C/C++与Matlab混合编程初探

==================================================================

% 欢迎转载，尊重原创，所以转载请注明出处。

% http://blog.csdn.net/bendanban/article/details/37830495

=======================切割线以下为正文================================

Matlab 拥有丰富的功能。编程简单。

只是。有些情况下。Matlab程序的运行速度比較慢。

C/C++编译运行的程序速度比較快，编程难度上比Matlab要高一些。

因此存在一种方案，就是使用Matlab实现我们的实验程序，用C/C++来实现Matlab程序中比較耗时的部分，从Matlab程序中调用C/C++的程序以实现加速。

本文主要解说怎样在Matlab中调用C/C++的程序。以及怎样编写可供Matlab程序调用的C/C++程序。

本文主要分以下几部分：

Hello Matlab，用一个简单的样例来说明怎样在Matlab中调用C/C++的程序，以及可供Matlab调用的C/C++程序应该注意哪些基本事项。

Matlab调用C/C++程序传递參数。

讨论在C/C++中是怎样使用Matlab传来的參数的。

Matlab与C/C++混合编程的方法论。给出在普通情况下使用Matlab与C/C++混合编程的方法步骤，让大家有一个较为清晰的应用此技术的思路。

关于数据存储的说明。说明数据在Matlab中的存储方式。

注意：本文觉得读者会使用Matlab。掌握C/C++语言，而且有一台计算机。计算机上安装有Windows的操作系统，操作系统上装有Matlab以及Visual Studio（比方VS2008。VS2010等）。或者计算机上安装有Linux的操作系统，系统上装有Matlab，GCC。

hello Matlab

我们一步步完毕一个叫“Hello Matlab”的程序。

第一步：在你的计算机D盘下，创建一个文件夹命名为HiMat。

在D:HiMat文件夹下创建一个文本文件。命名为“abhimat.cpp”。将Code 1中的代码复制到“abhimat.cpp”文件里，保存。

(注意。这里建立文件夹以及命名等行为不是规定的。仅仅是为了解说方便)。

#include "mex.h"
void mexFunction (int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
{
  mexPrintf("hello matlab in C/CPP.
");
}

Code 1, abhimat.cpp

“abhimat.cpp”就是将要在Matlab中被调用的C/C++代码。

第二步：在Matlab中编译“abhimat.cpp”。启动Matlab。进入D:HiMat文件夹，在Matlab命令窗体中运行code 2中的命令，依据提示完毕C/C++编译环境的配置。

注意：假设你有多个编译器，建议选择最新的。

mex -setup

Code 2, 设置Matlab的C/C++编译环境

完毕配置后。在Matlab中运行Code 3的命令来编译abhimat.cpp。

mex abhimat.cpp

Code 3, 编译abhimat.cpp

第三步：运行编译后的C/C++程序。

在Matlab命令窗体输入“abhimat”或者”abhimat()”，都能够调用编译后的程序。推荐使用后者。

细心的读者已经注意到了：

在Matlab中调用的C/C++函数名就是编译后以mex*（这里，*表示随意多个字符，比如mexw64）为后缀名的文件名称。
Matlab运行abhimat()命令后。实际运行的是mexFunction函数中的程序。

Matlab调用C/C++程序传递參数

此节我们讨论下，在供Matlab调用的C/C++程序中，我们是怎样知道Matlab调用的參数类型、个数的。

给出Matlab中调用C/C++程序的一个实例。如code 4所看到的。

c = [1 2;3 4;5 6];
d = [1 1;1 1;1 1];
[a, b] = abfunc(c, d);

Code 4, Matlab调用C/C++程序实例

以下的工作是怎样在当前文件夹下一个命名为abfunc.cpp的文件里实现mexFunction函数。在这个函数中怎样获得Matlab命令中的c、d两个变量的值，怎样返回a、b两个变量呢。

