MATLAB调用C/C++函数的方法

方法--（一）

    通过MATLAB将C/C++函数编译成MEX函数，在MATLAB中就可以调用了。

1，首先装编译器
Matlab里键入mex -setup，选择你要编译C++的编译器

2，写C++函数
函数的形式必须是

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

nlhs：输出参数个数
plhs：输出参数列表
nrhs：输入参数个数
prhs：输入参数列表
，不过函数名可以随便取的。注意：保存的文件名就是将来在MATLAB中调用的函数名，而不是这里的函数名。
下面给出一个例子，目的是想截取数组的部分元素组成新的数组
输入参数3个，目标数组，截取的行（向量），截取的列（向量）
输出参数2个，截取后数组，数组维数信息
在函数中展示了如何传入传出参数，以及如果从参数列表中取出每一个参数，MATLAB数据和C++数据的互相转换，还有一些输出函数等。
新建一个ResizeArray.cpp文件(ResizeArray将作为MATLAB调用的函数名)，写入下面代码

include "mex.h" //author: 汪帮主 2010.05.05//MATLAB调用形式： [resizedArr, resizedDims] = ResizeArray(arr, selRows, sekCols)void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[]) { #    if (nrhs != 3)    {        mexErrMsgTxt("参数个数不正确!");    }        int rowNum = mxGetM(prhs[0]);    int colNum = mxGetN(prhs[0]);    double* pArr = (double*)mxGetPr(prhs[0]);    //得到选择的行列信息    //无论是行向量还是列向量均支持    double* pSelRows = (double*)mxGetPr(prhs[1]);    double* pSelCols = (double*)mxGetPr(prhs[2]);    int selRowsRowNum = mxGetM(prhs[1]);    int selRowsColNum = mxGetN(prhs[1]);    if (selRowsRowNum!=1 && selRowsColNum!=1)    {        mexErrMsgTxt("行参数不正确！");    }    int selRowsNum = selRowsRowNum*selRowsColNum;            int selColsRowNum = mxGetM(prhs[2]);    int selColsColNum = mxGetN(prhs[2]);    if (selColsRowNum!=1 && selColsColNum!=1)    {        mexErrMsgTxt("列参数不正确！");    }    int selColsNum = selColsRowNum*selColsColNum;       plhs[1] = mxCreateDoubleMatrix(2, 1, mxREAL);    double* resizedDims = (double*)mxGetPr(plhs[1]);    resizedDims[0] = selRowsNum;    resizedDims[1] = selColsNum;             plhs[0] = mxCreateDoubleMatrix(selRowsNum, selColsNum, mxREAL);    double* pResizedArr =(double*)mxGetPr(plhs[0]);        //这里因为MATLAB中数据得按列优先    #define ARR(row,col) pArr[(col)*rowNum+row]    #define RARR(row,col) pResizedArr[(col)*selRowsNum+row]    for(int ri=0; ri<selRowsNum; ri++)    {     for(int ci=0; ci<selColsNum; ci++)     {      RARR(ri,ci)=ARR((int)pSelRows[ri]-1,(int)pSelCols[ci]-1);     }    }        mexPrintf("OK!\n"); }

3，编译C++函数为MEX函数
将ResizeArray.cpp放在MATLAB当前目录中，在MATLAB中输入mex ResizeArray.cpp，编译成功后将会生成ResizeArray.mexW32

4，调用函数

arr=[11:19;21:29;31:39;41:49;51:59;61:69];selRows=[1 3];selCols=[2:4 5 9];[rarr,rdims]=ResizeArray(arr,rows,cols);

arr中数据：
11 12 13 14 15 16 17 18 19
21 22 23 24 25 26 27 28 29
31 32 33 34 35 36 37 38 39
41 42 43 44 45 46 47 48 49
51 52 53 54 55 56 57 58 59
61 62 63 64 65 66 67 68 69
rarr中数据：
12 13 14 15 19
32 33 34 35 39
rdims为：
2
5

