matlab的编程.doc

标 题: 用C编写mex程序 开篇用C编写mex程序大家都知道，matlab是一种解释型的编程环境，也就是说，跟以前的basic一样，是读一句执行一句的。这样做可以很方便的实现编程过程中的交互，也免去了麻烦又耗时的编译过程。但凡事有一利必有一弊，matlab在执行时速度慢也就根源于此。在matlab里ticfor i=1:10000b(i)=a(10001-i);end怎么样，是不是很慢？你的程序里如果再多几个这样的循环，运行速度就可想而知了。上面程序的功能是将向量a里的数据逆序赋给向量b。下面的程序可以实现相同的功能ticb=a(10000:-1:1);为什么这个程序运行速度就这么快呢？这是因为matlab里的基础矩阵运算函数，像转置，复制等等，都是以二进制程序的形式存在的，运行起来速度当然比解释执行10000次所以编matlab程序时，应该尽量避免用循环语句，而使用等效的矩阵运算。虽然这样但总是有的时候没法找到对应的矩阵运算来等效，或编出来的程序复杂得让人没法修简单地说，mex程序就是根据一定的接口规范（mtlab提出的）编写的一个dll，matla比如我编了一个mex函数，名字叫max2.dll，那么只要把这个dll所在的目录加到matlab的搜索路径里（用addpath），就可以像调用普通matlab函数一样来调用它了。因为把循环体放到了二进制程序中，执行速度快得多。Mex文件既可以用c，也可以用fortran来编。因为我用的是c语言，所以下面的介绍都是用c语言编写mex文件的方法。如果你用的是fortran，请你自己去看Apiguide.pdf，里面有详细说明。开场说明我的论文里的程序大多是用matlab编的，因为方向是图像处理，速度上的限制很大。不得已，拿着apiguide.pdf啃了两天，才算摸出点门道。现在论文写完了，想着这点经验也许有用，就不惮浅薄，打算把它写下来。因为还要准备论文讲稿，还有一堆表要填，不知能否写完，在这里预为说明，到时莫要骂我。 :发信人: dodoo (虚怀), 信区: Programming标 题: 用C编写mex程序 PART 2前面说到通过把耗时长的函数用c语言实现，并编译成mex函数可以加快执行速度。这Matlab5.1本身是不带c语言的编译器的，所以要求你的机器上已经安装有VC,BC或Watcom C中的一种。如果你在安装Matlab时已经设置过编译器，那么现在你应该就可以使用mex命令来编译c语言的程序了。如果当时没有选，只要在Matlab里键入 mex -setup，就会出现一个DOS方式窗口，下面只要根据提示一步步设置就可以了。由于我用的是w听说Matlab5.2已经内置了C语言的编译器，那么下面的这些可能就用不着了。可惜现需要注意的是，在设置编译器路径时，只能使用路径名称的8字符形式。比如我用的VC5装在路径 C:PROGRAM FILESDEVSTUDIO下，那在设置路径时就要写成：C:PROGRA1这样设置完之后，mex就可以执行了。为了测试你的路径设置正确与否，把下面的程序存为hello.c。#include mex.hvoid mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs, int nrhs, const mxArray *prhs)mexPrintf(hello,world!n);假设你把hello.c放在了C:TEST下，在Matlab里用CD C:TEST 将当前目录改为C:TEST（注意，仅将C:TEST加入搜索路径是没有用的）。现在敲：mex hello.c如果一切顺利，编译应该在出现编译器提示信息后正常退出。如果你已将C:TEST加入了搜索路径，现在键入hello，程序会在屏幕上打出一行：hello,world!看看CTEST目录下，你会发现多了一个文件：HELLO.DLL。这样，第一个mex函数就算完成了。怎么样，很简单吧。下一次，会对这个最简单的程序进行分析，并给它增加一些功能。-发信人: dodoo (虚怀), 信区: Programming标 题: 用C编写mex程序 PART 3分析hello.c，可以看到程序的结构是十分简单的，整个程序由一个接口子过程mexFunction构成。前面提到过，Matlab的mex函数有一定的接口规范，就是指这nlhs：输出参数数目plhs：指向输出参数的指针nrhs：输入参数数目例如，使用 a,b =test(c,d,e) 调用mex函数test时，传给test的这四个参数分别是2，plhs，3，prhs。其中：prhs0=cprhs1=dprhs2=e当函数返回时，将会把你放在plhs0，plhs1里的地址赋给a和b，达到返回数据的目的。细心的你也许已经注意到，prhsi和plhsi都是指向类型mxArray类型数据的指针。