用C編寫(xiě)mex程序

大家都知道，matlab是一種解釋型的編程環(huán)境，也就是說(shuō)，跟以前的basic一樣，是讀

一句執(zhí)行一句的。這樣做可以很方便的實(shí)現(xiàn)編程過(guò)程中的交互，也免去了麻煩又耗時(shí)的

編譯過(guò)程。但凡事有一利必有一弊，matlab在執(zhí)行時(shí)速度慢也就根源于此。在matlab里

tic

for?i=1:10000

b(i)=a(10001-i);

end

怎么樣，是不是很慢？

你的程序里如果再多幾個(gè)這樣的循環(huán)，運(yùn)行速度就可想而知了。

上面程序的功能是將向量a里的數(shù)據(jù)逆序賦給向量b。下面的程序可以實(shí)現(xiàn)相同的功能

tic

b=a(10000:-1:1);

為什么這個(gè)程序運(yùn)行速度就這么快呢？這是因?yàn)閙atlab里的基礎(chǔ)矩陣運(yùn)算函數(shù)，像轉(zhuǎn)

置，復(fù)制等等，都是以二進(jìn)制程序的形式存在的，運(yùn)行起來(lái)速度當(dāng)然比解釋執(zhí)行10000次

所以編matlab程序時(shí)，應(yīng)該盡量避免用循環(huán)語(yǔ)句，而使用等效的矩陣運(yùn)算。雖然這樣

但總是有的時(shí)候沒(méi)法找到對(duì)應(yīng)的矩陣運(yùn)算來(lái)等效，或編出來(lái)的程序復(fù)雜得讓人沒(méi)法修

簡(jiǎn)單地說(shuō)，mex程序就是根據(jù)一定的接口規(guī)范(mtlab提出的)編寫(xiě)的一個(gè)dll，matla

比如我編了一個(gè)mex函數(shù)，名字叫max2.dll，那么只要把這個(gè)dll所在的目錄加到matlab

的搜索路徑里(用addpath)，就可以像調(diào)用普通matlab函數(shù)一樣來(lái)調(diào)用它了。因?yàn)榘?/p>

循環(huán)體放到了二進(jìn)制程序中，執(zhí)行速度快得多。

Mex文件既可以用c，也可以用fortran來(lái)編。因?yàn)槲矣玫氖莄語(yǔ)言，所以下面的介紹都

是用c語(yǔ)言編寫(xiě)mex文件的方法。如果你用的是fortran，請(qǐng)你自己去看Apiguide.pdf，里

面有詳細(xì)說(shuō)明。

前面說(shuō)到通過(guò)把耗時(shí)長(zhǎng)的函數(shù)用c語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，并編譯成mex函數(shù)可以加快執(zhí)行速度。這

Matlab5.1本身是不帶c語(yǔ)言的編譯器的，所以要求你的機(jī)器上已經(jīng)安裝有VC,BC或Wat

com?C中的一種。如果你在安裝Matlab時(shí)已經(jīng)設(shè)置過(guò)編譯器，那么現(xiàn)在你應(yīng)該就可以使用

mex命令來(lái)編譯c語(yǔ)言的程序了。如果當(dāng)時(shí)沒(méi)有選，只要在Matlab里鍵入????mex?-setup

，就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)DOS方式窗口，下面只要根據(jù)提示一步步設(shè)置就可以了。由于我用的是w

聽(tīng)說(shuō)Matlab5.2已經(jīng)內(nèi)置了C語(yǔ)言的編譯器，那么下面的這些可能就用不著了?？上КF(xiàn)

需要注意的是，在設(shè)置編譯器路徑時(shí)，只能使用路徑名稱(chēng)的8字符形式。比如我用的V

C5裝在路徑?C:\PROGRAM?FILES\DEVSTUDIO下，那在設(shè)置路徑時(shí)就要寫(xiě)成：C:\PROGRA~1

這樣設(shè)置完之后，mex就可以執(zhí)行了。為了測(cè)試你的路徑設(shè)置正確與否，把下面的程序

存為hello.c。

#include?"mex.h"

void?mexFunction(int?nlhs,?mxArray?*plhs[],?int?nrhs,?const?mxArray?*prhs[])