OK,done！

方法--（二）

MATLAB程序存在的一般问题是： 
    1、运算速度较慢，特别是有for i=1:??? 
     for j=1:??? 
     ...... 
     end 
    end时，那你就死定了。 
    2、无法脱离MATLAB环境运行，虽然你可以用MATLAB自带的工具把M文件转成可执行程序，但是执行时，你只能看到一个黑黑的窗口，难道，这就是......Windows? $%&%^$##%&。 
    3、GUI功能差。许多大侠不愿意看到2中所述的DOS-Windows界面，于是使用了MATLAB带的GUI生成工具。（不要扔臭鸡蛋！我知道你用Graphic Editor改了一下界面，发现以前的工作全都白做了——因为被覆盖了，西西）但是MATLAB提供的控件和事件实在有限。GUI界面做好后放在机器里，向尚未进实验室的师妹（们）炫耀一下，还勉强可以增加一些魅力值。如果被专家看到了，西西。只怕效果不太美妙。 
    因此，如果能够实现MATLAB与VC或者BC或者C++BUILDER等可视化设计语言的交互，提高速度，美化界面，使程序更符合Windows的规范，同时又利用MATLAB的强大功能，对任何人来说都很有意义。 
    我在课题中涉及到了部分MATLAB与C++的接口知识，在这里总结出来，算是抛砖引玉吧。其中错误以及偏颇的地方，尚请各位大侠以及高手多多指教，谢谢！ 
    （一）接口种类 
    用C++（或者C）语言操作MATLAB，有三种途径： 
    ·MEX文件 
    在MATLAB中可调用的C或Fortran语言程序称为MEX文件。MATLAB可以直接把MEX文件视为它的内建函数进行调用。MEX文件是动态链接的子例程，MATLAB解释器可以自动载入并执行它。MEX文件主要有以下用途： 
    对于大量现有的C或者Fortran程序可以无须改写成MATLAB专用的M文件格式而在MATLAB中执行。 
    对于那些MATLAB运算速度过慢的算法，可以用C或者Frotran语言编写以提高效率。 
    ·MAT文件应用程序 
    MAT文件是MATLAB专用的用于保存数据至磁盘和向MATLAB导入、从MATLAB导出数据的数据文件格式。MAT文件提供了一种简便的机制，它允许你在两个平台之间以灵活的方式移动数据。而且，它还提供了一种途径来向其它单机MATLAB应用导入或者导出数据。 
    为了简化在MATLAB环境之外对MAT文件的使用，MATLAB给出了一个操作例程库，通过它，我们可以使用C/C++或者Fortran程序读写MAT文件。 
    ·引擎应用程序 
    MATLAB提供了一系列的例程使得别的程序可以调用MATLAB，从而把MATLAB用作一个计算引擎。MATLAB引擎程序指的是那些通过管道（在UNIX系统中）或者ActiveX（在Windows系统中）与独立MATLAB进程进行通信的C/C++或者Fortran程序。 
    MATLAB同样提供了一个函数库来启动或者结束MATLAB进程、与MATLAB交换数据以及发送MATLAB命令。 

    （二）MEX文件 

    1、一个MEX的例子 
    

#include "mex.h"     /*     * timestwo.c - example found in API guide     *     * Computational function that takes a scalar and doubles it.     *     * This is a MEX-file for MATLAB.     * Copyright (c) 1984-1998 The MathWorks, Inc.     */     /* $Revision: 1.5 $ */     /* 本MEX文件的目的是实现timestwo的功能      void timestwo(double y[], double x[])是你的C++函数 */     void timestwo(double y[], double x[])     {     y[0] = 2.0*x[0];     }           /*下面这个mexFunction的目的是使MATLAB知道如何调用这个timestwo函数*/     void mexFunction( int nlhs, mxArray *plhs[],     int nrhs, const mxArray *prhs[] )           /* nlhs是MATLAB命令行方式下输出参数的个数；      *plhs[]是MATLAB命令行方式下的输出参数；      nrhs是MATLAB命令行方式下输入参数的个数；      *prhs[]是MATLAB命令行方式下的输入参数； */           {     double *x,*y;     int mrows,ncols;     /* Check for proper number of arguments. */     if(nrhs!=1) {     mexErrMsgTxt("One input required.");     } else if(nlhs>1) {     mexErrMsgTxt("Too many output arguments");     }           /* 在MATLAB命令行方式下，本MEX文件的调用格式是y=timestwo(x)      输入参数（x）个数＝1，输出参数（y）个数＝1，所以在程序一      开始就检查nrhs是否＝1以及nlhs是否>1（因为MATLAB有一个缺省      输出参数ans，所以nlhs可以=0 */      输出参数ans，所以nlhs可以=0 */     /* The input must be a noncomplex scalar double.*/           mrows = mxGetM(prhs[0]); /* 获得输入矩阵的行数 */     ncols = mxGetN(prhs[0]); /* 获得输入矩阵的列数 */     if( !mxIsDouble(prhs[0]) || mxIsComplex(prhs[0]) ||     !(mrows==1 && ncols==1) ) {     mexErrMsgTxt("Input must be a noncomplex scalar double.");     } /* 判断输入矩阵是否是double类，以及它是否只包括单个元素 */           /* 为输出创佳一个矩阵，显然这个矩阵也应该是1x1的 */     plhs[0] = mxCreateDoubleMatrix(mrows,ncols, mxREAL);     /* 获得指向输入/输出矩阵数据的指针 */     x = mxGetPr(prhs[0]);     y = mxGetPr(plhs[0]);     /* 调用C++函数timestwo(y,x) */     timestwo(y,x);     } 

