MATLAB与C语言混合编程接口
MATLAB是一种解释性语言,不需要编译,调试比较方便,但是缺点是速度慢。这一点在执行复杂的科学算法的时候体现极为明显。而C语言虽然相对比 较复杂,但是执行效率很高,MATLAB很多内置函数都是用C写的。另外有时候很多算法已经已C语言的形式写好,于是我们会想到是否有方法将C语言代码与 MATLAB连接起来。MATLAB提供一个C语言中的MEX函数库,可以实现以上功能。这里以一个最简单的例子来说明。
我们的目标是:用C语言写一个加法函数add(),在MATLAB中输入c=add(a,b)可以得到a与b的和。
这个示例是否有点白痴?c=a+b不就完了?这里只是一个示例而已,把最基本的环节解释清楚就够了。
我们要做的是
在MATLAB当目录中建立一个add.c文件;
用你熟知的C语言写一个add()函数;
利用mexFuncion()函数创建C与MATLAB的接口;
从MATLAB命令窗口中编译add.c文件为MEX文件;
MATLAB命令窗口中使用add()函数。
建立add.c文件
这个文件被称为Source MEX-File
在当前文件夹窗口中新建一个脚本:右键单击空白处,选择New File,选择Script
重命名文件为add.c
用外部编辑器打开add.c
编辑add.c文件
MATLAB提供一个函数库,保存在mex.h中,所以文件一开始要将其include:
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include “mex.h”
然后用你熟知的C语言写一个函数吧
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double add(double x, double y) {
return x + y;
}
这段代码被称作Computational Routine,就是真正的算法实现的地方。
然后我们来建立其与MATLAB的间接口。MEX函数库里有个mexFunction()函数,它相当于C语言中的main()函数。所以这里我们知道了MEX源文件没有main(),而是以一个mexFunction()代替。
mexFunction的参数是这样的:
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void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[]) {
//这里是正文
}
其中nlhs (number of left-hand side) 是输出参数的个数,nrhs (number of right-hand side) 是输入参数的个数。例如对于c=add(a,b),有 nlhs=1,hrhs=2。
plhs[]与prhs[]都是指针数组,也就是说它是个数组,每个元素都是一个指针,这些指针指向的东东的类型是mxArray。那什么是mxArray呢?可以把他理解MATLAB中的矩阵,因为MATLAB中所有数据都是以矩阵的形式保存的。
先讲prhs[],就是输入的参数,prhs[0]指向a,prhs[1]指向b,但是注意不能用*(prhs[0])得到a的值。因为 prhs[0]指向的东西的类型是mxArray(参数列表里看出),想把它的值以我们常用的数值形式赋给一个标量(Scalar),得使用 mxGetScalar()函数转化一下:
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double a, b;
a = mxGetScalar(prhs[0]);
b = mxGetScalar(prhs[1]);
plhs对应的输出的内容。plhs[0]这个指针指向输出的第一个参数,就是c=add(a, b)中的c了。记住这个c应该是以mxArray的类型出现的,为了得到mxArray类型的输出量,要使用 mxCreateDoubleMatrix()函数,它创建一个指向mxArray类型的指针。
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plhs[0] = mxCreateDoubleMatrix(1, 1, mxREAL);
参数(1, 1, mxREAL)定义了对应c的尺寸类型,MATLAB中c是以1×1的实数矩阵形式报保存的。
而使用mxGetPr()函数可以得到plhs[0]指向的mxArray的第一个double类型的指针。
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double *c;
c = mxGetPr(plhs[0]);
最后调用add()函数
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*c=add(a,b);
完整代码如下:
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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, b;
a = mxGetScalar(prhs[0]);
b = mxGetScalar(prhs[1]);
plhs[0] = mxCreateDoubleMatrix(1, 1, mxREAL);
double *c;
c = mxGetPr(plhs[0]);
*c=add(a,b);
}
编译add.c文件为MEX文件
在MATLAB命令窗口中输入
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mex add.c
回车后MATLAB会调用编译器把源程序编译成为MEX文件。
注意如果是在MAC OS X下提示gcc 4.0 Command not found之类的错误信息,则需要安装Xcode。
执行c=add(a,b)
在MATLAB命令窗口中输入
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c=add(1, 2)
回车后可以得到结果。