{

mexPrintf("hello,world!\n");

}

假設(shè)你把hello.c放在了C:\TEST\下，在Matlab里用CD?C:\TEST\?將當(dāng)前目錄改為C:\

TEST\(注意，僅將C:\TEST\加入搜索路徑是沒(méi)有用的)?，F(xiàn)在敲：

mex?hello.c

如果一切順利，編譯應(yīng)該在出現(xiàn)編譯器提示信息后正常退出。如果你已將C:\TEST\加

入了搜索路徑，現(xiàn)在鍵入hello，程序會(huì)在屏幕上打出一行：

hello,world!

看看C\TEST\目錄下，你會(huì)發(fā)現(xiàn)多了一個(gè)文件：HELLO.DLL。

這樣，第一個(gè)mex函數(shù)就算完成了。怎么樣，很簡(jiǎn)單吧。下一次，會(huì)對(duì)這個(gè)最簡(jiǎn)單的程

序進(jìn)行分析，并給它增加一些功能。

分析hello.c，可以看到程序的結(jié)構(gòu)是十分簡(jiǎn)單的，整個(gè)程序由一個(gè)接口子過(guò)程

mexFunction構(gòu)成。前面提到過(guò)，Matlab的mex函數(shù)有一定的接口規(guī)范，就是指這

nlhs：輸出參數(shù)數(shù)目

plhs：指向輸出參數(shù)的指針

nrhs：輸入?yún)?shù)數(shù)目

例如，使用?[a,b]=test(c,d,e)?調(diào)用mex函數(shù)test時(shí)，傳給test的這四個(gè)參數(shù)分別是2，

plhs，3，prhs。其中：

prhs[0]=c

prhs[1]=d

prhs[2]=e

當(dāng)函數(shù)返回時(shí)，將會(huì)把你放在plhs[0]，plhs[1]里的地址賦給a和b，達(dá)到返回?cái)?shù)據(jù)的目

的。

細(xì)心的你也許已經(jīng)注意到，prhs[i]和plhs[i]都是指向類(lèi)型mxArray類(lèi)型數(shù)據(jù)的指針。

這個(gè)類(lèi)型是在mex.h中定義的，事實(shí)上，在Matlab里大多數(shù)數(shù)據(jù)都是以這種類(lèi)型存在。當(dāng)

然還有其他的數(shù)據(jù)類(lèi)型，可以參考Apiguide.pdf里的介紹。

為了讓大家能更直觀地了解參數(shù)傳遞的過(guò)程，我們把hello.c改寫(xiě)一下，使它能根據(jù)輸

入?yún)?shù)的變化給出不同的屏幕輸出：

//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");

}

將這個(gè)程序編譯通過(guò)后，執(zhí)行hello(1),屏幕上會(huì)打出：

hello,world!

而hello(0)將會(huì)得到：

大家好！

現(xiàn)在，程序hello已經(jīng)可以根據(jù)輸入?yún)?shù)來(lái)給出相應(yīng)的屏幕輸出。在這個(gè)程序里，除了用

到了屏幕輸出函數(shù)mexPrintf(用法跟c里的printf函數(shù)幾乎完全一樣)外，還用到了一

個(gè)函數(shù)：mxGetScalar，調(diào)用方式如下：

i=mxGetScalar(prhs[0]);

"Scalar"就是標(biāo)量的意思。在Matlab里數(shù)據(jù)都是以數(shù)組的形式存在的，mxGetScalar的

作用就是把通過(guò)prhs[0]傳遞進(jìn)來(lái)的mxArray類(lèi)型的指針指向的數(shù)據(jù)(標(biāo)量)賦給C程序里

的變量。這個(gè)變量本來(lái)應(yīng)該是double類(lèi)型的，通過(guò)強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換賦給了整形變量i。

