matlab与C语言混合编程.docx
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matlab与C语言混合编程.docx
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matlab与C语言混合编程
用C编写mex程序
大家都知道,matlab是一种解释型的编程环境,也就是说,跟以前的basic一样,是读
一句执行一句的。
这样做可以很方便的实现编程过程中的交互,也免去了麻烦又耗时的
编译过程。
但凡事有一利必有一弊,matlab在执行时速度慢也就根源于此。
在matlab里
tic
fori=1:
10000
b(i)=a(10001-i);
end
怎么样,是不是很慢?
你的程序里如果再多几个这样的循环,运行速度就可想而知了。
上面程序的功能是将向量a里的数据逆序赋给向量b。
下面的程序可以实现相同的功能
tic
b=a(10000:
-1:
1);
为什么这个程序运行速度就这么快呢?
这是因为matlab里的基础矩阵运算函数,像转
置,复制等等,都是以二进制程序的形式存在的,运行起来速度当然比解释执行10000次
所以编matlab程序时,应该尽量避免用循环语句,而使用等效的矩阵运算。
虽然这样
但总是有的时候没法找到对应的矩阵运算来等效,或编出来的程序复杂得让人没法修
简单地说,mex程序就是根据一定的接口规范(mtlab提出的)编写的一个dll,matla
比如我编了一个mex函数,名字叫max2.dll,那么只要把这个dll所在的目录加到matlab
的搜索路径里(用addpath),就可以像调用普通matlab函数一样来调用它了。
因为把
循环体放到了二进制程序中,执行速度快得多。
Mex文件既可以用c,也可以用fortran来编。
因为我用的是c语言,所以下面的介绍都
是用c语言编写mex文件的方法。
如果你用的是fortran,请你自己去看Apiguide.pdf,里
面有详细说明。
前面说到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。
这
Matlab5.1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Wat
comC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,只要在Matlab里键入 mex-setup
,就会出现一个DOS方式窗口,下面只要根据提示一步步设置就可以了。
由于我用的是w
听说Matlab5.2已经内置了C语言的编译器,那么下面的这些可能就用不着了。
可惜现
需要注意的是,在设置编译器路径时,只能使用路径名称的8字符形式。
比如我用的V
C5装在路径C:
\PROGRAMFILES\DEVSTUDIO下,那在设置路径时就要写成:
C:
\PROGRA~1
这样设置完之后,mex就可以执行了。
为了测试你的路径设置正确与否,把下面的程序
存为hello.c。
#include"mex.h"
voidmexFunction(intnlhs,mxArray*plhs[],intnrhs,constmxArray*prhs[])
{
mexPrintf("hello,world!
\n");
}
假设你把hello.c放在了C:
\TEST\下,在Matlab里用CDC:
\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:
mexhello.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!
看看C\TEST\目录下,你会发现多了一个文件:
HELLO.DLL。
这样,第一个mex函数就算完成了。
怎么样,很简单吧。
下一次,会对这个最简单的程
序进行分析,并给它增加一些功能。
分析hello.c,可以看到程序的结构是十分简单的,整个程序由一个接口子过程
mexFunction构成。
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和plhs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。
为了让大家能更直观地了解参数传递的过程,我们把hello.c改写一下,使它能根据输
入参数的变化给出不同的屏幕输出:
//hello.c2.0
#include"mex.h"
voidmexFunction(intnlhs,mxArray*plhs[],intnrhs,constmxArray*prhs[])
{
inti;
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!
现在,程序hello已经可以根据输入参数来给出相应的屏幕输出。
在这个程序里,除了用
到了屏幕输出函数mexPrintf(用法跟c里的printf函数几乎完全一样)外,还用到了一
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。
既然有标量,显然还应该有矢量,否则矩阵就没法传了。
看下面的程序:
//hello.c2.1
#include"mex.h"
voidmexFunction(intnlhs,mxArray*plhs[],
intnrhs,constmxArray*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.c1.0
#include"mex.h"
voidmexFunction(intnlhs,mxArray*plhs[],intnrhs,constmxArray*prhs[])
{
double*data;
intM,N;
inti,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 { for(j=0;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(intm,intn,mxComplexityComplexFlag) 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.c1.0 #include"mex.h" voidmexFunction(intnlhs,mxArray*plhs[], intnrhs,constmxArray*prhs[]) { double*inData; double*outData; intM,N; inti,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 for(j=0;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 #include"mex.h" voidmexFunction(intnlhs,mxArray*plhs[], intnrhs,constmxArray*prhs[]) { double*inData; double*outData; intM,N; //异常处理 if(nrhs! =1) mexErrMsgTxt("USAGE: b=reverse(a)\n"); if(! mxIsDouble(prhs[0])) mexErrMsgTxt("theInputMatrixmustbedouble! \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 for(j=0;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。 