摘要：本文著重描述了運(yùn)用MATLAB命令將M文件翻譯為C語言程序，并修改為可直接調(diào)用的C語言函數(shù)的方法，使用該方法所需要注意的方法局限性和MATLAB版本差異的影響。運(yùn)用該方法將能夠使C語言能直接使用MATLAB當(dāng)中已經(jīng)完成的數(shù)學(xué)計算功能，大大擴(kuò)充了C語言的數(shù)學(xué)計算功能和開發(fā)效率。

　　關(guān)鍵詞：MATLAB；M文件；C語言接口

　　眾所周知，MATLAB是一個功能強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件，擅長于用矩陣運(yùn)算完成各種數(shù)學(xué)功能。但是其程序需要在MATLAB環(huán)境下解釋執(zhí)行，效率不高。如果能將它強(qiáng)大的函數(shù)庫用于C語言，利用C來編譯執(zhí)行，MATLAB將能發(fā)揮更大的作用。所以，MATLAB從5.0開始已經(jīng)提供了與外部C/C++程序的應(yīng)用程序接口，為利用C語言調(diào)用MATLAB的函數(shù)提供了可能。但是MATLAB的接口發(fā)展很快，到MATLAB 6.5已經(jīng)提供了對VC 7.0的支持，同時對C的接口相對于5.X版本有了一定的改變。

　　在MATLAB當(dāng)中，我們利用M文件來實現(xiàn)函數(shù)，每一個M文件實現(xiàn)一個單獨(dú)的功能，這一點(diǎn)和C語言當(dāng)中的函數(shù)是相互對應(yīng)的。所以，如果我們能將MATLAB中的M文件轉(zhuǎn)化為C語言下的一個單個函數(shù)，就能實現(xiàn)MATLAB中相應(yīng)的功能。

　　實現(xiàn)方法

　　整個過程可分為三個主要部分，用MATLAB將M文件翻譯為C語言文件，從生成的C語言文件提取出有用語句，編寫數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序?qū)崿F(xiàn)參數(shù)格式轉(zhuǎn)換。整個過程最終將把M文件翻譯成C語言當(dāng)中的一個具有相同功能的函數(shù)，供其它的程序調(diào)用。

　　本文用一個最簡單的M文件來示例：

　　文件名：messay.m

function c=messay()
a=3.4;
b=5.6;
c=sqrt(a)+sqrt(b);

　　該m文件實現(xiàn)了計算

　　1、將M文件編譯為C語言文件

　　為了將M文件翻譯為C語言文件，需要進(jìn)行一定的設(shè)置，這里假設(shè)編寫C語言的環(huán)境為VC6.0，在MATLAB命令提示符下輸入mex -setup和mbuild -setup命令，在相應(yīng)選項中選擇Microsoft Visual C/C++即可。

　　在MATLAB命令行中使用mcc命令將messay.m翻譯為C代碼。

mcc -m messay.m

　　其中的參數(shù)-m代表mcc命令將把m文件翻譯成C語言的代碼。

　　翻譯命令將在messay.m所在的文件夾下生成三個C語言文件：messay.h，messay.c和messay_main.c。其中messay_main.c提供了main()函數(shù)；messay.h提供了整個程序的函數(shù)聲明；messay.c包含了MATLAB生成的功能函數(shù)。這三個文件當(dāng)中，messay.c中包含了我們所需要的數(shù)學(xué)函數(shù)。

　　2、提取有用語句

　　通過分析，發(fā)現(xiàn)由mcc生成的代碼內(nèi)部參數(shù)傳送方式由MATLAB鏈接庫規(guī)定，難以改動，因此需要提取有用的代碼，并更改生成代碼的參數(shù)傳遞方式。同時從生成代碼的注釋中可以看出，真正蘊(yùn)含M文件功能實現(xiàn)的代碼段都在Mmessay()函數(shù)當(dāng)中（該函數(shù)名的默認(rèn)構(gòu)造方式為前綴M加上M文件的文件名），而其它的生成函數(shù)僅實現(xiàn)參數(shù)傳遞和標(biāo)準(zhǔn)化接口服務(wù)的功能。

