Matlab與C/C++混合編程接口及應用

摘要：Matlab具有很強的數值計算和分析等能力,而C/C++是目前最為流行的高級程序設計語言,兩者互補結合的混合編程在科學研究和工程實踐中具有非常重要的意義。從Matlab調用C/C++代碼及C/C++調用m文件兩方面,深入地研究了它們之間混合編程的原理和實現機制,并且給出了具體條件下的混合編程方法和步驟。實驗表明,給出的Matlab與C/C++混合編程接口及應用方法是有效、實用的。

1 引言

Matlab 是當前應用最為廣泛的數學軟件，具有強大的數值計算、數據分析處理、系統 分析、圖形顯示甚至符號運算等功能[1]。利用這一完整的數學平臺，用戶可以快速實現十分 復雜的功能，極大地提高工程分析計算的效率[2][3]。但與其他高級程序[3]相比，Matlab 程序 是一種解釋執行程序，不用編譯等預處理，程序運行速度較慢[4]。

C/C++語言是目前最為流行的高級程序設計語言之一[5]。它可對操作系統和應用程序以 及硬件進行直接操作，用C/C++語言明顯優于其它解釋型高級語言，一些大型應用軟件如 Matlab 就是用C 語言開發的。

在工程實踐中，用戶經常遇到Matlab 與C/C++混合編程的問題。本文基于Matlab 6.5和VC6.0 開發環境，在Windows 平臺下就它們之間的混合編程問題進行深入研究并舉例說明。

2 Matlab 調用C/C++

Matlab 調用C/C++的方式主要有兩種：利用MEX 技術和調用C/C++動態連接庫。

在Matlab 與C/C++混合編程之前，必須先對Matlab 的編譯應用程序mex 和編譯器mbuild進行正確的設置[1]：

對Matlab 編譯應用程序mex 的設置：Mex –setup.

對Matlab 編譯器mbuild 的設置：Mbuild –setup.

2.1 調用C/C++的MEX 文件

MEX 是Matlab Executable 的縮寫，它是一種“可在Matlab 中調用的C(或Fortran)語 言衍生程序”[6]。MEX 文件的使用極為方便，其調用方式與Matlab 的內建函數完全相同，只 需在Matlab 命令提示符下鍵入MEX 文件名即可。

一個C/C++的MEX源程序通常包括4個組成部分，其中前3個是必須包含的內容，第4個則根據所實現的功能靈活選用:(1)#include “mex.h”;(2)MEX文件的入口函數mexFunction, MEX文件導出名必須為mexFunction函數;(3)mxArray;(4)API函數

通過簡單的例子說明C/C++的MEX 源程序編寫和調用過程:

#include mex.h

void timeSTwo(double y[], double x[])

{ y[0] = 2.0*x[0]; }

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

{ double *x,*y; int mrows,ncols;

if(nrhs!=1) mexErrMsgTxt(One input required.);

else if(nlhs>1) mexErrMsgTxt(Too many output arguments);

mrows = mxGetM(prhs[0]);ncols = mxGetN(prhs[0]);

if( !mxIsDouble(prhs[0])||mxIsComplex(prhs[0])||!(mrows==1 ncols==1))

mexErrMsgTxt(Input must be a noncomplex scalar double.);

plhs[0]=mxCreateDoubleMatrix(mrows,ncols, mxREAL);

x=mxGetPr(prhs[0]); y=mxGetPr(plhs[0]); timestwo(y,x); }

用指令mex timestwo.c 編譯此文件，然后在MATLAB 命令行下調用生成的MEX 文件即可。