MATLAB自学专业知识讲座

第7章MATLAB与Ｃ语言接口

MATLAB是矩阵语言，是为向量和矩阵操作设计，一般来说，假如运算能够用向量或矩阵实现，其运算速度是非常快。但若运算中包括到大量循环处理，MATLAB速度令人难以忍受。处理办法之一为，当必须使用for循环时，把它写为MEX文献，这样无须在每次运行循环中语句时MATLAB都对它们进行解释。第1页MATLAB作为世界顶尖数学应用软件，以其强大工程计算、算法研究、工程绘图、应用程序开发、数据分析和动态仿真等功能，在航空航天、机械制造和工程建筑等领域发挥着越来越主要作用。而C语言功能丰富，使用灵活方便，目标程序效率高。现有高级语言长处，又有低级语言特点。因此，C语言是目前应用最广编程语言。虽然MATLAB是一种完整、功能齐全编程环境，但在某些情况下，与外部环境数据和程序交互是非常必须并且有益。众所周知，MATLAB是用M语言编程，不能在M文献中直接调用C语言程序。能够通过MATLAB提供应用编程接口（API）来实现与外部接口，在MATLAB环境中实现调用C语言或Fortran程序、输入或输出数据以及和其他软件程序间建立客户/服务器关系等功能。

MATLAB中调用C语言程序，必须通过MEX文献来实现。第2页一、C语言MEX文献构造C语言MEX文献是一种动态连接子程序，能够象调用M文献同样调用它。MEX文献主要有下列几方面应用：（1）在MATLAB中，M文献计算速度尤其是循环迭代速度远比C语言慢，因此能够把要求大量循环迭代部分用C语言编写为MEX文献，提升计算速度。（2）已经开发C语言程序，则无须将其转化为M文献而反复劳动，通过添加入口程序mexFunction，能够由MATLAB调用。（3）直接控制硬件，如A/D采集卡，D/A输出卡等，以用于数据采集或控制应用。第3页C语言MEX文献源程序由两个非常显著部分组成：

（1）计算程序，即在MEX文献中完成计算功能程序代码，计算程序能够是一般C语言程序，按照C语言规则编写即可

（2）入口程序，将计算程序与MATLAB连接入口函数mexFunction。入口程序mexFunction相对要复杂某些，函数中有四个参数nlhs、plhs、nrhs和prhs。这里nlhs是输出数据个数，plhs是指向mxArray（MATLAB中所有数据都由mxArray定义）输出数据指针，nrhs是输入数据个数，prhs是指向mxArray输入数据指针。第4页二、使用MEX文献上面所述MEX文献两个主要部分在使用中能够是独立，也能够是组合在一起。不论是哪一种情况，MEX文献都必须包括头文献"mex.h"，方便正常申明入口程序。入口程序名字必须是mexFunction并且必须包括这些参数：voidmexFunction(intnlhs,mxArray*plhs[],intnrhs,constmxArray*prhs[])在C语言MEX文献中，参数nlhs和nrhs包括输出和输入变量数目，借助于这两个参数，MEX文献被调用。参数plhs和prhs是包括指向MEX文献输出和输入变量指针向量，prhs是长度为nrhs输入变量指针数组，plhs是长度为nlhs输出变量指针数组。例如从MATLAB命令窗口来调用一种MEX文献第5页MEX文献计算过程和入口过程也能够合并在一起。但不论那种情况，都要包括#include"mex.h"，以确保入口点和接口过程正确申明。注意，入口过程名称必须是mexFunction，并且包括四个参数，即：voidmexFunction(intnlhs,mxArray*plhs[],intnrhs,constmxArray*prhs[])其中，参数nlhs和nrhs表达MATLAB在调用该MEX文献时等式左端和右端变量个数，例如在MATLAB命令窗口中输入下列命令：[a,b,c]=Matlab_1(d,e,f,g)则nlhs为3，nrhs为4。第6页MATLAB在调用MEX文献时，输入和输出参数保存在两个mxArray*类型指针数组中，分别为prhs[]和plhs[]。prhs[0]表达第一种输入参数，prhs[1]表达第二个输入参数，…，以此类推。如上例中，d→prhs[0]，e→prhs[1]，f→prhs[2]，f→prhs[3]。同步注意，这些参数类型都是mxArray*。接口过程要把参数传递给计算过程，还需要从prhs中读出矩阵信息，这就要用到下面mx-函数和mex-函数。第7页三、常用mex-函数在MATLAB6.5版本中，mex-函数有38个，下面我们仅介绍常用函数。1．入口函数mexFunction该函数是CMEX文献入口函数，它格式是固定：voidmexFunction(intnlhs,mxArray*plhs[],intnrhs,constmxArray*prhs[])第8页说明：MATLAB函数调用方式一般为：[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个数，指针数组plhs详细保存了等号左端各参数地址，注意在plhs各元素针向mxArray内存未分派，需在接口过程中分派内存；nrhs保存了等号右端输入参数个数，指针数组prhs详细保存了等号右端各参数地址，注意MATLAB在调用该MEX文献时，各输入参数已存在，因此在接口过程中不需要再为这些参数分派内存。第9页四、编译器安装与配备要使用MATLAB编译器，顾客计算机上应用事先安装与MATLAB适配下列任何一种ANSIC/C++编译器：5.0、6.0版MicroSoftVisualC++(MSVC)5.0、5.2、5.3、5.4、5.5版BorlandC++LCC(由MATLAB自带，只能用来产生MEX文献)第10页五、安装与配备MATLAB编译器应用程序MEX设置步骤：

