C語言與matlab接口(共3頁)

1、C語言與matlab接口MATLAB作為世界頂尖的數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件，以其強大的工程計算、算法研究、工程繪圖、應(yīng)用程序開發(fā)、數(shù)據(jù)分析和動態(tài)仿真等功能，在航空航天、機械制造和工程建筑等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。而C語言功能豐富，使用靈活方便，目標(biāo)程序效率高。既有高級語言的優(yōu)點，又有低級語言的特點。因此，C語言是目前應(yīng)用最廣的編程語言。雖然MATLAB是一個完整的、功能齊全的編程環(huán)境，但在某些情況下，與外部環(huán)境的數(shù)據(jù)和程序的交互是非常必須而且有益的。 眾所周知，MATLAB是用M語言編程，不能在M文件中直接調(diào)用C語言程序?？梢酝ㄟ^MATLAB提供的應(yīng)用編程接口（API）來實現(xiàn)與外部的，在MATLAB環(huán)

2、境中實現(xiàn)調(diào)用C語言或Fortran程序、輸入或輸出數(shù)據(jù)以及和其他軟件程序間建立客戶/服務(wù)器關(guān)系等功能。 MATLAB中調(diào)用C語言程序，必須通過MEX文件來實現(xiàn)。 一、 C語言的MEX文件的結(jié)構(gòu) C語言的MEX文件是一種動態(tài)連接子程序，可以象調(diào)用M文件一樣調(diào)用它。MEX文件主要有以下幾方面的應(yīng)用： （1）在MATLAB中，M文件的計算速度特別是循環(huán)迭代的速度遠(yuǎn)比C語言慢，因此可以把要求大量循環(huán)迭代的部分用C語言編寫為MEX文件，提高計算速度。 （2）已經(jīng)開發(fā)的C語言程序，則不必將其轉(zhuǎn)化為M文件而重復(fù)勞動，通過添加入口程序mexFunction，可以由MATLAB調(diào)用。 （3）直接控制硬件，如A/

3、D采集卡，D/A輸出卡等，以用于數(shù)據(jù)采集或控制應(yīng)用。 C語言的MEX文件的源程序由兩個非常明顯部分組成： （1）計算程序，即在MEX文件中完成計算功能的程序代碼，計算程序可以是普通的C語言程序，按照C語言規(guī)則編寫即可 （2）入口程序，將計算程序與MATLAB連接的入口函數(shù)mexFunction。入口程序mexFunction相對要復(fù)雜一些，函數(shù)中有四個參數(shù)nlhs、plhs、nrhs和prhs。這里nlhs是輸出數(shù)據(jù)的個數(shù)，plhs是指向mxArray（MATLAB中所有數(shù)據(jù)都由mxArray定義）的輸出數(shù)據(jù)的指針，nrhs是輸入數(shù)據(jù)的個數(shù)，prhs是指向mxArray的輸入數(shù)據(jù)的指針。 圖1

4、顯示了如何向MEX文件輸入數(shù)據(jù)，通過接口函數(shù)調(diào)用計算程序完成運算過程，最后向MATLAB返回計算結(jié)果的過程。 二、 使用MEX文件 上面所述的MEX文件的兩個主要部分在使用中可以是獨立的，也可以是組合在一起的。不管是哪一種情況，MEX文件都必須包含頭文件mex.h，以便正常申明入口程序。入口程序的名字必須是mexFunction而且必須包含這些參數(shù)： void mexFunction(int nlhs,mxArray *plhs,int nrhs,const mxArray *prhs) 在C語言的MEX文件中，參數(shù)nlhs和nrhs包含輸出和輸入變量的數(shù)目，借助于這兩個參數(shù)，MEX文件被調(diào)用

5、。參數(shù)plhs和prhs是包含指向MEX文件輸出和輸入變量的指針的向量，prhs是長度為nrhs的輸入變量的指針數(shù)組，plhs是長度為nlhs的輸出變量的指針數(shù)組。比如從MATLAB命令窗口來調(diào)用一個MEX文件： x=fun(y,z)； 則MATLAB編譯器使用下面的變量來調(diào)用mexFunction： nlhs=1 nrhs=2 plhs=(pointer)-/*unassigned*/ prhs=(pointer)-y (pointer)-z plhs指向只有一個元素的C語言數(shù)組，并且這個元素為空指針。prhs指向含有兩個元素的C語言數(shù)組，其中第一個元素指向mxArray型變量Y，第二個元素

6、指向mxArray型變量Z。 這里，plhs指向空的數(shù)組是由于輸出x在子程序執(zhí)行前尚未產(chǎn)生，入口程序的作用就是創(chuàng)建輸出數(shù)組并分配指針plhs0指向該數(shù)組。如果plhs0沒有賦值，MATLAB將給出輸出變量沒有賦值的警告信息三、C語言程序MEX文件實例 MATLAB 5 API提供了一系列程序來處理MATLAB所支持的各種數(shù)據(jù)類型，每一種數(shù)據(jù)類型都有對應(yīng)函數(shù)共你使用來處理對應(yīng)的數(shù)據(jù)。下面給出一個簡單的C語言程序和與之對應(yīng)的MEX文件代碼，該程序的功能是將標(biāo)量x加倍。 C語言程序如下： #include math.h void timestwo(double y, double x) y0=2.0

7、*x0; return; 下面是與C語言程序功能相同的MEX文件： #include mex.h void timestwo(double y, double x) y0=2.0*x0; void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs, int nrhs, const mxArray *prhs) double *x, *y; int mrows, ncols; /*檢查正確的參數(shù)數(shù)目*/ if(nrhs!=1) mexErrMsgTxt(需要一個輸入?yún)?shù).); else if(nlhs1) mexErrMsgTxt(輸出參數(shù)太多.); /*輸入變量必須是非復(fù)

8、數(shù)類型的標(biāo)量*/ mrows=mxGetM(prhs0); ncols=mxGetN(prhs0); if(!mxIsDouble(prhs0) mxIsComplex(prhs0) !(mrows=1 & ncols=1) mexErrMsgTxt(輸入變量必須是非復(fù)數(shù)類型的標(biāo)量.); /*為返回參數(shù)創(chuàng)建矩陣*/ plhs0=mxCreateDoubleMatrix(mrows, ncols, mxREAL); /*分配輸入輸出參數(shù)的指針*/ x=mxGetPr(prhs0); y=mxGetPr(plhs0); /*調(diào)用timestwo子函數(shù)*/ timestwo(y, x); C語言是在

9、編譯的時候檢查函數(shù)參數(shù)。MATLAB可以在M函數(shù)中傳遞任意數(shù)量和類型的參數(shù)，MEX文件也是如此，不過在程序中必須可靠地處理輸入輸出參數(shù)的數(shù)目。如果將上面的MEX文件命名為timestwo.c，就可以對它進行編譯和鏈接，在MATLAB命令窗口下輸入： mex timestwo.c 這是產(chǎn)生MEX文件timestwo.*所必需的步驟，該文件的擴展名所運行的系統(tǒng)平臺的類型。Windows系統(tǒng)下，擴展名為dll。此時，就可以象調(diào)用M函數(shù)一樣調(diào)用timestwo了。 在MATLAB命令窗口中輸入： x=2; y=timestwo(x); 就可以得到： y=4; 四、小 結(jié) MEX文件雖然具有較強大的功能，但并不是對所有的應(yīng)用都恰當(dāng)。MATLAB是一個高效率的編程系統(tǒng)，特別適合于工程計算、系統(tǒng)仿真等應(yīng)用。它的最大優(yōu)點就是將人們從繁