C语言与MATLAB接口 编程与实例

罗列一下以前自己学习C语言与MATLAB混编的笔记，顺便复习一遍。

《C语言与MATLAB接口 编程与实例 李传军编着》（未看完，目前看到P106）

目录P4-8

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C-MEX函数：从MATLAB调用C语言或Fortran语言编写的函数。

MEX文件：是一种按一定格式，使用C语言或者FORTRAN语言编写的，由MATLAB解释器自动调用并执行的动态链接函数。在Windows系统中，MEX文件的类型后缀名为dll，WIN7中64位电脑为mexw64（Linux中为mexsg）。

MATLAB系统系统规定，MEX文件的执行优先级高于M文件。

MEX文件的使用与MATLAB内建函数的调用方式相同。由于MEX文件无法显示相应的函数信息，因此，在一般情况下，在构造一个MEX文件的同时，会相应编写一个MATLAB的M文件作为其帮助解释文件，并存放在相同目录下。该M文件不可包含任何可执行语句，只包含一些帮助信息。

在同一个目录下有三个同名文件，对应“.c”文件，“.dll”文件，“.m”文件。

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mxArray结构体

C语言与MATLAB之间的接口是通过一个由C语言编写的mxArray结构体。

针对MATLAB中所有数据类型，如数值阵列（双精度、单精度、int8、int16、uint16、int32、uint32等）、字符串、离散矩阵、单元阵列、结构体、对象、多维阵列、逻辑阵列、空阵列。这些MATLAB的数据类型都能用mxArray结构体来定义。

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库函数

在MATLAB的外部接口函数库中，存在4种类型与C有关的库函数。

分别为C Engine Routines、C MAT-File Routines、C MEX-Functions和C MX Functions。

其中，C MEX Functions 和 C MX Functions分别是以mex和mx为前缀的，分别完成不同功能。

mx函数库主要为用户提供一种在C语言中创建、访问、操作和删除mxArray结构体对象的方法。

mex函数库主要功能是与MATLAB环境进行交互，从MATLAB环境中获取必要的阵列数据，并且返回一定的信息，包括文本提示、数据阵列等。

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编写、编译、链接C-MEX函数的方法

使用MEX指令不仅能够创建C语言的MEX函数，也可创建Fortran语言的MEX函数。

P16 表2.1 MEX命令控制参数

mex [option1...optionN] sourcefile1 [...sourcefileN] [objectfile1...objectfileN] [libraryfile1...libraryfileN];

其中，option是MEX指令的命令行参数选项；sourcefile为参与编译生成MEX文件的所有C原文件；objectfile为参与编译的对象文件；libraryfile为参与编译的函数库文件。

编写源代码：利用代码编写器，如VC++、MATLAB等编写C语言源代码。

编译：对源代码进行编译，生成目标文件。

链接：将源文件生成的目标文件、必要的库文件及其他的目标文件链接在一起，生成最终可执行的程序文件。

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mex -setup命令

>>mex -setup; % 安装编译器

>>edit; % 编写C-MEX函数文件

>>edit  **.c % 编写C-MEX函数文件

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C与MATLAB存储方式的区别：

在C语言中，数据是按行存储的，如果按列读取就会出现异常；

在MATLAB中，数据时按列存储的，如果按行读取就会出现异常。

C-MEX函数式用C语言编写的MATLAB接口函数。在编写C-MEX函数时，一定要按照MATLAB语言中数据的存储和读取方式来进行。

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头文件是 #include "mex.h"

接口程序函数是：

void mexFunction(

     int nlhs,                           // 左边（输出）参数的个数

     mxArray *plhs[],              // 左边参数的数组

     int nrhs,                          // 右边（输入）参数的个数

     const mxArray *prhs[]     // 右边参数的数组

){……}

编写C-MEX函数的基本流程：

1、编写C-MEX接口函数。

2、定义输入变量和输出变量的类型及维数。

3、检查输入和输出参量的个数。

4、检查输入参量的数据类型。

5、获取输入参量的维数。

6、检查输入参数的维数条件。

7、设定输出参量的维数。

8、生成输出参量的mxArray结构体。

9、获取输入参量的指针。

10、获取输出参量的指针。

11、调用C子程序。

12、编写C计算子程序，并置于mexFunction函数之前。

13、编译链接。

14、分析测试。

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当采用变量来表示标量时，须用mxGetScalar()函数从mxArray结构体获取变量值。

当采用指针变量表示标量时，须用mxGetPr()函数从mxArray结构体获取变量值。

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mxIsDouble：判断阵列是否为双精度类型。

               bool mxIsDouble(const mxArray *array_ptr);

mxIsComplex：判断阵列是否为复数类型。

               bool mxIsComplex(const mxArray *array_ptr);

mxGetM：获取阵列的行数。

               int mxGetM(const mxArray * array_ptr);

mxGetN：获取阵列的列数。

               int mxGetN(const mxArray * array_ptr);

mxGetPr：获取阵列的实数部分的数据指针。

               double *mxGetPr(const mxArray *array_ptr);

mxGetPi：获取阵列的虚数部分的数据指针。

               double *mxGetPi(const mxArray *array_ptr);

mxGetScalar：获得某个阵列的实数部分的第一个数据。

               double mxGetScalar(const mxArray *array_ptr);

mxCreateDoubleMatrix：创建一个二维的未赋值的双精度浮点类型的阵列。

               mxArray *mxCreateDoubleMatrix(int m,int n,mxComplexity complexFlag);

mxCreateScalarDouble：创建一个标量的未赋值的双精度浮点类型的阵列。

               mxArray *mxCreateScalarDouble(double value);