      
    把上面这个文件用MEX编译后，MATLAB命令行下调用的实例 

    x = 2;     y = timestwo(x)     y =     y =     4 

      
    2、MEX文件的编程规则 
     （1）编制自己的C++算法程序 
     （2）紧跟着定义mexFunction函数，mexFunction的定义法唯一： 
    它只能是如下形式: 
     void mexFunction( int nlhs, mxArray *plhs[], 
     int nrhs, const mxArray *prhs[] ) 
    其名称和参数类型不许有任何改变，在mexFunciton函数中可以调用你刚定义好的C++程序。 
    3、MEX文件的编译 
    MATLAB提供了专门编译MEX文件的工具：mex，它可以把你做好的C++源程序编译成 .mex文件供MATLAB在命令行方式下调用。调用时输入你的C++函数名（上例中为timestwo）。具体mex的设置和使用方法可以在MATLAB命令行方式下用help mex命令获得。 

    （三）MAT文件 

    1、概述 
    .MAT文件是MATLAB专用的数据存储格式，由于MATLAB提供了一套可供MATLAB调用的API函数集，所以我们完全可以在C++中访问.MAT文件。这样做的意义是：你可以把计算过程留给MATLAB，而用C++对计算结果进行分析或者可视化处理。 
    2、接口 
    MATLAB提供的API函数集封装于下面两个标准DLL文件中：libmat.dll, libmx.dll。前者用于对MAT文件的操作，后者用于对MAT文件中矩阵的操作。他们的存放路径为：<MATLAB>/bin。 
    在<MATLAB>/extern/include中有与前面两个DLL对应的DEF文件： 
    libmat.edf, libmx.dbf。 其导出函数的原型位于同一目录下的 
    mat.h和matrix.h中 
    有了这些DLL、DEF、H文件，该怎么用C++调用API函数就不用我多说了吧。 
    3、MATLAB中常用的矩阵类型 
    ·（复）双精度矩阵（Complex Double-Precision Matrices） 
    MATLAB中最常用的数据类型便是（复）双精度、非稀疏矩阵，这些矩阵的元素都是双精度（double）的，矩阵的尺寸为m×n，其中m是总行数，m是总列数。矩阵数据实际存放在两个双精度向量中——一个向量存放的是数据的实部，另一个向量存放的是数据的虚部。指向这两个向量的指针一般被写做“pr” （pointer to real data，指向实数据的指针）和“pi” （pointer to imaginary data，指向虚数据的指针）”。如果一个矩阵的pi为空的话，说明它是实双精度矩阵。 
    ·稀疏矩阵（Sparse Matrices） 
    MATLAB中稀疏矩阵的存储格式与众不同。如同双精度矩阵一样，它拥有参数pr和pi，同时它还具用三个附加的参数：nzmax，ir以及jc。 
    nzmax是个整型数，其值为向量ir及pr、pi（如果存在的话）可能的最大长度。它是稀疏矩阵中不为零的元素的个数。 
    ir指向一个长度为nzmax的整型数阵列，阵列包含的是pr和pi中对应元素的行号。 
    jc指向一个长度为N+1的整型数阵列（N为矩阵的列数），其中包含的是列号信息。对于任意的j，如果0≤j≥N-1，jc[j]是第j列中第一个非零项在ir、pr（以及pi）中的序号，jc[j+1]-1是第j列最后一个非零项的序号。因此jc[N]总等于nnz——矩阵中非零项的总个数。如果nnz小于nzmax，可以继续向矩阵中添加非零项而无需分配额外的存储空间 
    。 
    4、主要函数举例： 
    ·MATFile *matOpen(const char *filename, const char * mode)——打开/创建 
    ·MATFile *matOpen(const char *filename, const char * mode)——打开/创建一个MAT文件； 
    ·int matClose(MATFile *pMF)——关闭一个MAT文件； 
