用C編寫mex程序

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

一句執行一句的。這樣做可以很方便的實現編程過程中的交互，也免去了麻煩又耗時的

編譯過程。但凡事有一利必有一弊，matlab在執行時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這樣的循環，運行速度就可想而知了。

上面程序的功能是將向量a里的數據逆序賦給向量b。下面的程序可以實現相同的功能

tic

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

為什么這個程序運行速度就這么快呢？這是因為matlab里的基礎矩陣運算函數，像轉

置，復制等等，都是以二進制程序的形式存在的，運行起來速度當然比解釋執行10000次

所以編matlab程序時，應該盡量避免用循環語句，而使用等效的矩陣運算。雖然這樣

但總是有的時候沒法找到對應的矩陣運算來等效，或編出來的程序復雜得讓人沒法修

簡單地說，mex程序就是根據一定的接口規范(mtlab提出的)編寫的一個dll，matla

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

的搜索路徑里(用addpath)，就可以像調用普通matlab函數一樣來調用它了。因為把

循環體放到了二進制程序中，執行速度快得多。

Mex文件既可以用c，也可以用fortran來編。因為我用的是c語言，所以下面的介紹都

是用c語言編寫mex文件的方法。如果你用的是fortran，請你自己去看Apiguide.pdf，里

面有詳細說明。

前面說到通過把耗時長的函數用c語言實現，并編譯成mex函數可以加快執行速度。這

Matlab5.1本身是不帶c語言的編譯器的，所以要求你的機器上已經安裝有VC,BC或Wat

com?C中的一種。如果你在安裝Matlab時已經設置過編譯器，那么現在你應該就可以使用

mex命令來編譯c語言的程序了。如果當時沒有選，只要在Matlab里鍵入????mex?-setup

，就會出現一個DOS方式窗口，下面只要根據提示一步步設置就可以了。由于我用的是w

聽說Matlab5.2已經內置了C語言的編譯器，那么下面的這些可能就用不著了。可惜現

需要注意的是，在設置編譯器路徑時，只能使用路徑名稱的8字符形式。比如我用的V

C5裝在路徑?C:\PROGRAM?FILES\DEVSTUDIO下，那在設置路徑時就要寫成：C:\PROGRA~1

這樣設置完之后，mex就可以執行了。為了測試你的路徑設置正確與否，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");

}

假設你把hello.c放在了C:\TEST\下，在Matlab里用CD?C:\TEST\?將當前目錄改為C:\

TEST\(注意，僅將C:\TEST\加入搜索路徑是沒有用的)。現在敲：

mex?hello.c

如果一切順利，編譯應該在出現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，現在鍵入hello，程序會在屏幕上打出一行：

hello,world!

看看C\TEST\目錄下，你會發現多了一個文件：HELLO.DLL。

這樣，第一個mex函數就算完成了。怎么樣，很簡單吧。下一次，會對這個最簡單的程

序進行分析，并給它增加一些功能。

分析hello.c，可以看到程序的結構是十分簡單的，整個程序由一個接口子過程

mexFunction構成。前面提到過，Matlab的mex函數有一定的接口規范，就是指這

nlhs：輸出參數數目

plhs：指向輸出參數的指針

nrhs：輸入參數數目

例如，使用?[a,b]=test(c,d,e)?調用mex函數test時，傳給test的這四個參數分別是2，

plhs，3，prhs。其中：

prhs[0]=c

prhs[1]=d

prhs[2]=e

當函數返回時，將會把你放在plhs[0]，plhs[1]里的地址賦給a和b，達到返回數據的目

的。

細心的你也許已經注意到，prhs[i]和plhs[i]都是指向類型mxArray類型數據的指針。

這個類型是在mex.h中定義的，事實上，在Matlab里大多數數據都是以這種類型存在。當

然還有其他的數據類型，可以參考Apiguide.pdf里的介紹。

為了讓大家能更直觀地了解參數傳遞的過程，我們把hello.c改寫一下，使它能根據輸

入參數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");

}

將這個程序編譯通過后，執行hello(1),屏幕上會打出：

hello,world!