MexErrMsgT xt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。 下面会在介绍几个非常有用的 函数调用。 如果有足够的时间,也许还会有一个更复杂一些的例程。 我们之所以使用Matlab,很重要的考虑是Matlab提供了相当丰富的矩阵运算函数和各 种toolbox。 在编制mex函数时,有时我们也会遇到一些操作,在Matlab下,只需要一个 为了在mex函数里调用Matlab命令,我们就需要用到一个函数mexCallMATLAB,原型如下: intmexCallMATLAB(intnlhs,mxArray*plhs[],intnrhs,mxArray*prhs[], constchar*command_name); 有了前面的基础,使用这个函数就显得十分容易了。 下面给出一个例程,功能是将输入 #include"mex.h" voidmexFunction(intnlhs,mxArray*plhs[], intnrhs,constmxArray*prhs[]) { double*inData; mxArray*IN[1]; mxArray*OUT[1]; double*outData; intM,N; inti,j; //异常处理 if(nrhs! =1) mexErrMsgTxt("USAGE: b=rot(a)\n"); if(! mxIsDouble(prhs[0])) mexErrMsgTxt("theInputMatrixmustbedouble! \n"); //计算转置 if(mexCallMATLAB(1,OUT,1,prhs,"'")) mexErrMsgTxt("Errorwhencompute! \n"); //根据输入参数数目决定是否显示 if(nlhs==0) mexCallMATLAB(0,IN,1,OUT,"disp"); else plhs[0]=OUT[0]; } Matlab与C语言的应用接口程序 时间: 2011-06-0421: 41: 10来源: 作者: Matlab与C语言的应用接口程序 、理解几个常用的socket函数 #include #include intsocket(intdomain,inttype,intportocol); domain指所使用的协议族(family)可以为AF_UNIX和AF_INET,一般只用AF_INET(指Internet)type指所用的传输类型,可以为SOCK_STERAM(面向连接的TCP),和SOCK_DGRAM(面向无连接的udp) intbind(ints,conststructsockaddr*address,size_taddress_len); s为socket返回的文件描述符 address为协议族名称和其他信息 具体结构为structsockaddr_in{ shortsin_family;/*协议族 u_shortsin_port;/*端口*/ structin_addrsin_addr;/*地址*/ charsin_zero[8]; }; intlisten(ints,intbacklog); backlog为容许的请求数目 intaccept(ints,structsockaddr*address,int*address_len); 这里的前两个参数同上 addres_len是要传递一个记有结构大小的地址 intconnect(ints,structsockaddr*address,size_taddress_len); 这里的参数意义同bind 2.理解建立程序的一般调用过程 要建立一个处理连接的服务器端程序,首先要调用socket函数创建一个socket,返回一个文件句柄fd,使以后对它的操作就象对普通文件设备一样读写。 由于是服务器端必须对一个断口进行监听其他机器的请求,所以接下去调用bind函数,传入刚才的fd,定义好地址和端口,由于是要接受来自任何host的连接所以应讲sin_addr赋为INADDR_ANY,port为你所设定的端口。 注意: 这里的地址和端口是网络字节顺序,所以要调用htonl,htons完成主机字节顺序 到网络字节的转变 接下来就是监听listen,调用accept接受来自客户端的请求,accpet返回连接后的文件描述符,你就可以用它进行收发信息(对应于read,write)这样的一个过程就是socket->bind->listen->accpet->Read,write 而对于客户端则是socket->connect->read,write 三、C语言程序MEX文件实例 MATLAB5API提供了一系列程序来处理MATLAB所支持的各种数据类型,每一种数据类型都有对应函数共你使用来处理对应的数据。 下面给出一个简单的C语言程序和与之对应的MEX文件代码,该程序的功能是将标量x加倍。 #include"math.h" voidtimestwo(doubley[],doublex[]) { y[0]=2.0*x[0]; return; } 下面是与C语言程序功能相同的MEX文件: #include"mex.h" voidtimestwo(doubley[],doublex[]) { y[0]=2.0*x[0]; } voidmexFunction(intnlhs,mxArray*plhs[],intnrhs,constmxArray*prhs[]) { double*x,*y; intmrows,ncols; /*检查正确的参数数目*/ if(nrhs! =1){ mexErrMsgTxt("需要一个输入参数."); } elseif(nlhs>1){ mexErrMsgTxt("输出参数太多."); } /*输入变量必须是非复数类型的标量*/ mrows=mxGetM(prhs[0]); ncols=mxGetN(prhs[0]); if(! mxIsDouble(prhs[0])||mxIsComplex(prhs[0])||! (mrows==1&&ncols==1)){ mexErrMsgTxt("输入变量必须是非复数类型的标量."); } /*为返回参数创建矩阵*/ plhs[0]=mxCreateDoubleMatrix(mrows,ncols,mxREAL); /*分配输入输出参数的指针*/ x=mxGetPr(prhs[0]); y=mxGetPr(plhs[0]); /*调用timestwo子函数*/ timestwo(y,x); } C语言是在编译的时候检查函数参数。 MATLAB可以在M函数中传递任意数量和类型的参数,MEX文件也是如此,不过在程序中必须可靠地处理输入输出参数的数目。 如果将上面的MEX文件命名为timestwo.c,就可以对它进行编译和链接,在MATLAB命令窗口下输入: mextimestwo.c 这是产生MEX文件timestwo.***所必需的步骤,该文件的扩展名所运行的系统平台的类型。 Windows系统下,扩展名为dll。 此时,就可以象调用M函数一样调用timestwo了。 在MATLAB命令窗口中输入: x=2; y=timestwo(x); 就可以得到: y=4; 四、小结 MEX文件虽然具有较强大的功能,但并不是对所有的应用都恰当。 MATLAB是一个高效率的编程系统,特别适合于工程计算、系统仿真等应用。 它的最大优点就是将人们从繁杂的程序中解放出来。 因此,能够用M文件完成的程序,应尽量使用MATLAB编写,除非遇到必须使用MEX文件的情况。 MATLAB的应用编程接口是一个功能强大的系统,除了调用C或Fortran程序,还可以实现从MATLAB环境中输入输出数据、在MATLAB中和其他程序建立客户/服务器关系等功能。
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