既然有標(biāo)量，顯然還應(yīng)該有矢量，否則矩陣就沒(méi)法傳了?？聪旅娴某绦?#xff1a;

//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");

}

這樣，就通過(guò)mxGetPr函數(shù)從指向mxArray類(lèi)型數(shù)據(jù)的prhs[0]獲得了指向double類(lèi)型的

指針。

但是，還有個(gè)問(wèn)題，如果輸入的不是單個(gè)的數(shù)據(jù)，而是向量或矩陣，那該怎么處理呢

？通過(guò)mxGetPr只能得到指向這個(gè)矩陣的指針，如果我們不知道這個(gè)矩陣的確切大小，就

沒(méi)法對(duì)它進(jìn)行計(jì)算。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，Matlab提供了兩個(gè)函數(shù)mxGetM和mxGetN來(lái)獲得傳進(jìn)來(lái)參數(shù)的行數(shù)

和列數(shù)。下面例程的功能很簡(jiǎn)單，就是獲得輸入的矩陣，把它在屏幕上顯示出來(lái)：

//show.c?1.0

#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]);?//獲得指向矩陣的指針

M=mxGetM(prhs[0]);?//獲得矩陣的行數(shù)

N=mxGetN(prhs[0]);?//獲得矩陣的列數(shù)

for(i=0;i

{

for(j=0;j

mexPrintf("%4.3f??",data[j*M+i]);

mexPrintf("\n");

}

}

編譯完成后，用下面的命令測(cè)試一下：

a=1:10;

b=[a;a+1];

show(a)

show(b)

需要注意的是，在Matlab里，矩陣第一行是從1開(kāi)始的，而在C語(yǔ)言中，第一行的序數(shù)

為零，Matlab里的矩陣元素b(i,j)在傳遞到C中的一維數(shù)組大data后對(duì)應(yīng)于data[j*M+i]

。

輸入數(shù)據(jù)是在函數(shù)調(diào)用之前已經(jīng)在Matlab里申請(qǐng)了內(nèi)存的，由于mex函數(shù)與Matlab共用同

一個(gè)地址空間，因而在prhs[]里傳遞指針就可以達(dá)到參數(shù)傳遞的目的。但是，輸出參數(shù)

卻需要在mex函數(shù)內(nèi)申請(qǐng)到內(nèi)存空間，才能將指針?lè)旁趐lhs[]中傳遞出去。由于返回指針

類(lèi)型必須是mxArray，所以Matlab專(zhuān)門(mén)提供了一個(gè)函數(shù)：mxCreateDoubleMatrix來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)

存的申請(qǐng)，函數(shù)原型如下：

mxArray?*mxCreateDoubleMatrix(int?m,?int?n,?mxComplexity?ComplexFlag)

m：待申請(qǐng)矩陣的行數(shù)

n：待申請(qǐng)矩陣的列數(shù)

為矩陣申請(qǐng)內(nèi)存后，得到的是mxArray類(lèi)型的指針，就可以放在plhs[]里傳遞回去了。但

是對(duì)這個(gè)新矩陣的處理，卻要在函數(shù)內(nèi)完成，這時(shí)就需要用到前面介紹的mxGetPr。使用

mxGetPr獲得指向這個(gè)矩陣中數(shù)據(jù)區(qū)的指針(double類(lèi)型)后，就可以對(duì)這個(gè)矩陣進(jìn)行各

種操作和運(yùn)算了。下面的程序是在上面的show.c的基礎(chǔ)上稍作改變得到的，功能是將輸

//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];