注意mexFunction函数中的四个參数。一一作出说明：

nlhs：mexFunction的第一个參数，它指示Matlab的调用命令中等号左側有几个变量。

比如，code 4中的调用。nlhs的值为2，由于它的等号左側有两个变量，他们是a和b。

plhs: mexFunction的第二个參数，它指示Matlab的调用命令中等号左側变量的指针。比如，code 4中的调用，plhs[0]表示的是a。plhs[1]表示的是b。

nrhs：mexFunction的第三个參数。它指示Matlab的调用命令中等号右側的变量个数。比如。code 4中的调用。nrhs的值为2，由于它的等号右側有两个变量。他们是c和d。

prhs：mexFunction的第四个參数。它指示Matlab调用命令中等号右側的变量指针。比如，code 4中的调用，prhs[0]表示的是c，prhs[1]表示的是d。

mxArrary是一个不可见的数据类型，是Matlab定义的。大家仅仅须要知道mxArrary的指针与Matlab中的变量一一相应就能够了。

以下实现abfunc.cpp。功能是a=c+d; b = c-d;详细代码如code 5所看到的。

#include "mex.h"
void mexFunction (int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
{
  double *p_c, *p_d;
  double *p_a, *p_b;

  int c_rows, c_cols;
  int d_rows, d_cols;
  
  int numEl;
  int n;
  
  mxAssert(nlhs==2 && nrhs==2, "Error: number of variables");

  c_rows = mxGetM(prhs[0]);// get rows of c
  c_cols = mxGetN(prhs[0]);// get cols of c
  d_rows = mxGetM(prhs[1]);// get rows of d
  d_cols = mxGetN(prhs[1]);// get cols of d

  mxAssert(c_rows==d_rows && c_cols==d_cols, "Error: cols and rows");

  // create output buffer
  plhs[0] = mxCreateDoubleMatrix(c_rows, c_cols, mxREAL);
  plhs[1] = mxCreateDoubleMatrix(c_rows, c_cols, mxREAL);

  // get buffer pointers
  p_a = (double*)mxGetData(plhs[0]);
  p_b = (double*)mxGetData(plhs[1]);
  p_c = (double*)mxGetData(prhs[0]);
  p_d = (double*)mxGetData(prhs[1]);

  // compute a = c + d; b = c - d;
  numEl = c_rows*c_cols;
  for (n = 0; n < numEl; n++)
  {
    p_a[n] = p_c[n] + p_d[n];
    p_b[n] = p_c[n] - p_d[n];
  }
}

Code 5, abfunc.cpp的实现

说明一下code 5中用到的函数。这些函数大都以mx开头。

mxAssert是断言，相似于CC++中的assert。mxGetM获得Matlab传来的变量的行数，mxGetN获得Matlab传来的变量的列数。

mxCreateDoubleMatrix创建一个2维的Matlab变量，形參分别用于指定变量的行数、列数、元素类型（mxREAL表示实数，mxCOMPLEX表示复数）。mxGetData用于获得内存中数据块的首地址。

编译并測试Code 5中的代码，參见Code 6。

mex abfunc.cpp
c = [1 2;3 4;5 6];
d = [1 1;1 1;1 1];
[a, b] = abfunc(c, d);

Code 6, Code5的測试代码

Code 6的输出结果例如以下：

关于数据存储的说明

Matlab中的数据是按列存储的。比如，a=[1,2;3,4;5,6]，a的数据在内存中的存储顺序是：1、3、5、2、4、6。

在CC++中使用Matlab传来的变量时，一定要注意数据的存储顺序。

Matlab与C/C++混合编程的方法论

鉴于@编程小手的建议，加入一个关于使用此方法的方法论流程图。希望它能让各位明确在什么情况下但是使用这样的混合编程的技术、怎样一步步实现。參见图1的流程图：

图 1、Matlab与C/C++混编方法论流程图

另附：文中代码下载位置： http://download.csdn.net/detail/bendanban/7643701