{
    int i,j;
    for(i=0;i<n;i++)
        for(j=0;j<n;j++)
            *(y+j+i*n)=1/((double)i+(double)j+1);
}
void mexFunction(int nlhs,mxArray *plhs[],int nrhs,const mxArray *prhs[])
{
    double x,*y;
    if (nrhs!=1)
        mexErrMsgTxt("One inputs required.");
    if (!mxIsDouble(prhs[0])||mxGetN(prhs[0])*mxGetM(prhs[0])!=1)
        mexErrMsgTxt("Input must be scalars.");
    x=mxGetScalar(prhs[0]);
    plhs[0]=mxCreateDoubleMatrix(x,x,mxREAL);
    y=mxGetPr(plhs[0]);
    myhilb(y,(int)x);
}

将myhilb.c拷贝至Matlab当前目录，执行mex myhilb.c，生成myhilb.mexw64，该文件实现了计算Hilbert矩阵的功能(Hilbert矩阵：H(i,j)=1/(i+j-1))。

此时便可在Matlab中调用该函数：

>> output = myhilb (6);

分析：

mexFunction中进行了参数检查，函数mexErrMsgTxt显示出错信息后即退回到MATLAB。

mxGetScalar：获取输入矩阵第一个元素的实数部分；mxGetM：获取矩阵的行数。

为了测试一下Mex文件与m文件的速度差异，编写m文件并运行之：

tic
m=10000;
a=zeros(m,m);
for i=1:m
     for j=1:m
         a(i,j)=1/(i+j);
     end
end
toc

结果：Elapsed time is3.620924 seconds.

接着运行Mex文件

tic
output = myhl(10000);
toc

结果：Elapsed timeis 0.730596 seconds.

可以看出Mex文件与M文件速度差异很大。

VS2010生成Mex文件（本人64位操作系统）

上述利用Matlab编译生成Mex文件，同样也可以使用VS2010生成Mex文件，只不过需要对VS环境进行配置，过程如下：

1、  新建一个win32 控制台的dll 空项目”myhilb”；

2、  新建源文件myhilb.c，将上述myhilb.c内容拷进即可；

3、  添加.def文件，内容为：

LIBRARY

EXPORTSmexFunction

4、  配置项目属性, 打开项目属性配置页:

(1)C/C++—>常规—>附加包含目录,输入matlab下安装目录下\extern\include

本人输入E:\Matlab2010\Install\extern\include

(2)链接器->常规—>附加库目录，输入matlab下安装目录下\extern\lib\win64\microsoft

本人输入E:\Matlab2010\Install\extern\lib\win64\microsoft

(3)连接器 ->输入->附加依赖项，输入

libmx.lib

libeng.lib

libmat.lib

libmex.lib

(4)链接器->常规—>输出文件，输入$(OutDir)$(TargetName).mexw64（若此处不更改，可在生成dll文件后将后缀名改为mexw64即可，这也验证了Mex实际上就是DLL，只是后缀名不同罢了）

(5)链接器->高级—>目标计算机，设为MachineX64(32位系统不用更改)

设置好点击应用，执行了(5)的64位系统还需要在执行：

生成—>配置管理器—>活动解决平台，改为x64

5、按F7编译工程，会在Debug下生成.mexw64文件，如下图：

VS中单步调试Mex文件

在Matlab环境下使用 mex  –g myhilb.c命令进行调试，但无法加断点进行单步调试，故需转到VS环境下调试。

不管是利用VS还是利用Matlab生成Mex文件，只要有c源文件和Mex文件就可以利用VS对Mex源程序加断点进行单步调试（我们用上面myhilb.c和myhilb.mexw64做测试）。

1、将Matlab当前目录改为Mex文件(C文件)所在目录；

2、在VS2010中打开C文件，调试—>附加到进程，附加MATLAB.exe；

3、VS中在C源码中添加断点，在Matlab命令窗口调用Mex文件提供的接口；

如Matlab执行：out=myhilb(6)；

此时，VS2010中便可按F10进行单步调试：

要说明的是，在调试阶段Matlab处于假死状态，另外，Matlab调用了Mex文件后需要执行clear all命令后才能删除Mex文件；

同样地，若利用VS生成Mex文件后直接将Matlab当前目录改至Debug目录进行调试，则调试完必须执行clear all指令才能重新编译工程。

参考：

http://blog.sina.com.cn/s/blog_468651400100coas.html

http://www.cppblog.com/xiaozhixd/articles/108490.html

http://www.linuxidc.com/Linux/2012-08/68148.htm

http://blog.sina.com.cn/s/blog_a7e72e940101cti9.html

http://blog.csdn.net/raodotcong/article/details/6317273

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