如何让matlab用mex与C连接使用有例子.docx

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如何让matlab用mex与C连接使用有例子

如何让matlab用mex与C连接使用

2010-10-1007:

12

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：

doubleadd（doublex,doubley）

{returnx+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）。

值得注意的是，mex文件是与平台有关的，以我的理解，mex文件就是另类的动态链接库。

在matlab6.5中使用mex-v选项，你可以看到最后mex阶段有类似如下的信息：

-->"del_lib94902.obj"

-->"del"test.exp""

-->"del"test.lib""

也就是说，虽然在matlab6.5生成的是dll文件，但是中间确实有过lib文件生成。

比如该C文件已写好，名为add.c。

那么在Matlab中，输入：

>>mexadd.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：

voidmexFunction（intnlhs,mxArray*plhs[],intnrhs,constmxArray*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－lefthandside）有一个变量，即a。

nrhs=2，说明调用语句右手面（rhs－righthandside）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doublearray、cellarray、structarray……所以a,b,c都是array，b=1.1便是一个1x1的doublearray。

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：

#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

doubleadd（doublex,doubley）

{

   returnx+y;

}

//MEX文件接口函数

voidmexFunction（intnlhs,mxArray*plhs[],intnrhs,constmxArray*prhs[]）

{

   double*a;

   doubleb,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chararray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。

以上是对mex文件的初步认识，下面详细介绍如何用c语言编写mex文件：

1为什么要用C语言编写MEX文件

MATLAB是矩阵语言，是为向量和矩阵操作设计的，一般来说，如果运算可以用向量或矩阵实现，其运算速度是非常快的。

但若运算中涉及到大量的循环处理，MATLAB的速度的令人难以忍受的。

解决方法之一为，当必须使用for循环时，把它写为MEX文件，这样不必在每次运行循环中的语句时MATLAB都对它们进行解释。

2编译器的安装与配置

要使用MATLAB编译器，用户计算机上应用事先安装与MATLAB适配的以下任何一种ANSIC/C++编译器：

5.0、6.0版的MicroSoftVisualC++（MSVC）

5.0、5.2、5.3、5.4、5.5版的BorlandC++

LCC（由MATLAB自带，只能用来产生MEX文件）

下面是安装与配置MATLAB编译器应用程序MEX的设置的步骤：

（1）在MATLAB命令窗口中运行mex–setup，出现下列提示：

Pleasechooseyourcompilerforbuildingexternalinterface（MEX）files:

Wouldyoulikemextolocateinstalledcompilers[y]/n?

（2）选择y，MATLAB将自动搜索计算机上已安装的外部编译器的类型、版本及所在路径，并列出来让用户选择：

Selectacompiler:

[1]BorlandC++Builderversion6.0inC:

\ProgramFiles\Borland

[2]DigitalVisualFortranversion6.0inC:

\ProgramFiles\MicrosoftVisualStudio

[3]LccCversion2.4inD:

\MATLAB6P5P1\sys\lcc

[4]MicrosoftVisualC/C++version6.0inC:

\ProgramFiles\MicrosoftVisualStudio

[0]None

Compiler:

（3）选择其中一种（在这里选择了3），MATLAB让用户进行确认：

Pleaseverifyyourchoices:

Compiler:

LccC2.4

Location:

D:

\MATLAB6P5P1\sys\lcc

Arethesecorrect?

（[y]/n）:

（4）选择y，结束MATLAB编译器的配置。

3一个简单的MEX文件例子

【例1】用m文件建立一个1000×1000的Hilbert矩阵。

tic

m=1000;

n=1000;

a=zeros（m,n）;

fori=1:

1000

    forj=1:

1000

        a（i,j）=1/（i+j）;

    end

end

toc

在matlab中新建一个Matlab_1.cpp文件并输入以下程序：

#include"mex.h"

//计算过程

voidhilb（double*y,intn）

{

   inti,j;

   for（i=0;i

       for（j=0;j

           *（y+j+i*n）=1/（（double）i+（double）j+1）;

}

//接口过程

voidmexFunction（intnlhs,mxArray*plhs[],intnrhs,constmxArray*prhs[]）

{

   doublex,*y;

   intn;

   if（nrhs!

=1）

       mexErrMsgTxt（"Oneinputsrequired."）;

   if（nlhs!