这个类型是在mex.h中定义的，事实上，在Matlab里大多数数据都是以这种类型存在。当然还有其他的数据类型，可以参考Apiguide.pdf里的介绍。为了让大家能更直观地了解参数传递的过程，我们把hello.c改写一下，使它能根据输入参数的变化给出不同的屏幕输出：/hello.c 2.0#include mex.hvoid mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs, int nrhs, const mxArray *prhs)int i;i=mxGetScalar(prhs0);if(i=1)mexPrintf(hello,world!n);elsemexPrintf(大家好！n);将这个程序编译通过后，执行hello(1),屏幕上会打出：hello,world!而hello(0)将会得到：大家好！大家好！现在，程序hello已经可以根据输入参数来给出相应的屏幕输出。在这个程序里，除了用到了屏幕输出函数mexPrintf（用法跟c里的printf函数几乎完全一样）外，还用到了一个函数：mxGetScalar，调用方式如下：i=mxGetScalar(prhs0);Scalar就是标量的意思。在Matlab里数据都是以数组的形式存在的，mxGetScalar的作用就是把通过prhs0传递进来的mxArray类型的指针指向的数据（标量）赋给C程序里的变量。这个变量本来应该是double类型的，通过强制类型转换赋给了整形变量i。既然有标量，显然还应该有矢量，否则矩阵就没法传了。看下面的程序：/hello.c 2.1#include mex.hvoid mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs,int nrhs, const mxArray *prhs)int *i;i=mxGetPr(prhs0);if(i0=1)mexPrintf(hello,world!n);elsemexPrintf(大家好！n);这样，就通过mxGetPr函数从指向mxArray类型数据的prhs0获得了指向double类型的指针。但是，还有个问题，如果输入的不是单个的数据，而是向量或矩阵，那该怎么处理呢？通过mxGetPr只能得到指向这个矩阵的指针，如果我们不知道这个矩阵的确切大小，就没法对它进行计算。为了解决这个问题，Matlab提供了两个函数mxGetM和mxGetN来获得传进来参数的行数和列数。下面例程的功能很简单，就是获得输入的矩阵，把它在屏幕上显示出来：/show.c 1.0#include mex.hvoid mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs, int nrhs, const mxArray *prhs)double *data;int M,N;int i,j;data=mxGetPr(prhs0); /获得指向矩阵的指针M=mxGetM(prhs0); /获得矩阵的行数N=mxGetN(prhs0); /获得矩阵的列数for(i=0;iM;i+)for(j=0;jN;j+)mexPrintf(%4.3f ,dataj*M+i);mexPrintf(n);编译完成后，用下面的命令测试一下：a=1:10;b=a;a+1;show(a)show(b)需要注意的是，在Matlab里，矩阵第一行是从1开始的，而在C语言中，第一行的序数为零，Matlab里的矩阵元素b(i,j)在传递到C中的一维数组大data后对应于dataj*M+i标 题: 用C编写mex程序 PART 4输入数据是在函数调用之前已经在Matlab里申请了内存的，由于mex函数与Matlab共用同一个地址空间，因而在prhs里传递指针就可以达到参数传递的目的。但是，输出参数却需要在mex函数内申请到内存空间，才能将指针放在plhs中传递出去。由于返回指针类型必须是mxArray，所以Matlab专门提供了一个函数：mxCreateDoubleMatrix来实现内存的申请，函数原型如下：mxArray *mxCreateDoubleMatrix(int m, int n, mxComplexity ComplexFlag)m：待申请矩阵的行数n：待申请矩阵的列数为矩阵申请内存后，得到的是mxArray类型的指针，就可以放在plhs里传递回去了。但是对这个新矩阵的处理，却要在函数内完成，这时就需要用到前面介绍的mxGetPr。使用mxGetPr获得指向这个矩阵中数据区的指针（double类型）后，就可以对这个矩阵进行各种操作和运算了。