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多维数组常用函数：

mxGetNumberOfDimensions：获得阵列的维数。

               int mxGetNumberOfDimensions(const mxArray *array_ptr);

mxGetDimensions：获得一个指向阵列维数大小的数组指针。

               const int *mxGetDimensions(const mxArray *array_ptr);

mxCreateNumbericArray：创建一个N维的未赋值的数值阵列。

               mxArray*mxCreateNumericArray(int ndim,const int *dims,mxClassID class,mxComplexity ComplexFlag);

mxGetNumberOfElements：获得阵列中元素的个数。

               int mxGetNumberOfElements(const mxArray *array_ptr);

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字符串函数：

mxIsChar：判断阵列是否为字符串类型的阵列。

               bool mxIsChar(const mxArray *array_ptr);

mxGetString：获得字符串阵列的内容。

               int mxGetString(const mxArray*array_ptr,char*buf,int buflen);

mxCreateString：创建一个1*N维的字符串阵列。

               mxArray *mxCreateString(const char *str);

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P86 数据类型间的对应关系表

函数介绍：

mxIsSingle：判断阵列的数据类型是否为单精度的浮点类型。

               bool mxIsSingle(const mxArray *array_ptr);

mxIsInt8：判断阵列的数据类型是否为8位的整数类型。

               bool mxIsInt8(const mxArray *array_ptr);

mxIsInt16：判断阵列的数据类型是否为16位的整数类型。

               bool mxIsInt16(const mxArray *array_ptr);

mxIsInt32：判断阵列的数据类型是否为32位的整数类型。

               bool mxIsInt32(const mxArray *array_ptr);

mxIsUint8：判断阵列的数据类型是否为8位的整数类型。

               bool mxIsUint8(const mxArray *array_ptr);

mxIsUint16：判断阵列的数据类型是否为16位的整数类型。

               bool mxIsUint16(const mxArray *array_ptr);

mxIsUint32：判断阵列的数据类型是否为32位的整数类型。

               bool mxIsUint32(const mxArray *array_ptr);

mxGetData：获得阵列的指针（返回值为void）。

               void *mxGetData(const mxArray *array_ptr);

mxGetImagedata：获得阵列虚数部分数据的指针（返回值为void）。

               void *mxGetImagData(const mxArray *array_ptr);

mxCreateNumericMatrix：创建一个二维的未赋值的数值阵列。

               mxArray *mxCreateNumericMatrix(int m,int n,mxClassID class,mxComplexity ComplexFlag);

mxCreateNumericArray：创建一个N维的未赋值的数值阵列。

               mxArray *mxCreateNumericArray(int ndim,const int *dims,mxClassID class,mxComplexity ComplexFlag);

mxSetData：设置阵列的数据指针。

               void mxSetData(mxArray *array_ptr,void *data_ptr);

mxSetImagData：设置阵列的虚部数据指针。

               void mxSetImagData(mxArray *array_ptr,void *pi);

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C调用MATLAB函数

mexCallMATLAB：用于调用MATLAB内建函数或用户定义的MATLAB文件以及MEX文件。

               int mexCallMATLAB(int nlhs,mxArray*plhs[],int nrhs,mxArray*prhs[],const char *command_name);

mxDestroyArray：释放mxArray阵列所占用的内存。

               void mxDestroyArray(mxArray *array_ptr);

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Structures阵列

函数介绍：

mxIsStruct：判断阵列是否为结构体阵列。

               bool mxIsStruct(const mxArray* array_ptr);

mxGetNumberOfDimensions：获得阵列的维数。

               int mxGetNumberOfDimensions(const mxArray *array_ptr);

mxGetDimensions：获得一个指向阵列维数大小的数组指针。

               const int *mxGetDimensions(const mxArray*array_ptr);

mxGetNumberOfFields：获得结构体阵列的域的数量。

               int mxGetNumberOfFields(const mxArray *array_ptr);

mxGetFieldNameByNumber：通过索引获得域名。

               const char*mxGetFieldNameByNumber(const mxArray *array_ptr,int field_number);

mxGetFieldNumber：获得指定域名的索引值。

               int mxGetFieldNumber(const mxArray *array_ptr,const char*field_name);

mxGetField：获得指定结构体阵列指定元素的指定域的值。

               mxArray*mxGetField(const mxArray*array_ptr,int index,const char*field_name);

mxCalcSingleSubscript：获取指定元素的索引值。

               int mxCalcSingleSubscript(const mxArray*array_ptr,int nsubs,int *subs);

mxCreateStructArray：创建一个N维未赋值的结构体阵列。

               mxArray*mxCreateStructArray(int ndim,const int *dims,int nfields,const char**field_names);

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