　　所以提取代碼的具體方法是利用messay.c當(dāng)中生成的static mxArray * Mmessay(int nargout_)函數(shù)，對該函數(shù)進(jìn)行修改，而其他的生成函數(shù)都可以忽略不用。原生成的Mmessay()代碼如下：

static mxArray * Mmessay(int nargout_) {
　mexLocalFunctionTable save_local_function_table = mclSetCurrentLocalFunctionTable(&_local_function_table_messay);
　mxArray * c = NULL;
　mxArray * b = NULL;
　mxArray * a = NULL;
　mlfAssign(&a, _mxarray0_);
　mlfAssign(&b, _mxarray1_);
　mlfAssign(&c, mclPlus(mlfSqrt(mclVv(a, "a")), mlfSqrt(mclVv(b, "b"))));
　mclValidateOutput(c, 1, nargout_, "c", "messay");
　mxDestroyArray(a);
　mxDestroyArray(b);
　mclSetCurrentLocalFunctionTable(save_local_function_table_);
　return c;
}

　　在生成代碼當(dāng)中，mclSetCurrentLocalFunctionTable和mclSetCurrentLocalFunctionTable函數(shù)為兩個外部函數(shù)，將參數(shù)傳給外部，與其相關(guān)的部分都對C程序使用數(shù)學(xué)函數(shù)沒有影響。最終實際有用并執(zhí)行運(yùn)算的只有一句：

mlfAssign(&c, mclPlus(mlfSqrt(mclVv(a, "a")), mlfSqrt(mclVv(b, "b"))));

　　實際上，由MATLAB翻譯的C語句中，大部分的和實際計算有關(guān)的語句和自生成的函數(shù)都以mlf開頭，所以尋找有用語句的簡單方法就是直接尋找mlf為前綴的代碼。

　　3、參數(shù)格式轉(zhuǎn)換

　　應(yīng)當(dāng)指出，MATLAB所有的計算都是基于一種名為mxArray的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之上的，所有的浮點(diǎn)數(shù)、向量或者是矩陣在MATLAB當(dāng)中都是通過mxArray結(jié)構(gòu)來進(jìn)行存儲和傳遞的。當(dāng)然，MATLAB所提供的所有數(shù)學(xué)函數(shù)也都是基于這樣一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)算的。所以，要使用MATLAB的生成代碼，就必須將C語言當(dāng)中常用的浮點(diǎn)數(shù)和整數(shù)轉(zhuǎn)換為mxArray結(jié)構(gòu)。

　　本例中利用MATLAB函數(shù)mxArray *mlfScalar(double v)和函數(shù)double *mxGetPr(mxArray *)來實現(xiàn)參數(shù)格式轉(zhuǎn)換。函數(shù)mlfScalar()將double型變量存入一個新建的mxArray結(jié)構(gòu)中，并返回指針，而函數(shù)mxGetPr()將mxArray結(jié)構(gòu)保存的實數(shù)的實部取出。至于其它參數(shù)轉(zhuǎn)換方法可參看參考文獻(xiàn)3中的相關(guān)部分。

　　最終可以編寫這樣一個利用了MATLAB數(shù)學(xué)函數(shù)并實現(xiàn)計算的函數(shù)：

double Mmessay(double ina, double inb) {
　mxArray *a,*b,*c; //三個用于MATLAB數(shù)學(xué)函數(shù)計算的參數(shù)
　double *outc; //計算結(jié)果變量
　a=mlfScalar((double)ina); //利用mlfScalar()進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換
　b=mlfScalar((double)inb);
　mlfAssign(&c, mclPlus(mlfSqrt(mclVv(a, "a")), mlfSqrt(mclVv(b, "b"))));
　outc=mxGetPr(c); //c獲得結(jié)果的實部，即結(jié)果
　mxDestroyArray(a); //釋放空間
　mxDestroyArray(b);
　mxDestroyArray(c);
　return *outc;
}

　　到此，整個翻譯過程完成，但是還不能直接調(diào)用。在這個函數(shù)當(dāng)中運(yùn)用到了MATLAB的數(shù)學(xué)庫函數(shù)mlfSqrt()、mlcPlus()和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換函數(shù)mlfScalar()、mxGetPr()。由于這些函數(shù)是固化在鏈接庫當(dāng)中的，為了連接執(zhí)行，必須加入幾個庫文件和幾個靜態(tài)鏈接庫lib文件。所需要的庫文件為mcc命令生成的messay.c文件當(dāng)中所加入的庫文件，一般為libmatlb.h，而需要加入的靜態(tài)鏈接庫文件如下：

libmat.lib，libmatlb.lib，libmex.lib，libmx.lib

　　如果沒有以上文件，可以用VC的lib命令將MATLAB相應(yīng)的def文件轉(zhuǎn)化為lib文件，轉(zhuǎn)化格式為lib /def:filename.def /machine:ix86 /out:filename.lib。
　　方法的局限