    ·mxArray *mxCreateDoubleMatrix(int m, int n, mxComplexity flag) 
     ——创建一个（复）双精度矩阵； 
    ·mxArray *mxCreateSparse(int m, int n, int nzmax, mxComplexity flag) 
     ——创建一个稀疏矩阵； 
    ·mxArray *matGetNextArray(MATFile *pMF)——获得MAT文件里面下一个矩阵； 
    ·const char *mxGetName(const mxArray *pa)——获得矩阵pa的名称； 
    ·void mxSetName(mxArray *pa,const char *s)——为矩阵pa设置一个名称； 
    ·int mxGetM(const mxArray *pa)——获得矩阵pa的总行数； 
    ·int mxGetN(const mxArray *pa)——获得矩阵pa的总列数； 
    ·double *mxGetPr(const mxArray *pa)——获得矩阵pa的pr指针； 
    ·int *mxGetIr(const mxArray *pa)——获得稀疏矩阵pa的ir指针； 
    ·int *mxGetJc(const mxArray *pa)——获得稀疏矩阵pa的jc指针； 
    ·int matPutArray(MATFile * pMF, const mxArray * pA) 
     ——把矩阵pA存储入MAT文件pMAF； 
    ·void mxDestroyArray(mxArray *pa)——释放矩阵pa（把它从内存中撤销）； 
    5、两个例子： 
    ·获取一个MAT文件中第一个矩阵的信息 
    ·获取一个MAT文件中第一个矩阵的信息 
     

typedef struct {      char szFileName[256];      MATFile* pMatFile;      mxArray* pArray;      char szArrayName[64];      char szErrMsg[256];      unsigned int nArrayDim[2];      bool bIsSparse;      } MATFileStruct;           int GetMATFileStruct(MATFileStruct *pMAThdr)     {      if((pMAThdr->pMatFile=matOpen(pMAThdr->szFileName,"r"))==NULL)      { strcpy(pMAThdr->szErrMsg,"Can't open this mat file");      return(0);      }/*打开一个MAT文件*/            if((pMAThdr->pArray=matGetNextArray(pMAThdr->pMatFile))==NULL)      {   strcpy(pMAThdr->szErrMsg,"Can't get arrays");          matClose(pMAThdr->pMatFile);          return(0);      }/*获取MAT文件中的第一个矩阵*/      }/*获取MAT文件中的第一个矩阵*/            pMAThdr->nArrayDim[0]=mxGetM(pMAThdr->pArray); /*获取其行数*/      pMAThdr->nArrayDim[1]=mxGetN(pMAThdr->pArray); /*获取其列数*/      strcpy(pMAThdr->szArrayName,mxGetName(pMAThdr->pArray)); /*获取其名称*/      pMAThdr->bIsSparse=mxIsSparse(pMAThdr->pArray); /*判断它是否是系数矩阵*/      mxDestroyArray(pMAThdr->pArray); /*在内存中撤销这个矩阵*/      matClose(pMAThdr->pMatFile); /*关闭MAT文件*/      return(1);     } 