=1）

       mexErrMsgTxt（"Oneoutputrequired."）;

   if（!

mxIsDouble（prhs[0]）||mxGetN（prhs[0]）*mxGetM（prhs[0]）!

=1）

       mexErrMsgTxt（"Inputmustbescalars."）;

   x=mxGetScalar（prhs[0]）;

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

   n=mxGetM（plhs[0]）;

   y=mxGetPr（plhs[0]）;

   hilb（y,n）;

}

该程序是一个C语言程序，它也实现了建立Hilbert矩阵的功能。

在MATLAB命令窗口输入以下命令：

mexMatlab_1.cpp，即可编译成功。

进入该文件夹，会发现多了两个文件：

Matlab_1.asv和Matlab_1.dll，其中Matlab_1.dll即是MEX文件。

运行下面程序：

tic

a=Matlab_1（1000）;

toc

elapsed_time=

    0.0470

由上面看出，同样功能的MEX文件比m文件快得多。

4MEX文件的组成与参数

MEX文件的源代码一般由两部分组成：

（1）计算过程。

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）入口过程。

该过程提供计算过程与MATLAB之间的接口，以入口函数mxFunction实现。

在该过程中，通常所做的工作是检测输入、输出参数个数和类型的正确性，然后利用mx-函数得到MATLAB传递过来的变量（比如矩阵的维数、向量的地址等），传递给计算过程。

MEX文件的计算过程和入口过程也可以合并在一起。

但不管那种情况，都要包含#include"mex.h"，以保证入口点和接口过程的正确声明。

注意，入口过程的名称必须是mexFunction，并且包含四个参数，即：

voidmexFunction（intnlhs,mxArray*plhs[],intnrhs,constmxArray*prhs[]）

其中，参数nlhs和nrhs表示MATLAB在调用该MEX文件时等式左端和右端变量的个数，例如在MATLAB命令窗口中输入以下命令：

[a,b,c]=Matlab_1（d,e,f,g）

则nlhs为3，nrhs为4。

MATLAB在调用MEX文件时，输入和输出参数保存在两个mxArray*类型的指针数组中，分别为prhs[]和plhs[]。

prhs[0]表示第一个输入参数，prhs[1]表示第二个输入参数，…，以此类推。

如上例中，d→prhs[0]，e→prhs[1]，f→prhs[2]，f→prhs[3]。

同时注意，这些参数的类型都是mxArray*。

接口过程要把参数传递给计算过程，还需要从prhs中读出矩阵的信息，这就要用到下面的mx-函数和mex-函数。

5常用的mex-函数和mx-函数

在MATLAB6.5版本中，提供的mx-函数有106个，mex-函数有38个，下面我们仅介绍常用的函数。

5.1入口函数mexFunction

该函数是CMEX文件的入口函数，它的格式是固定的：

voidmexFunction（intnlhs,mxArray*plhs[],intnrhs,constmxArray*prhs[]）

说明：

MATLAB函数的调用方式一般为：

[a,b,c,…]=被调用函数名称（d,e,f,…），nlhs保存了等号左端输出参数的个数，指针数组plhs具体保存了等号左端各参数的地址，注意在plhs各元素针向的mxArray内存未分配，需在接口过程中分配内存；prhs保存了等号右端输入参数的个数，指针数组prhs具体保存了等号右端各参数的地址，注意MATLAB在调用该MEX文件时，各输入参数已存在，所以在接口过程中不需要再为这些参数分配内存。

5.2出错信息发布函数mexErrMsgTxt，mexWarnMsgTxt

两函数的具体格式如下：

#include"mex.h"

voidmexErrMsgTxt（constchar*error_msg）;

voidmexWarnMsgTxt（constchar*warning_msg）;

其中error_msg包含了要显示错误信息，warning_msg包含要显示的警告信息。

两函数的区别在于mexErrMsgTxt显示出错信息后即返回到MATLAB，而mexWarnMsgTxt显示警告信息后继续执行。

5.3mexCallMATLAB和mexEvalString

两函数具体格式如下：

#include"mex.h"

intmexCallMATLAB（intnlhs,mxArray*plhs[],

intnrhs,mxArray*prhs[],constchar*command_name）;

intmexEvalString（constchar*command）;

mexCallMATLAB前四个参数的含义与mexFunction的参数相同，command_name可以MATLAB内建函数名、用户自定义函数、M文件或MEX文件名构成的字符串，也可以MATLAB合法的运算符。

mexEvalString用来操作MATLAB空间已存在的变量，它不返回任何参数。

mexCallMATLAB与mexEvalString差异较大，请看下面的例子。

【例2】试用MEX文件求5阶完全图邻接矩阵的特征值及对应的特征向量。

5阶完全图的邻接矩阵为：

（这里找不到图片了，抱歉。

不过不会影响您对本文的理解。

）

下面是求该矩阵的MEX文件。

[Matlab_2.cpp]