　　使用本文所用的方法可以將M文件翻譯為C語言的函數(shù)，但是要受到兩個因素的制約。

　　1、功能的實現(xiàn)受到MATLAB C函數(shù)庫的限制

　　這種翻譯的機(jī)制是由MATLAB提供的，mcc命令能直接翻譯的函數(shù)也僅局限于MATLAB原有的函數(shù)。因為這些函數(shù)已經(jīng)被MATLAB6.5編譯好，一般以mlf為前綴，存于動態(tài)鏈接庫當(dāng)中并可被C語言直接調(diào)用。這些函數(shù)在參考文獻(xiàn)4中可以查到。而超出了這個范圍的函數(shù)，并在M文件當(dāng)中被嵌套使用，在用mcc進(jìn)行翻譯的時候，mcc將在函數(shù)名前加上前綴mlf，并進(jìn)一步翻譯該函數(shù)。

　　但是，這種翻譯受到MATLAB參數(shù)傳遞的限制，而不能直接調(diào)用，在編譯時會出現(xiàn)找不到相應(yīng)的外部函數(shù)的錯誤。解決辦法是手動將所有被翻譯的函數(shù)進(jìn)行參數(shù)傳遞方式的調(diào)整。如果M文件當(dāng)中包含的函數(shù)被嵌套翻譯的層數(shù)很深，這樣的工作量是巨大而且不可接受的。
同時很多工具箱當(dāng)中定義的函數(shù)也是不能使用這種方法進(jìn)行翻譯的。MATLAB的工具箱更新速度很快，而相應(yīng)的MATLAB C的函數(shù)庫有一定滯后，導(dǎo)致很多最新的工具箱當(dāng)中的函數(shù)是不能被翻譯的。

　　2、翻譯本身存在的限制

　　因為這種翻譯是遵守C語言要求的，因而對于內(nèi)存分配要求和C語言不同的函數(shù)和一些關(guān)于圖形顯示類型的函數(shù)（包括大量的GUI相關(guān)函數(shù)）也不能被正確的翻譯。例如mash.m和step.m這兩個較常用的MATLAB函數(shù)，由于上述的限制，就不能用本方法進(jìn)行翻譯。

　　對于上述的問題，可以利用在C程序當(dāng)中運(yùn)用MATLAB引擎的方法動態(tài)調(diào)用MATLAB的庫函數(shù)，基本上可以解決上述所有的函數(shù)不能被正確翻譯和圖形顯示的問題。但是，運(yùn)用MATLAB引擎的方法需要利用ActiveX的自動化服務(wù)器，在運(yùn)行的時候程序會在后臺執(zhí)行一個MATLAB的線程而不能完全脫離MATLAB的環(huán)境，也就意味著在純C的環(huán)境下是不能運(yùn)用的，必須要先安裝MATLAB并能夠在運(yùn)行時支持多線程工作。具體的方法可以參閱參考文獻(xiàn)3。

　　MATLAB 5.X和MATLAB 6.5的區(qū)別

　　對于本方法有以下幾點(diǎn)區(qū)別需要注意：

　　(1)程序當(dāng)中所需的庫文件由5.X版本的matrix.h、mcc.h、matlab.h改為mex.h、libmatlb.h、libmatlbm.h等庫文件。

　　(2)程序所需要加入的靜態(tài)鏈接庫文件由5.X需要的libmmfile.lib、libmatlb.lib、libmcc.lib、libmx.lib改為libmat.lib、libmatlb.lib、libmex.lib、libmx.lib四個文件。

　　(3)API函數(shù)改動很多，雖然數(shù)學(xué)函數(shù)庫即mlf前綴的函數(shù)少有改動，但是關(guān)于變量建立，內(nèi)存管理和數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換的函數(shù)發(fā)生改變，即很多原mcc前綴的函數(shù)改為用mx為前綴的函數(shù)代替，使得很多5.X翻譯的C程序代碼不能在6.5相應(yīng)的庫下運(yùn)行通過。

　　(4)6.5版本中直接增加了在VC環(huán)境下對M文件的支持。在執(zhí)行mbuild -setup的配置命令后，MATLAB在VC中提供了MATLAB Project Wizard，可在VC環(huán)境下直接建立MATLAB的工程來翻譯M文件。但是這種翻譯方法在遇到未定義函數(shù)嵌套時將錯誤的把函數(shù)名翻譯為變量名，而mcc命令將進(jìn)一步翻譯內(nèi)部嵌套的函數(shù)。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的C语言实现MATLAB 6.5中M文件的方法的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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