Matlab調用C程式

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Matlab是矩陣語言，如果運算可以用矩陣實現，其運算速度非常快。但若運算中涉及到大量迴圈，Matlab的速度令人難以忍受的。當必須使用for迴圈且找不到對應的矩陣運算來等效時，可以將耗時間長度的函數用C語言實現，並編譯成Mex檔案，Matlab便可以像調用內建函數一樣調用C編寫的函數。Mex檔案其實是一種動態連結程式庫，舊版本Matlab可以直接調用.dll，新版本要調用.mexw32或.mexw64檔案。

編譯過程需要C語言編譯器，在Matlab中鍵入mex –setup進行安裝與配置。

MEX檔案的原始碼組成：

(1)功能子程式。該過程包含了Mex檔案實現計算功能的代碼，是標準的C語言子程式。

(2)入口子程式。該過程提供功能子程式與Matlab之間的介面，以mexFunction函數實現。注意，入口過程的名稱必須是mexFunction，並且包含四個參數，即

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

nrhs(left hand side): 輸入參數的個數；

prhs是一個輸入數組，其內容為指標，指向mxArray類型的資料（MATLAB中所有資料都是以矩陣的形式mxArray儲存的）。

nlhs, plhs含義類似。

具體地，若在Matlab中執行[a,b]=test(c,d,e) ，則nlhs=2, nrhs=3，prhs[0]指向c，prhs[1]指向d，prhs[2]指向e(可以理解為：prhs[0]=&c, prhs[1]=&d, prhs[2]=&e)，注意prhs是const指標數組，故不能改變其指向內容；函數返回時將plhs[0]，plhs[1]指向的內容賦給a，b(可以理解為a=*plhs[0]， b=*plhs[1])。

例：建立add.c，源碼如下：

#include "mex.h"  double add(double x, double y){    return x + y;} 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);}

將add.c拷貝至Matlab目前的目錄，執行mex add.c，產生add.mexw64，該檔案實現求和功能。此時便可在Matlab中調用該函數：

>> output = add(1.1, 2.2); 

分析：

#include "mex.h"

Mex源檔案必須包含mex.h，該標頭檔提供了大量Matlab與C(或Fortran)語言的之間的介面函數，函數首碼有mex-和mx-兩種，帶mx-首碼的大多是對mxArray資料進行操作的函數，如mxIsDouble，mxCreateDoubleMatrix等；而帶mex-首碼的則大多是與Matlab環境進行互動的函數，如mexPrintf，mexErrMsgTxt等。具體可參考Apiref.pdf。

plhs[0] = mxCreateDoubleMatrix(1, 1,mxREAL)；

建立一個1x1的double類型的矩陣，返回剛建立的mxArray的地址，賦給指標plhs[0]；

a = mxGetPr(plhs[0])；

返回指標plhs[0]所指向矩陣的第一個實數的地址，並賦給a；

b = *(mxGetPr(prhs[0]))；

擷取指標prhs[0]指向矩陣的第一個實數，並賦給b；

*a = add(b, c)；

調用C程式add，計算b,c之和並賦給a指向的內容；

例：建立myhilb.c，源碼如下：

#include "mex.h"void myhilb(double *y,int n){    int i,j;    for(i=0;i<n;i++)        for(j=0;j<n;j++)            *(y+j+i*n)=1/((double)i+(double)j+1);}void mexFunction(int nlhs,mxArray *plhs[],int nrhs,const mxArray *prhs[]){    double x,*y;       if (nrhs!=1)        mexErrMsgTxt("One inputs required.");    if (!mxIsDouble(prhs[0])||mxGetN(prhs[0])*mxGetM(prhs[0])!=1)        mexErrMsgTxt("Input must be scalars.");    x=mxGetScalar(prhs[0]);    plhs[0]=mxCreateDoubleMatrix(x,x,mxREAL);    y=mxGetPr(plhs[0]);    myhilb(y,(int)x);}