#include"mex.h"

voidmexFunction（intnlhs,mxArray*plhs[],intnrhs,constmxArray*prhs[]）

{

   doublex;

   mxArray*y,*z,*w;

   intn;

   if（nrhs!

=1）

       mexErrMsgTxt（"Oneinputsrequired."）;

   if（nlhs!

=3）

       mexErrMsgTxt（"Threeoutputrequired."）;

   if（!

mxIsDouble（prhs[0]）||mxGetN（prhs[0]）*mxGetM（prhs[0]）!

=1）

       mexErrMsgTxt（"Inputmustbeascalar."）;

   x=mxGetScalar（prhs[0]）;

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

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

   plhs[2]=mxCreateDoubleMatrix（x,x,mxREAL）;

   n=mxGetM（plhs[0]）;

   y=plhs[0];

   z=plhs[1];

   w=plhs[2];

   //利用mexCallMATLAB计算特征值

   mexCallMATLAB（1,&plhs[1],1,prhs,"ones"）;

   mexCallMATLAB（1,&plhs[2],1,prhs,"eye"）;

   mexCallMATLAB（1,&plhs[0],2,&plhs[1],"-"）;

   mexCallMATLAB（2,&plhs[1],1,&plhs[0],"eig"）;

   //演示mexEvalString的功能

   mexEvalString（"y=y*2"）;

   mexEvalString（"a=a*2"）;

}

在MATLAB命令窗口输入以下命令：

>>mexMatlab_2.cpp

>>clear

>>a=magic（5）

a=

    17    24     1     8    15

    23     5     7    14    16

     4     6    13    20    22

    10    12    19    21     3

    11    18    25     2     9

>>[y,z,w]=Matlab_2（5）

?

?

?

Undefinedfunctionorvariable'y'.

a=

    34    48     2    16    30

    46    10    14    28    32

     8    12    26    40    44

    20    24    38    42     6

    22    36    50     4    18

y=

     0     1     1     1     1

     1     0     1     1     1

     1     1     0     1     1

     1     1     1     0     1

     1     1     1     1     0

z=

    0.8333   -0.1667   -0.1667    0.2236    0.4472

   -0.1667    0.8333   -0.1667    0.2236    0.4472

   -0.1667   -0.1667    0.8333    0.2236    0.4472

   -0.5000   -0.5000   -0.5000    0.2236    0.4472

         0         0         0   -0.8944    0.4472

w=

    -1     0     0     0     0

     0    -1     0     0     0

     0     0    -1     0     0

     0     0     0    -1     0

     0     0     0     0     4

由上面可以看出，K5的特征值为–1和4，其中–1是四重根。

MATLAB提供了mexGetVariable、mexPutVariable函数，以实现MEX空间与其它空间交换数据的任务，具体可以参看MATLAB帮助文档。

5.4建立二维双精度矩阵函数mxCreateDoubleMatrix

其格式具体如下：

#include"matrix.h"

mxArray*mxCreateDoubleMatrix（intm,intn,mxComplexityComplexFlag）;

其中m代表行数，n代表列数，ComplexFlag可取值mxREAL或mxCOMPLEX。

如果创建的矩阵需要虚部，选择mxCOMPLEX，否则选用mxREAL。

类似的函数有：

mxCreateCellArray

创建n维元胞mxArray

mxCreateCellMatrix

创建二维元胞mxArray

mxCreateCharArray

创建n维字符串mxArray

mxCreateCharMatrixFromStrings

创建二维字符串mxArray

mxCreateDoubleMatrix

创建二维双精度浮点mxArray

mxCreateDoubleScalar

创建指定值的二维精度浮点mxArray

mxCreateLogicalArray

创建n维逻辑mxArray，初值为false

mxCreateLogicalMatrix

创建二维逻辑mxArray，初值为false

mxCreateLogicalScalar

创建指定值的二维逻辑mxArray

mxCreateNumericArray

创建n维数值mxArr