1.Matlab调用C/C++

Matlab调用C/C++的方式主要有两种：利用MEX技术或调用C/C++动态链接库。

在Matlab与C/C++混合编程之前，必须先对Matlab的编译应用mex和编译器mbuild进行正确的设置：

对Matlab编译应用程序mex的设置：

Mex –setup

对Matlab编译器mbuild的设置：

Mbuild –setup

1.1 调用C/C++的Mex文件

MEX是Matlab Executable的缩写，它是一种“可在Matlab中调用的C(或Fortran)语言衍生程序”[6]。MEX文件的使用极为方便，其调用方式与Matlab的内建函数完全相同，只需在Matlab命令提示符下键入MEX文件名即可。

一个C/C++的MEX源程序通常包括4个组成部分，其中前3个是必须包含的内容，第4个则根据所实现的功能灵活选用:
(1)#include “mex.h”;
(2)MEX文件的入口函数mexFunction, MEX文件导出名必须为mexFunction函数;
(3)mxArray;
(4)API函数；

通过简单的例子说明C/C++的MEX源程序编写和调用过程（hello.c）:

#include "mex.h" 
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], 
int nrhs, const mxArray *prhs[]) 
{
    
     
    int *i; 
    i=mxGetPr(prhs[0]); 
    if(i[0]==1) 
      mexPrintf("hello,world!/n"); 
    else 
      mexPrintf("大家好！/n"); 
}

简单的，整个程序由一个接口子过程 mexFunction构成。
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])

**nlhs：输出参数数目
plhs：指向输出参数的指针
nrhs：输入参数数目
plhs：指向输入参数的指针
**

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[i]和plhs[i]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。

之后把hello.c放在了Matalb的当前执行目录下：

mex hello.c

将这个程序编译通过后，命令行执行hello(1),屏幕上会打出：

  hello,world!

而hello(0)将会得到：

   大家好！

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：

//show.c  
#include "mex.h" 
#include "mex.h" 
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[]) 
{
    
     
    double *data; 
    int M,N; 
    int i,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<M;i++) 
    {
    
       
        for(j=0;j<N;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(int m, int n, mxComplexity ComplexFlag)

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：

//reverse.c 
#include "mex.h" 
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[]) 
{
    
     
    double *inData; 
    double *outData; 
    int M,N; 
    int i,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<M;i++) 
      for(j=0;j<N;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差，以下程序则容错性较好：

#include "mex.h" 
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[],  int nrhs, const mxArray *prhs[]) 
{
    
     
double *inData; 
double *outData; 
int M,N; 
//异常处理 
//异常处理 
if(nrhs!=1) 
    mexErrMsgTxt("USAGE: b=reverse(a)/n"); 
if(!mxIsDouble(prhs[0])) 
   mexErrMsgTxt("the Input Matrix must be double!/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<M;i++) 
    for(j=0;j<N;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。MexErrMsgTxt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。

Matlab与C/C++混合编程的方法

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1.1 调用C/C++的Mex文件

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