將myhilb.c拷貝至Matlab目前的目錄，執行mex myhilb.c，產生myhilb.mexw64，該檔案實現了計算Hilbert矩陣的功能(Hilbert矩陣：H(i,j)=1/(i+j-1))。

此時便可在Matlab中調用該函數：

>> output = myhilb (6);

分析：

mexFunction中進行了參數檢查，函數mexErrMsgTxt顯示出錯資訊後即退回到MATLAB。

mxGetScalar：擷取輸入矩陣第一個元素的實數部分；mxGetM：擷取矩陣的行數。

為了測試一下Mex檔案與m檔案的速度差異，編寫m檔案並運行之：

ticm=10000;a=zeros(m,m);for i=1:m     for j=1:m         a(i,j)=1/(i+j);     endendtoc

結果：Elapsed time is3.620924 seconds.

接著運行Mex檔案

ticoutput = myhl(10000);toc

結果：Elapsed timeis 0.730596 seconds.

可以看出Mex檔案與M檔案速度差異很大。

VS2010產生Mex檔案（本人64位作業系統）

上述利用Matlab編譯產生Mex檔案，同樣也可以使用VS2010產生Mex檔案，只不過需要對VS環境進行配置，過程如下：

1、  建立一個win32 控制台的dll 空項目”myhilb”；

2、  建立源檔案myhilb.c，將上述myhilb.c內容拷進即可；

3、  添加.def檔案，內容為：

LIBRARY

EXPORTSmexFunction

4、  設定項目屬性, 開啟項目屬性配置頁:

(1)C/C++—>常規—>附加元件封裝含目錄,輸入matlab下安裝目錄下\extern\include

本人輸入E:\Matlab2010\Install\extern\include

(2)連結器->常規—>附加庫目錄，輸入matlab下安裝目錄下\extern\lib\win64\microsoft

本人輸入E:\Matlab2010\Install\extern\lib\win64\microsoft

(3)連接器 ->輸入->附加依賴項，輸入

libmx.lib

libeng.lib

libmat.lib

libmex.lib

(4)連結器->常規—>輸出檔案，輸入$(OutDir)$(TargetName).mexw64（若此處不更改，可在產生dll檔案後將尾碼名改為mexw64即可，這也驗證了Mex實際上就是DLL，只是尾碼名不同罷了）

(5)連結器->進階—>目標電腦，設為MachineX64(32位系統不用更改)

設定好點擊應用，執行了(5)的64位系統還需要在執行：

產生—>組態管理員—>活動解決平台，改為x64

5、按F7編譯工程，會在Debug下產生.mexw64檔案，如：

VS中單步調試Mex檔案

在Matlab環境下使用 mex  –g myhilb.c命令進行調試，但無法加斷點進行單步調試，故需轉到VS環境下調試。

不管是利用VS還是利用Matlab產生Mex檔案，只要有c源檔案和Mex檔案就可以利用VS對Mex來源程式加斷點進行單步調試（我們用上面myhilb.c和myhilb.mexw64做測試）。

1、將Matlab目前的目錄改為Mex檔案(C檔案)所在目錄；

2、在VS2010中開啟C檔案，調試—>附加到進程，附加MATLAB.exe；

3、VS中在C源碼中添加斷點，在Matlab命令視窗調用Mex檔案提供的介面；

如Matlab執行：out=myhilb(6)；

此時，VS2010中便可按F10進行單步調試：

要說明的是，在調試階段Matlab處於假死狀態，另外，Matlab調用了Mex檔案後需要執行clear all命令後才能刪除Mex檔案；

同樣地，若利用VS產生Mex檔案後直接將Matlab目前的目錄改至Debug目錄進行調試，則調試完必須執行clear all指令才能重新編譯工程。

參考：

http://blog.sina.com.cn/s/blog_468651400100coas.html

http://www.cppblog.com/xiaozhixd/articles/108490.html

http://www.linuxidc.com/Linux/2012-08/68148.htm

http://blog.sina.com.cn/s/blog_a7e72e940101cti9.html

http://blog.csdn.net/raodotcong/article/details/6317273

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