【第1章·第1节】MATLAB和C/C++的混合编程技术概述-优快云博客

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1.混合编程的技术原理

2.MEX文件开发技术（MATLAB调用C/C++）

MATLAB与C/C++混合编程技术是连接数值计算与系统开发的重要桥梁，能够充分发挥MATLAB在算法原型设计上的高效性和C/C++在系统部署与性能优化上的优势。这种混合编程模式在科学计算、工程仿真、实时系统等领域有着广泛应用。

1.混合编程的技术原理

MATLAB作为高级技术计算语言，提供了丰富的数值计算函数库和可视化工具，但在实时性要求高、资源受限或需要与硬件紧密交互的场景中存在性能瓶颈。C/C++作为系统级编程语言，具有接近机器语言的执行效率和直接操作硬件的能力。混合编程的核心价值在于：

性能互补：将计算密集型模块用C/C++实现，提升执行速度（通常可提升10-100倍）；

功能扩展：通过C/C++访问操作系统API、硬件接口或第三方库；

代码复用：整合已有C/C++代码资产，避免重复开发；

部署灵活：既可以在MATLAB环境中调用C/C++代码，也能在独立系统中集成MATLAB算法；

技术底层通过动态链接、进程通信和代码转换三种机制实现交互：

动态链接：将C/C++代码编译为共享库，MATLAB通过特定接口调用；

进程通信：C/C++程序通过引擎API与MATLAB进程建立通信管道；

代码转换：将MATLAB算法自动转换为C/C++代码，脱离MATLAB环境运行；

2.MEX文件开发技术（MATLAB调用C/C++）

MEX文件是MATLAB与C/C++混合编程最核心的技术，本质是一种特殊格式的动态链接库，能够被MATLAB解释器直接调用。

2.1 `mexFunction`入口函数

MEX文件必须包含mexFunction入口函数，其原型为：

#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], 
                int nrhs, const mxArray *prhs[])

其中：

nlhs：输出参数数量

plhs：输出参数数组（mxArray指针）

nrhs：输入参数数量

prhs：输入参数数组（const mxArray指针）

mxArray是MATLAB数据类型的C语言表示，封装了矩阵数据、维度信息和类型标识，通过mex.h提供的API操作：

// 获取输入矩阵维度
mwSize m = mxGetM(prhs[0]);  // 行数
mwSize n = mxGetN(prhs[0]);  // 列数

// 获取数据指针（double类型）
double *data = mxGetPr(prhs[0]);

// 创建输出矩阵
plhs[0] = mxCreateDoubleMatrix(m, n, mxREAL);
double *result = mxGetPr(plhs[0]);

2.2 配置编译器

在MATLAB命令行执行：

mex -setup C++  % 配置C++编译器

若未安装编译器，MATLAB会自动检测并提示安装兼容版本：

Windows：推荐Visual Studio 2019/2022或MinGW-w64

Linux：GCC 7.3及以上

macOS：Xcode Command Line Tools

然后调用该编译器：

mex XX.cpp  % 生成XX.mexw64（Windows）或XX.mexa64（Linux）

2.3 应用举例

第一、软件版本信息

matlab2022a

第二、编译器安装(包含视频操作讲解)

如果执行mex -setup C++，出现如下错误，则需要先按照编译器。

编译器安装步骤如下：

首先，我们下载编译器：

https://gitcode.com/open-source-toolkit/1f790?utm_source=highlight_word_gitcode&word=mingw-w64&from_link=c527fc59f6ba64b7988a4f7c6e53c5f2

或者

链接：https://pan.baidu.com/s/193_ra1Jc0LcsnDwEymGbmQ

提取码：efae

然后，配置环境变量：

环境变量名字：MW_MINGW64_LOG

路径为自己存放编译器的路径即可

最后，配置MATLAB环境：

在MATLAB指令窗口，输入：

setenv('MW_MINGW64_LOG', 'D:\Soft\mingw81');

这样就完成了mex的配置，具体操作也可以参考视频步骤：

https://www.bilibili.com/video/BV1XB1KBSEmG/?vd_source=fb59f8147909757aa021d5cd3ba9f651

第三、第二种安装方法

如果上述方法无法达到效果，我们可以使用第二种方法，具体如下：

从MATLAB的官网下载编译器(官网下载需要用邮箱先注册一个账户)：

https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/52848-matlab-support-for-mingw-w64-c-c-fortran-compiler

下载后，将文件mingw.mlpkginstall，使用matlab指令窗口打开：

uiopen('C:\Users\Administrator\Desktop\mingw.mlpkginstall',1)

此时MATLAB会弹出下载界面：

开始安装........