MATLAB与C/CPP混合编程

通过把耗时长的函数用c语言实现，并编译成mex函数可以加快执行速度。Matlab本身是不带c语言的编译器的，所以 要求你的机器上已经安装有VC,BC或Watcom C中的一种。如果你在安装Matlab时已经设置过编译器，那么现在你应该就可以使用mex命令来编 译c语言的程序了。如果当时没有选，就在Matlab里键入mex -setup，下面只要根据提示一步步设置就可以了。需要注意的是，较低版本的在设置 编译器路径时，只能使用路径名称的8字符形式。比如我用的VC装在路径C:\PROGRAM FILES\DEVSTUDIO下，那在设置路径时就要写 成：“C:\PROGRA~1”这样设置完之后，mex就可以执行了。为了测试你的路径设置正确与否，把下面的程序存为hello.c。
/*hello.c*/

#include "mex.h" 
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[]) 
{ mexPrintf("hello,world!\n"); 
} 
假设你把hello.c放在了C:\TEST\下，在Matlab里用CD C:\TEST\ 将当前目录改为C:\ TEST\（注意，仅将C:\TEST\加入搜索路径是没有用的）。现在敲：
mex hello.c 
如果一切顺利，编译应该在出现编译器提示信息后正常退出。如果你已将C:\TEST\加
入了搜索路径，现在键入hello，程序会在屏幕上打出一行：
hello,world! 
看看C\TEST\目录下，你会发现多了一个文件：HELLO.DLL。这样，第一个mex函数就算完成了。分析hello.c，可以看到程序的结构是十分简单的，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[]) 
前面提到过，Matlab的mex函数有一定的接口规范，就是指这
nlhs：输出参数数目 
plhs：指向输出参数的指针 
nrhs：输入参数数目 
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。 
为了让大家能更直观地了解参数传递的过程，我们把hello.c改写一下，使它能根据输 
入参数的变化给出不同的屏幕输出：
//hello.c 2.0 
#include "mex.h" 
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[]) 
{
int i; 
i=mxGetScalar(prhs[0]); 
if(i==1) 
  mexPrintf("hello,world!\n"); 
else 
  mexPrintf("大家好！\n"); 
}
将这个程序编译通过后，执行hello(1),屏幕上会打出： 
          hello,world! 
而hello(0)将会得到： 
           大家好！ 
现在，程序hello已经可以根据输入参数来给出相应的屏幕输出。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： 
//hello.c 2.1 
#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"); 
}  
这样，就通过mxGetPr函数从指向mxArray类型数据的prhs[0]获得了指向double类型的指针。
但是，还有个问题，如果输入的不是单个的数据，而是向量或矩阵，那该怎么处理呢 ？通过mxGetPr只能得到指向这个矩阵的指针，如果我们不知道这个矩阵的确切大小，就 
没法对它进行计算。 
为了解决这个问题，Matlab提供了两个函数mxGetM和mxGetN来获得传进来参数的行数 和列数。下面例程的功能很简单，就是获得输入的矩阵，把它在屏幕上显示出来： 
//show.c 1.0 
#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
{   for(j=0;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data后对应于data[j*M+i] 。因为C与matlab的存储方式不同！

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 1.0 
#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
  for(j=0;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，以前面介绍的为例，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
     for(j=0;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，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。
至此为止，使用C编写mex函数的基本过程已经介绍完了。 

Matlab调用C语言函数

转载自frensel
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：

1 2 3

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：

1 2 3 4 5 6 7

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1×1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：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

// 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1×1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调用C/C++函数的方法

    通过MATLAB将C/C++函数编译成MEX函数，在MATLAB中就可以调用了。

1，首先装编译器
Matlab里键入mex -setup，选择你要编译C++的编译器

2，写C++函数
函数的形式必须是
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
nlhs：输出参数个数
plhs：输出参数列表
nrhs：输入参数个数
prhs：输入参数列表
，不过函数名可以随便取的。注意：保存的文件名就是将来在MATLAB中调用的函数名，而不是这里的函数名。
下面给出一个例子，目的是想截取数组的部分元素组成新的数组
输入参数3个，目标数组，截取的行（向量），截取的列（向量）
输出参数2个，截取后数组，数组维数信息
在函数中展示了如何传入传出参数，以及如果从参数列表中取出每一个参数，MATLAB数据和C++数据的互相转换，还有一些输出函数等。
新建一个ResizeArray.cpp文件(ResizeArray将作为MATLAB调用的函数名)，写入下面代码
#include "mex.h" 
//author: 汪帮主 2010.05.05
//MATLAB调用形式： [resizedArr, resizedDims] = ResizeArray(arr, selRows, sekCols)
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[]) 
{ 
    if (nrhs != 3)
    {
        mexErrMsgTxt("参数个数不正确!");
    }
    
    int rowNum = mxGetM(prhs[0]);
    int colNum = mxGetN(prhs[0]);
    double* pArr = (double*)mxGetPr(prhs[0]);
    //得到选择的行列信息
    //无论是行向量还是列向量均支持
    double* pSelRows = (double*)mxGetPr(prhs[1]);
    double* pSelCols = (double*)mxGetPr(prhs[2]);
    int selRowsRowNum = mxGetM(prhs[1]);
    int selRowsColNum = mxGetN(prhs[1]);
    if (selRowsRowNum!=1 && selRowsColNum!=1)
    {
        mexErrMsgTxt("行参数不正确！");
    }
    int selRowsNum = selRowsRowNum*selRowsColNum;
    
    
    int selColsRowNum = mxGetM(prhs[2]);
    int selColsColNum = mxGetN(prhs[2]);
    if (selColsRowNum!=1 && selColsColNum!=1)
    {
        mexErrMsgTxt("列参数不正确！");
    }
    int selColsNum = selColsRowNum*selColsColNum;
   
    plhs[1] = mxCreateDoubleMatrix(2, 1, mxREAL);
    double* resizedDims = (double*)mxGetPr(plhs[1]);
    resizedDims[0] = selRowsNum;
    resizedDims[1] = selColsNum;    
     
    plhs[0] = mxCreateDoubleMatrix(selRowsNum, selColsNum, mxREAL);
    double* pResizedArr =(double*)mxGetPr(plhs[0]);
    
    //这里因为MATLAB中数据得按列优先
    #define ARR(row,col) pArr[(col)*rowNum+row]
    #define RARR(row,col) pResizedArr[(col)*selRowsNum+row]
    for(int ri=0; ri    {
     for(int ci=0; ci     {
      RARR(ri,ci)=ARR((int)pSelRows[ri]-1,(int)pSelCols[ci]-1);
     }
    }
    
    mexPrintf("OK!\n"); 
}

3，编译C++函数为MEX函数
将ResizeArray.cpp放在MATLAB当前目录中，在MATLAB中输入mex ResizeArray.cpp，编译成功后将会生成ResizeArray.mexW32

4，调用函数
arr=[11:19;21:29;31:39;41:49;51:59;61:69];
selRows=[1 3];
selCols=[2:4 5 9];
[rarr,rdims]=ResizeArray(arr,rows,cols);
arr中数据：
11 12 13 14 15 16 17 18 19
21 22 23 24 25 26 27 28 29
31 32 33 34 35 36 37 38 39
41 42 43 44 45 46 47 48 49
51 52 53 54 55 56 57 58 59
61 62 63 64 65 66 67 68 69
rarr中数据：
12 13 14 15 19
32 33 34 35 39
rdims为：
2
5

OK,done