Matab与C混合编程 C_MEX函数编写

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我是靠谱客的博主漂亮野狼，这篇文章主要介绍Matab与C混合编程 C_MEX函数编写，现在分享给大家，希望可以做个参考。

1、为什么我们要用C_MEX 文件

我们知道Matlab擅长处理矩阵运算，提供了很多内建函数以及工具箱，但是对于大量循环的处理效率较低，会出现计算速度的瓶颈，而C对于循环有着高效的处理方式。结合两者特性，我们尝试将耗时的部分改用C实现，由Matalb进行调用。通过使用mex文件，使得Matlab调用C程序与调用内置函数一样简单。

2.、mex文件的组成

C语言MEX 函数主要由计算子程序和接口子程序两个部分组成。

>C和Matlab之间的接口函数（由mexFunction实现）

>用C编写的实现特定功能的计算程序（由用户编写完成特定的功能）

>与平台相关的预处理宏（Windows平台下与C相关的宏，主要与mxArray类相关）

注：将C/Cpp 文件编译为matlab可以执行的程序，关键是“数据格式的转换”。Matlab中使用的是矩阵类型，一个标量也是使用矩阵进行表述的；而C/CPP中使用的初级类型是int，double等。如何将两类数据调整一致是一个基本问题。

mex文件入口函数：void mexFunction(int nlhs,mxArray *plhs[], int nrhs,const mxArray *prhs[])；

mexFunction四个参数的意思为：

nlhs= 1，说明调用语句左手面（lhs－lefthand side）有一个变量，即a。

nrhs= 2，说明调用语句右手面（rhs－righthand 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。

注：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1x1的doublearray。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。

接下来是在mex文件中实现函数功能，mex文件名就是被Matlab调用的文件名，在C/C++文件中对定义功能，并且接口的数据结构严格依照Matlab的规定，传入传出参数都是mxArray。

（i）先将传入的mxArray参数，利用Matlab提供的API函数转成C/C++数据，如 int mrow = mxGetM(mxArray* p) ， double* p = mxGetPr(prhs[0]).

（ii）在mexFunction中调用C/C++function ，得到C/C++中类型数据。

（ii）将得到的C/C++数据转成mxArray数据结构传出。

mex编译器负责将这样的“八股文”翻译成为matlab可以执行的二进制文件。

3、mex文件的编写、编译、运行

注：同一目录下如果有m函数文件和编译生成的mex64库文件，Matlab优先调用库文件函数。

这里我们实现两个双精度数相加，matlab m文件对应函数如下：

复制代码

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function [ z ] =  mexAdd( x,y )
%UNTITLED Summary of this function goes here
%   Detailed explanation goes here
    disp('this is a function.');
    z = x+y;

end

现在，我们要用C的方式来实现：

mexAdd.c文件如下：

复制代码

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//包含头文件
#include "mex.h"
//C 函数
double mexAdd(double x,double y){
    return x+y;
}
//MEX文件的入口函数mexFunction
void mexFunction(int nlhs,mxArray *plhs[], int nrhs,const mxArray *prhs[]){
    double a;
    double b;
    double *c;
    //输入参数、输出参数判断
    if(nlhs != 1){
        mexErrMsgTxt("One output required!");
    }
    if(nrhs != 2){
        mexErrMsgTxt("Two input required!");
    }
    //传入的mxArray参数，利用Matlab提供的API函数转成C/C++数据
    a = *( mxGetPr(prhs[0]) );
    b = *( mxGetPr(prhs[1]) );
    
    plhs[0] = mxCreateDoubleMatrix(1, 1, mxREAL);
    c = mxGetPr(plhs[0]);
    *c = mexAdd(a,b);
}