(1)在MATLAB命令窗口中运行mex–setup，出现下列提醒：Pleasechooseyourcompilerforbuildingexternalinterface(MEX)files:Wouldyoulikemextolocateinstalledcompilers[y]/n?(2)选择y，MATLAB将自动搜索计算机上已安装外部编译器类型、版本及所在途径，并列出来让顾客选择：Pleasechooseyourcompilerforbuildingexternalinterface(MEX)files:Wouldyoulikemextolocateinstalledcompilers[y]/n?ySelectacompiler:[1]DigitalVisualFortranversion6.0inC:\ProgramFiles\MicrosoftVisualStudio[2]LccCversion2.4inE:\MATLAB1022\sys\lcc[3]MicrosoftVisualC/C++version6.0inC:\ProgramFiles\MicrosoftVisualStudio[0]None第11页(3)选择其中一种(在这里选择了3)，MATLAB让顾客进行确认：Compiler:MicrosoftVisualC/C++6.0Location:C:\ProgramFiles\MicrosoftVisualStudioArethesecorrect?([y]/n):(4)选择y，结束MATLAB编译器配备。Trytoupdateoptionsfile:C:\DocumentsandSettings\wym\ApplicationData\MathWorks\MATLAB\R14\mexopts.batFromtemplate:E:\MATLAB1022\BIN\WIN32\mexopts\msvc60opts.bat

Done...

第12页例1一种简单MEX文献例子【例1】用m文献建立一种1000×1000Hilbert矩阵。ticm=1000;n=1000;a=zeros(m,n);fori=1:1000

forj=1:1000

a(i,j)=1/(i+j);

endendtocelapsed_time=

0.06200第13页在记事本中输入下列程序：[Matlab_1.cpp]#include"mex.h"//计算过程voidhilb(double*y,intn){

inti,j;

for(i=0;i<n;i++)

for(j=0;j<n;j++)

*(y+j+i*n)=1/((double)i+(double)j+1);}第14页//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);}

第15页该程序是一种C语言程序，它也实现了建立Hilbert矩阵功能。在MATLAB命令窗口输入下列命令：mexMatlab_1.cpp，即可编译成功。进入该文献夹，会发觉多了两个文献：Matlab_1.asv和Matlab_1.dll，其中Matlab_1.dll即是MEX文献。运行下面程序：tica=Matlab_1(1000);tocelapsed_time=

0.0320

由上面看出，同样功能MEX文献比m文献快得多。第16页7.2MATLAB计算引擎MATLAB计算引擎应用就是利用MATLAB提供一组接口函数，在顾客开发C/C++语言应用程序中，通过某种通信机制后台调用MATLAB应用程序以完成复杂系统任务。第17页例7-3设计一程序，在C/C++语言中调用mesh函数来绘制高斯矩阵曲面。解题步骤：第18页7.3基于COM组件接口编程该办法主要特点有：（1）应用程序完全脱离MATLAB工作环境；（2）MATLAB数学库和工具箱中包括多种各样函数，因此减少了编写算法难度；（3）由于将算法程序做成了COM组件形式，因此实现了算法保密。第19页7.4在C/C++语言中读写MAT数据文献支持C/C++语言读写MAT文献函数库有下面几个：1．打开数据文献──matOpenMATFile*matOpen(constchar*filename,constchar*mode)2．关闭数据文献──matCloseintmatClose(MATFile*mfp)3．获取变量──matGetVariablemxArray*matGetVariable(MATFile*mfp,constchar*name)4．写入数据──matPutVariableintmatPutVariable(MATFile*mfp,constchar*name,constmxArray*mp)第20页应用举例例7-5在C/C++语言中调用MATLAB计算魔方阵，并将成果显示到屏幕。第21页例7-4第22页试验七MATLAB与C语言接口编程(2学时)1、目标要求掌握MATLAB与C语言接口编程办法与应用。2、主要试验仪器及材料微型计算机、Matlab7.0教学版、TC编程环境。3、掌握重点掌握用MATLAB与C接口编程办法，重点是C语言调用MATLAB。4、试验内容(1)、完成matlab对C函数调用；(2)、完成C语言对matlab函数调用；(3)、对办法进行总结完成试验报告；第23页学好计算机唯一途径是

你编程能力与你