而hello(0)將會得到：

大家好！

現在，程序hello已經可以根據輸入參數來給出相應的屏幕輸出。在這個程序里，除了用

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

個函數：mxGetScalar，調用方式如下：

i=mxGetScalar(prhs[0]);

"Scalar"就是標量的意思。在Matlab里數據都是以數組的形式存在的，mxGetScalar的

作用就是把通過prhs[0]傳遞進來的mxArray類型的指針指向的數據(標量)賦給C程序里

的變量。這個變量本來應該是double類型的，通過強制類型轉換賦給了整形變量i。

既然有標量，顯然還應該有矢量，否則矩陣就沒法傳了。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");

}

這樣，就通過mxGetPr函數從指向mxArray類型數據的prhs[0]獲得了指向double類型的

指針。

但是，還有個問題，如果輸入的不是單個的數據，而是向量或矩陣，那該怎么處理呢

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

沒法對它進行計算。

為了解決這個問題，Matlab提供了兩個函數mxGetM和mxGetN來獲得傳進來參數的行數

和列數。下面例程的功能很簡單，就是獲得輸入的矩陣，把它在屏幕上顯示出來：

//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

N=mxGetN(prhs[0]);?//獲得矩陣的列數

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開始的，而在C語言中，第一行的序數

為零，Matlab里的矩陣元素b(i,j)在傳遞到C中的一維數組大data后對應于data[j*M+i]

。

輸入數據是在函數調用之前已經在Matlab里申請了內存的，由于mex函數與Matlab共用同

一個地址空間，因而在prhs[]里傳遞指針就可以達到參數傳遞的目的。但是，輸出參數

卻需要在mex函數內申請到內存空間，才能將指針放在plhs[]中傳遞出去。由于返回指針

類型必須是mxArray，所以Matlab專門提供了一個函數：mxCreateDoubleMatrix來實現內

存的申請，函數原型如下：

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

m：待申請矩陣的行數

n：待申請矩陣的列數

為矩陣申請內存后，得到的是mxArray類型的指針，就可以放在plhs[]里傳遞回去了。但

是對這個新矩陣的處理，卻要在函數內完成，這時就需要用到前面介紹的mxGetPr。使用

mxGetPr獲得指向這個矩陣中數據區的指針(double類型)后，就可以對這個矩陣進行各

種操作和運算了。下面的程序是在上面的show.c的基礎上稍作改變得到的，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];

}

當然，Matlab里使用到的并不是只有double類型這一種矩陣，還有字符串類型、稀疏矩

陣、結構類型矩陣等等，并提供了相應的處理函數。本文用到編制mex程序中最經常遇到

的一些函數，其余的詳細情況清參考Apiref.pdf。

通過前面兩部分的介紹，大家對參數的輸入和輸出方法應該有了基本的了解。具備了這

些知識，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有對輸入、輸出參數的數目及類型進行檢查，導致程序的容錯性很

#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，使用了兩個新的函數：mexErrMsgTxt和mxIsDouble。MexErrMsgT

xt在給出出錯提示的同時退出當前程序的運行。MxIsDouble則用于判斷mxArray中的數據

是否double類型。當然Matlab還提供了許多用于判斷其他數據類型的函數，這里不加詳

述。

需要說明的是，Matlab提供的API中，函數前綴有mex-和mx-兩種。帶mx-前綴的大多是對

mxArray數據進行操作的函數，如mxIsDouble,mxCreateDoubleMatrix等等。而帶mx前綴

的則大多是與Matlab環境進行交互的函數，如mexPrintf，mxErrMsgTxt等等。了解了這

一點，對在Apiref.pdf中查找所需的函數很有幫助。

至此為止，使用C編寫mex函數的基本過程已經介紹完了。下面會在介紹幾個非常有用的

函數調用。如果有足夠的時間，也許還會有一個更復雜一些的例程。

我們之所以使用Matlab，很重要的考慮是Matlab提供了相當豐富的矩陣運算函數和各

種toolbox。在編制mex函數時，有時我們也會遇到一些操作，在Matlab下，只需要一個

為了在mex函數里調用Matlab命令，我們就需要用到一個函數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，使用這個函數就顯得十分容易了。下面給出一個例程，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");

//計算轉置

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

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

//根據輸入參數數目決定是否顯示

if(nlhs==0)

{

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

else

plhs[0]=OUT[0];

}

關于這個例子，相信大家一看就明白，我就不多說了。

總結

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程序的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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