下面的程序是在上面的show.c的基础上稍作改变得到的，功能是将输/reverse.c 1.0#include mex.hvoid mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs,int nrhs, const mxArray *prhs)double *inData;double *outData;int M,N;int i,j;inData=mxGetPr(prhs0);M=mxGetM(prhs0);N=mxGetN(prhs0);plhs0=mxCreateDoubleMatrix(M,N,mxREAL);outData=mxGetPr(plhs0);for(i=0;iM;i+)for(j=0;jN;j+)outDataj*M+i =inData(N-1-j)*M+i;/意思是要想在函数中实现参数的输出，必须先分配内存空间，只有有了地方，才能输出当然，Matlab里使用到的并不是只有double类型这一种矩阵，还有字符串类型、稀疏矩阵、结构类型矩阵等等，并提供了相应的处理函数。本文用到编制mex程序中最经常遇到的一些函数，其余的详细情况清参考Apiref.pdf。标 题: 用C编写mex程序 PART 5通过前面两部分的介绍，大家对参数的输入和输出方法应该有了基本的了解。具备了这些知识，就能够满足一般的编程需要了。但这些程序还有些小的缺陷，以前面介绍的re由于前面的例程中没有对输入、输出参数的数目及类型进行检查，导致程序的容错性很#include mex.hvoid mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs,int nrhs, const mxArray *prhs)double *inData;double *outData;int M,N;/异常处理if(nrhs!=1)mexErrMsgTxt(USAGE: b=reverse(a)n);if(!mxIsDouble(prhs0)mexErrMsgTxt(the Input Matrix must be double!n);inData=mxGetPr(prhs0);M=mxGetM(prhs0);N=mxGetN(prhs0);plhs0=mxCreateDoubleMatrix(M,N,mxREAL);outData=mxGetPr(plhs0);for(i=0;iM;i+)for(j=0;jcd matlabexternincludeC:MATLABexternincludelib /def:matlab.def /out:matlab.libMicrosoft (R) Library Manager Version 6.00.8447Copyright (C) Microsoft Corp 1992-1998. All rights reserved.LIB : warning LNK4068: /MACHINE not specified; defaulting to IX86Creating library matlab.lib and object matlab.expC:MATLABexterninclude警告信息不用理它。b. 修改mex.h该文件也在C:MATLABexterninclude目录找到这一行：void mexFunction(替换为 ： _declspec( dllexport ) void mexFunction(另保存为 ：mex_vc.h(2)启动VC，创建MFC AppWizard(dll)程序框架(3)设置系统选项a. 设定头文件和库文件路径菜单Tools-Options-DirectoriesInclude files:添加c:matlabexternincludeLibrary files:添加c:matlabexternincludeb. 设置编译连接选项菜单Project-SettingsC/C+-Preprocessor definitions: 添加MATLAB_MEX_FILELink-Object/Library modules: 添加matlab.lib注1. 其它优化、调试以及头文件、库文件等选项看情况调整注2. Release版在General-Microsoft Foundation Classes选项中，必须设置为Use MFC in a Static Library. 原因不明:(4)编写DLL主程序a. 文件名要用.cpp为扩展名，头两行必须是：#include stdafx.h#include mex_vc.hb. 编写mexFunction函数，用如下格式声明：void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs,int nrhs, const mxArray *prhs).(5) 象普通VC的DLL程序一样继续编写其它部分程序，加入其它模块(6) 调试错误，用F7编译，生成DLL。