      
    ·创建稀疏矩阵并赋值 
    

int i,j,k,m,n,nzmax,*ir,*jc;      double *pr;      unsigned short *pData;      mxArray *pa; file://初始化。      m=pLCMShdr->TrueHdr.nArrayDim[0]; file://获得原矩阵行数。      n=pLCMShdr->TrueHdr.nArrayDim[1]; file://获得原矩阵列数。      nzmax=0;            for(i=0;i<m*n;i++)      { if(pData[i]!=0)      nzmax++;      nzmax++;      } //计算数据中非零元个数。      if(nzmax<n)      nzmax=n;            pa=mxCreateSparse(m,n,nzmax,mxREAL); /*创建一个空的稀疏矩阵pa。*/      mxSetName(pa,pLCMShdr->TrueHdr.szArrayName); /*为稀疏矩阵pa设置名称。*/      pr=mxGetPr(pa); //获得pa的pr指针。      ir=mxGetIr(pa); //获得pa的ir指针。      jc=mxGetJc(pa); //获得pa的jc指针。            k=0;      for(j=0;j<n;j++)      { jc[j]=k; //jc[j]：截至到第j列非零元的个数。      for(i=0;i <m;i++){ if(pData[i]!=0) //如果第j列第i行的元素是个非零元。      { ir[k]=i; //记录下第k个非零元的行号。      k++;      }      }      pData+=m; //移动pData指针到下一列。      }            jc[n]=k; //jc[n]等于矩阵中非零元的个数。      matPutArray(pmat,pa); //把稀疏矩阵pa存入MAT文件pmat。      mxDestroyArray(pa); //从内存中撤销矩阵pa。

    （五）引擎应用程序 

    1、简介 
    引擎应用程序的实质是把MATLAB做为一个引擎，它允许从你自己的C++程序调用这个引擎。在运行时，引擎作为一个进程单独运行，你的C++程序也作为一个进程单独运行，二者可以通过进程间的通信机制进行交互。 
    2、引擎库 
    MATLAB引擎库包含了若干个控制MATLAB引擎的函数，如下所示： 
     engOpen 启动MATLAB引擎 
     engClose 关闭MATLAB引擎 
     engGetArray 从MATLAB引擎中获取一个MATLAB矩阵 
     engPutArray 向MATLAB引擎发送一个MATLAB矩阵 
     engEvalString 执行于一个MATLAB命令 
     engOutputBuffer 创建一个存储MATLAB文本输出的缓冲区 
     同时，引擎应用程序还可以使用前面提到的API函数。 
    3、一个例子 
     从这个示例中，我们看出引擎应用程序是如何编制的： 
   