对于没有配置编译Cmex的首先需要选择配置编译器，如下：

有些matlab 自带有Lcc编译器，只是用lcc编译时不支持汉语注释吗，只能用英语注释。。。

然后就是使用mex命令编译C文件了，编译成功后生成对应的 .mexw64文件或者.mexw32文件，调用时跟普通内建函数使用无区别。

4、数组相加实例

复制代码

# include "mex.h"
void mexArrayAdd(const int Row,const int Col,const double *A,const double *B,double *C){
    int i,j;
    for(i=0;i<Row;i++){
        for(j=0;j<Col;j++){
            //注意数据的表达方式, C语言是按行存储A[i*Col+j]，matlab是按列存储 A[i+j*Row]
            C[i+j*Row] = A[i+j*Row] + B[i+j*Row]; 
        }
    }
}

void mexFunction(int nlhs,mxArray *plhs[],int nrhs,const mxArray *prhs[]){
    double *A,*B,*C;
    int RowA,ColA,RowB,ColB;
    if(nlhs != 1){
       mexErrMsgTxt("One output required.");
    }
    else if(nrhs > 2){
        mexErrMsgTxt("Two input required.");
    }
    if( !mxIsDouble(prhs[0]) || !mxIsDouble(prhs[1]) || mxIsComplex(prhs[0]) || mxIsComplex(prhs[1]) ){
        mexErrMsgTxt("Input Array must be double.");
    }
    //获得矩阵的行数
    RowA = mxGetM(prhs[0]);
    //获得矩阵的列数
    ColA = mxGetN(prhs[0]);
    RowB = mxGetM(prhs[1]);
    ColB=  mxGetN(prhs[1]);
    //判断行列是否相等
    if(RowA != RowB || ColA != ColB){
        mexErrMsgTxt("Rows and Cols must be same.");
    }
    //获取指向输入参数的指针
    A = mxGetPr(prhs[0]);
    B = mxGetPr(prhs[1]);
    //生成输出参量的mxArray
    plhs[0] = mxCreateDoubleMatrix(RowA,ColB,mxREAL);
    //获取指向输出参数的指针
    C= mxGetPr(plhs[0]);
    mexArrayAdd(RowA, ColA, A, B, C);
}

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# include "mex.h"
void mexArrayAdd(const int Row,const int Col,const double *A,const double *B,double *C){
    int i,j;
    for(i=0;i<Row;i++){
        for(j=0;j<Col;j++){
            //注意数据的表达方式, C语言是按行存储A[i*Col+j]，matlab是按列存储 A[i+j*Row]
            C[i+j*Row] = A[i+j*Row] + B[i+j*Row]; 
        }
    }
}

void mexFunction(int nlhs,mxArray *plhs[],int nrhs,const mxArray *prhs[]){
    double *A,*B,*C;
    int RowA,ColA,RowB,ColB;
    if(nlhs != 1){
       mexErrMsgTxt("One output required.");
    }
    else if(nrhs > 2){
        mexErrMsgTxt("Two input required.");
    }
    if( !mxIsDouble(prhs[0]) || !mxIsDouble(prhs[1]) || mxIsComplex(prhs[0]) || mxIsComplex(prhs[1]) ){
        mexErrMsgTxt("Input Array must be double.");
    }
    //获得矩阵的行数
    RowA = mxGetM(prhs[0]);
    //获得矩阵的列数
    ColA = mxGetN(prhs[0]);
    RowB = mxGetM(prhs[1]);
    ColB=  mxGetN(prhs[1]);
    //判断行列是否相等
    if(RowA != RowB || ColA != ColB){
        mexErrMsgTxt("Rows and Cols must be same.");
    }
    //获取指向输入参数的指针
    A = mxGetPr(prhs[0]);
    B = mxGetPr(prhs[1]);
    //生成输出参量的mxArray
    plhs[0] = mxCreateDoubleMatrix(RowA,ColB,mxREAL);
    //获取指向输出参数的指针
    C= mxGetPr(plhs[0]);
    mexArrayAdd(RowA, ColA, A, B, C);
}