我的例子：-Configuration: MatWave - Win32 Release-Compiling resources.Compiling.StdAfx.cppCompiling.MatWave.cppsample.cppmex.cppGenerating Code.Linking.Creating library Release/MatWave.lib and object Release/MatWave.expLINK : warning LNK4089: all references to SHELL32.dll discarded by /OPT:REFLINK : warning LNK4089: all references to comdlg32.dll discarded by /OPT:REFMatWave.dll - 0 error(s), 2 warning(s)大功告成，有两个警告，不理它。拿到MATLAB里面试试吧，不过要有非法操作和异常退出的心理准备哦:P另外：如果要在MATLAB运行中重新编译DLL，需先执行: clear mexVC+中使用MATLAB的C+数学库和MCC生成的程序0、简介MATLAB5.3的提供了C/C+数学库，其中的C+数学库功能很强，使用它可以用类似MATLAB的语法编写C+程序，十分方便。虽然速度上仍然比手工C/C+程序慢，但是由此换来的高效的开发效率和可靠性往往是值得的。另外mcc命令可以将M文件转化为C或CPP文件，编译后可以脱离MATLAB运行，它们也是使用的C/C+数学库。不过，MATLAB的数学库在开发时似乎倾向于编译独立的可执行程序，把VC、BC只是作为一个编译和连接的工具，而没有过多地考虑在VC、BC的集成环境下进行开发。这给我们带来了不便。很多网友问起如何将MCC生成的C+程序嵌入到VC。最近对这个问题做了一下尝试，在这里做一个总结，请大家回去试试。这里只介绍VC的情况，用BC的网友就自己研究研究吧，估计是类似的。计是类似的。1、设置项目编译选项首先建立一个新的项目，或者打开一个已有的项目，然后选择菜单：Project-Settings-C/C+Category:PreprocessorPreprocessor definitions:添加: MSVC,IBMPC,MSWINDCategory: Precompiled Headers选择: Automatic use of precompiled headersThrough header: stdafx.h2、调设置项目连接选项首先要从下面几个函数定义文件(*.def)生成相应的导入库文件(*.lib)libmmfile.deflibmcc.deflibmatlb.deflibmx.deflibmat.def它们位于目录c:matlabexterninclude用下面命令导出库文件:lib /def:libmmfile.def /out:libmmfile.lib /machine:ix86lib /def:libmcc.def /out:libmcc.lib /machine:ix86lib /def:libmatlb.def /out:libmatlb.lib /machine:ix86lib /def:libmx.def /out:libmx.lib /machine:ix86lib /def:libmat.def /out:libmat.lib /machine:ix86将它们放入你的项目连接选项Project-Settings-LinkCategory:InputObject/library modules:添加:libmatpm.lib libmmfile.lib libmcc.lib libmatlb.lib libmx.lib libmat.lib注1: 中间是空格，不要加逗号注2: libmatpm.lib是C+ MathLib的库，如果是只用C，就不用连接它了。Ignore libraries:添加: msvcrt.lib注: 仅在Debug版本中需要。原因不明:P以上的这些lib文件，我已经做好了，打了个包放在这里下载：matlablibs.zip (64K)3、设置编译环境Tools-Options-DirectoriesInclude fiels添加:c:matlabexternincludec:matlabexternincludecppLibrary fiels添加:c:matlabexternlibc:matlabexterninclude注：下面这个目录是那些lib所在的地方。如果都挪到上面的目录，这个自然就不要了。4、编写程序用MCC命令生成的CPP文件和自己手工编写的CPP文件, 其项目设置是完全相同的,程序的语法原则上也是一样的. 只是MCC生成的CPP文件有大量没用的代码.(1)添加自己编写的程序模块用下面文件头:#include st