    /* $Revision: 1.3 $ */     /*     * engdemo.c     *     * This is a simple program that illustrates how to call the     * MATLAB engine functions from a C program.     *     * Copyright (c) 1996-1998 The MathWorks, Inc.     * All rights reserved     */     #include     #include     #include     #include "engine.h"     #define BUFSIZE 256     int main()     {     Engine *ep;     mxArray *T = NULL, *result = NULL;     char buffer[BUFSIZE];     double time[10] = { 0.0, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0,     8.0, 9.0 };     8.0, 9.0 };     6-6     /*     * Start the MATLAB engine locally by executing the string     * "matlab".     *     * To start the session on a remote host, use the name of     * the host as the string rather than /0     *     * For more complicated cases, use any string with whitespace,     * and that string will be executed literally to start MATLAB.     */     if (!(ep = engOpen("/0"))) {     fprintf(stderr, "/nCan't start MATLAB engine/n");     return EXIT_FAILURE;     } /*启动MATLAB引擎*/     /*     * PART I     *     * For the first half of this demonstration, we will send data     * to MATLAB, analyze the data, and plot the result.     */     /*     /*     * Create a variable for our data.     */     T = mxCreateDoubleMatrix(1, 10, mxREAL); /*创建一个矩阵*/     mxSetName(T, "T"); /*设置矩阵的名字为“T”*/     memcpy((void *)mxGetPr(T), (void *)time, sizeof(time)); /*向矩阵“T”赋值*/     /*     * 把矩阵“T”置入MATLAB引擎     */     engPutArray(ep, T)     /*     * Evaluate a function of time, distance = (1/2)g.*t.^2     * (g is the acceleration due to gravity).     */     engEvalString(ep, "D = .5.*(–9.8).*T.^2;"); /*执行MATLAB     命令：D = .5.*(–9.8).*T.^2；*/     /*     * 绘制图象.     */     engEvalString(ep, "plot(T,D);"); /*执行MATLAB命令：绘图*/     engEvalString(ep, "title('Position vs. Time for a falling     object');"); /*执行MATLAB命令：给图象加标题*/     engEvalString(ep, "xlabel('Time (seconds)');"); /*执行MATLAB命令：设置X轴坐标*/     engEvalString(ep, "xlabel('Time (seconds)');"); /*执行MATLAB命令：设置X轴坐标*/     engEvalString(ep, "ylabel('Position (meters)');"); /*执行MATLAB命令：设置Y轴     坐标*/     /*     * Use fgetc() to make sure that we pause long enough to be     * able to see the plot.     */     printf("Hit return to continue/n/n");     fgetc(stdin);     /*     * We're done for Part I! Free memory, close MATLAB engine.     */     printf("Done for Part I./n");     mxDestroyArray(T); /*从内存中撤销矩阵“T”*/     engEvalString(ep, "close;"); /*关闭刚才显示图象的窗口*/     /*     * PART II     *     * For the second half of this demonstration, we will request     * a MATLAB string, which should define a variable X. MATLAB     * will evaluate the string and create the variable. We     * will then recover the variable, and determine its type.     */     */     /*     * Use engOutputBuffer to capture MATLAB output, so we can     * echo it back.     */     engOutputBuffer(ep, buffer, BUFSIZE); /*构建MATLAB文本输入缓冲区*/     while (result == NULL) {      char str[BUFSIZE];     /*     * Get a string input from the user.     */      printf("Enter a MATLAB command to evaluate. This      command should/n");      printf("create a variable X. This program will then      determine/n");      printf("what kind of variable you created./n");      printf("For example: X = 1:5/n");      printf(">> "); /*要求用户输入一个MATLAB命令*/      fgets(str, BUFSIZE–1, stdin); /*获得用户输入*/     /*     * Evaluate input with engEvalString.     */      engEvalString(ep, str); /*执行用户输入的MATLAB命令*/      engEvalString(ep, str); /*执行用户输入的MATLAB命令*/     /*     * Echo the output from the command. First two characters     * are always the double prompt (>>).     */      printf("%s", buffer+2); /*显示该MATLAB命令的执行情况*/     /*     * Get result of computation.     */      printf("/nRetrieving X.../n");      if ((result = engGetArray(ep,"X")) == NULL) /*判断是否可以从MATLAB     引擎中获得矩阵“X”*/      printf("Oops! You didn't create a variable X./n/n");      else      printf("X is class %s/t/n", mxGetClassName(result)); /*显示矩阵“X”     的类型*/            } /* while(result==NULL)*/     /*     * We're done! Free memory, close MATLAB engine and exit.     */     printf("Done!/n");     mxDestroyArray(result); /*从内存中撤销矩阵“T”*/     engClose(ep); /*关闭MATLAB引擎*/     return EXIT_SUCCESS; /*返回*/     } 

    4、引擎应用程序的编译 
    对于象上例中的控制台程序，可以在MATLAB命令行中直接使用带-f参数的mex命令编译。 
    如果在普通win32 application中使用MATLAB引擎，情况则比较复杂。在Windows中，MATLAB引擎是通过ActiveX被调用的。因此你需要先Create一个OLE Automation Sever和一个OLE Client，然后通过OLE方式调用这个MATLAB引擎。具体做法可参阅相关MATLAB随机文档。 
    5、总结 
    MATLAB引擎的调用与其它引擎（例如数据库引擎）的调用很类似，其步骤是联接/启动引擎，然后向引擎发送命令，获得引擎处理结果。 
      
    结束语 
    上面简要介绍了MATLAB与C++的几种接口方式，我们可以根据要求的不同采用相应的方式。 
    此外，MATLAB还提供了一个数学库，由此数学库，我们可以获得对MATLAB内部命令更多的访问权和更灵活的访问方式。具体内容可参考MATLAB的相关随机文档。 
    ·参考文献 
     1、MATLAB随机文档：apiguide.pdf 
     2、MATLAB随机文档：apiref.pdf 
     3、MATLAB随机文档：c_math_ref1.pdf 
 
    ·备注 
     mex编译器在VC6下的设置可参阅本板19#文 
    Bluesky的意见： 
    VC程序员最好用visual matcom。VB用matrixVB mathtool在主页上提供免费试用，快去下吧。matlab的功能可在你的VC,VB中实现，而且只需两个dll即可发行。