}

當(dāng)然，Matlab里使用到的并不是只有double類(lèi)型這一種矩陣，還有字符串類(lèi)型、稀疏矩

陣、結(jié)構(gòu)類(lèi)型矩陣等等，并提供了相應(yīng)的處理函數(shù)。本文用到編制mex程序中最經(jīng)常遇到

的一些函數(shù)，其余的詳細(xì)情況清參考Apiref.pdf。

通過(guò)前面兩部分的介紹，大家對(duì)參數(shù)的輸入和輸出方法應(yīng)該有了基本的了解。具備了這

些知識(shí)，就能夠滿足一般的編程需要了。但這些程序還有些小的缺陷，以前面介紹的re

由于前面的例程中沒(méi)有對(duì)輸入、輸出參數(shù)的數(shù)目及類(lèi)型進(jìn)行檢查，導(dǎo)致程序的容錯(cuò)性很

#include?"mex.h"

void?mexFunction(int?nlhs,?mxArray?*plhs[],

int?nrhs,?const?mxArray?*prhs[])

{

double?*inData;

double?*outData;

int?M,N;

//異常處理

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];

}

在上面的異常處理中，使用了兩個(gè)新的函數(shù)：mexErrMsgTxt和mxIsDouble。MexErrMsgT

xt在給出出錯(cuò)提示的同時(shí)退出當(dāng)前程序的運(yùn)行。MxIsDouble則用于判斷mxArray中的數(shù)據(jù)

是否double類(lèi)型。當(dāng)然Matlab還提供了許多用于判斷其他數(shù)據(jù)類(lèi)型的函數(shù)，這里不加詳

述。

需要說(shuō)明的是，Matlab提供的API中，函數(shù)前綴有mex-和mx-兩種。帶mx-前綴的大多是對(duì)

mxArray數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的函數(shù)，如mxIsDouble,mxCreateDoubleMatrix等等。而帶mx前綴

的則大多是與Matlab環(huán)境進(jìn)行交互的函數(shù)，如mexPrintf，mxErrMsgTxt等等。了解了這

一點(diǎn)，對(duì)在Apiref.pdf中查找所需的函數(shù)很有幫助。

至此為止，使用C編寫(xiě)mex函數(shù)的基本過(guò)程已經(jīng)介紹完了。下面會(huì)在介紹幾個(gè)非常有用的

函數(shù)調(diào)用。如果有足夠的時(shí)間，也許還會(huì)有一個(gè)更復(fù)雜一些的例程。

我們之所以使用Matlab，很重要的考慮是Matlab提供了相當(dāng)豐富的矩陣運(yùn)算函數(shù)和各

種toolbox。在編制mex函數(shù)時(shí)，有時(shí)我們也會(huì)遇到一些操作，在Matlab下，只需要一個(gè)

為了在mex函數(shù)里調(diào)用Matlab命令，我們就需要用到一個(gè)函數(shù)mexCallMATLAB，原型如下：

int?mexCallMATLAB(int?nlhs,?mxArray?*plhs[],?int?nrhs,?mxArray?*prhs[],

const?char?*command_name);

有了前面的基礎(chǔ)，使用這個(gè)函數(shù)就顯得十分容易了。下面給出一個(gè)例程，功能是將輸入

#include?"mex.h"

void?mexFunction(int?nlhs,?mxArray?*plhs[],

int?nrhs,?const?mxArray?*prhs[])

{

double?*inData;

mxArray?*IN[1];

mxArray?*OUT[1];

double?*outData;

int?M,N;

int?i,j;

//異常處理

if(nrhs!=1)

mexErrMsgTxt("USAGE:?b=rot(a)\n");

if(!mxIsDouble(prhs[0]))

mexErrMsgTxt("the?Input?Matrix?must?be?double!\n");

//計(jì)算轉(zhuǎn)置

if(mexCallMATLAB(1,OUT,1,prhs,"'"))

mexErrMsgTxt("Error?when?compute!\n");

//根據(jù)輸入?yún)?shù)數(shù)目決定是否顯示

if(nlhs==0)

{

mexCallMATLAB(0,IN,1,OUT,"disp");

else

plhs[0]=OUT[0];

}

關(guān)于這個(gè)例子，相信大家一看就明白，我就不多說(shuō)了。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的用c语言写程序求序数的后缀,用C编写mex程序的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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