matlab调c

本文介绍如何将C语言编写的函数通过MEX文件集成到Matlab环境中使用,包括MEX文件的工作原理、编写步骤及示例代码。

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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:
double add(double x, double y) {
 return x + 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)。
比如该C文件已写好,名为add.c。那么在Matlab中,输入:
>> mex add.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:
void mexFunction(
     int nlhs,
     mxArray *plhs[],
     int nrhs,
     const mxArray *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-left hand side)有一个变量,即a。
nrhs = 2,说明调用语句右手面(rhs-right hand side)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double array、 cell array、 struct array……所以a,b,c都是array,b = 1.1便是一个1x1的double array。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:
// add.c
#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
double add(double x, double y) {
 return x + y;
}
// MEX文件接口函数
void mexFunction(
 int nlhs,
 mxArray *plhs[],
 int nrhs,
 const mxArray *prhs[]) {
 double *a;
 double b, 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char array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。
### MATLAB 编译生成的 C 静态库 要在 MATLAB用通过 MATLAB 编译器生成的 C 静态库,通常需要完成以下几个方面的操作: #### 1. **生成静态库** 使用 `codegen` 或者 `mcc` 命令来创建目标函数的 MEX 文件或者静态库。假设有一个名为 `myFunction.m` 的 MATLAB 函数,可以通过以下方式将其转换为静态库。 ```matlab % 使用 codegen 创建共享库或静态库 codegen myFunction -config:lib ``` 此命令会生成一个 `.lib` 文件(Windows 平台上的静态库),以及对应的头文件 `.h`[^1]。 #### 2. **编写接口代码** 为了在 MATLAB 中加载并使用该静态库中的功能,需编写一段 C 接口代码作为桥梁。例如,下面是一个简单的例子,展示如何定义与静态库交互的功能。 ```c // example.c #include "myFunction.h" void callMyFunction(double *input, double *output) { emxArray_real_T *result; result = NULL; // 初始化动态数组用于存储结果 real32_t value = (real32_t)(*input); myFunction(&value, &result); // 将计算的结果复制到 output 参数中 *output = *(double *)result->data; // 清理资源 if (result != NULL && result->_size[0] > 0) { emxFree_real_T(&result); } } ``` 这段代码展示了如何利用自动生成的头文件访问原始 MATLAB 函数逻辑,并将数据传递给外部程序处理[^2]。 #### 3. **编译接口代码** 接着,在 MATLAB 环境下运行如下指令以构建新的 MEX 文件形式的可执行模块: ```matlab mex example.c libmyFunction.lib ``` 这里假定前面提到过的 `myFunction.lib` 是由第一步产生的静态链接库;而 `example.c` 则是我们刚刚编辑好的封装层源码[^1]。 #### 4. **测试新建立的MEX函数** 最后一步就是验证整个流程是否成功运作了。可以直接尝试用刚制作出来的 mex 版本方法来进行初步检验: ```matlab inputValue = pi; % 输入任意数值试试看吧~ outputValue = 0; callMyFunction(inputValue,outputValue) disp(['The computed value is ', num2str(outputValue)]); ``` 以上步骤描述了一个典型的过程——即怎样把原本属于MATLAB内部实现的部分提取出来形成独立组件后再重新引入至原生环境中加以运用。
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