关于Matlab的MEX技术 10分钟教会你简单的matlab和C/C++混合编程（mex文件）

清疚 2022-07-16 11:11 316阅读 0赞

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2015-05-07 18:40  379人阅读 [评论][Link 1](0) 收藏 [举报][Link 2]

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最近要用matlab提取视频的特征，数据量很大，程序跑起来很慢，于是把其中一个模块改为用C语言来实现。我在这里也记录一下自己的一些心得。

我用的编译器是matlab自带的Lcc-win32 C 2.4.1编译器，好处是可以不依赖高级编译器（如VS、GCC），保证程序只要有matlab即可运行；缺点是只能用C写，不能使用C++的库（比如vector、OpenCV）。所以以下这篇文章只适用于针对矩阵、数组（不包括字符串string、元胞cell）的简单的mex文件编写。

用Lcc编译器编写mex文件的几个注意事项：

1、**注释不能有中文，否则报错**：Specified export \_mexFunction is not defined

2、**所有变量定义必须在函数最前面完成**，变量没有定义完，不可以执行其他操作，否则报错：illegal statement termination

下面是一个计算矩阵a-b的例子，

其中mexFunction是默认函数名，不用修改，因为matlab调用的时候用的是mex的文件名，而不是函数名。

nlhs代表的是输出参数的个数

plhs是一个指针数组，里面的指针指向mxArray类型，每一个指针指向一个输出

nrhs代表的是输入参数的个数

prhs是一个指针数组，里面的指针指向mxArray类型，每一个指针指向一个输入

**\[cpp\]** [ view plain][view plain] [ copy][view plain] [ print][view plain] [?][view plain]

1.  \#include "mex.h"  
2.  \#include "matrix.h"  
3.  // b = \[1 2;3 4\]  
4.  // a = \[5 6;7 8\]  
5.  // c = mex\_func(a(:), b, size(a,1))  % attention ! a is a(:)   
6.  void mexFunction (int nlhs, mxArray \*plhs\[\], int nrhs, const mxArray \*prhs\[\])  
7.  \{  
8.    double \*data1 = mxGetPr(prhs\[0\]);  //get pointer of a(is a vector)  
9.    double \*data2 = mxGetPr(prhs\[1\]);  //get pointer of b(is a matrix)  
10.     
11.   int data1\_num = mxGetM(prhs\[0\]);   // get elements num of data1      
12.   int data1\_h = mxGetScalar(prhs\[2\]);//get height of matrix a  
13.   int data1\_w = data1\_num/data1\_h;   //calculate the width of matrix a  
14.   // the step above is no need when dealing with 2D matrix   
15.   
16.   int data2\_h = mxGetM(prhs\[1\]);// get rows of data2  
17.   int data2\_w = mxGetN(prhs\[1\]);// get cols of data2  
18.            
19.   int output\_h = data1\_h;  
20.   int output\_w = data1\_w;  
21.     
22.   int i,j;  
23.   double \*\*copy\_array;// pointer of mid-data  
24.   double \*y;  
25.   //end variable defination, all the defination shoule be set at the beginning  
26.   //\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*  
27.    
28.   if ((data1\_h!=data2\_h)||(data1\_w!=data2\_w))\{  
29.     printf("matrix dim not matched!\\n");  
30.   \}  
31.   //setup mid-data  
32.   copy\_array = (double \*\*)malloc(sizeof(double \*) \* output\_h);  
33.   for(i=0; i<output\_h;i++)\{  
34.       copy\_array\[i\] = (double \*)malloc(sizeof(double) \* output\_w);          
35.   \}  
36.   // calculate matrix a-b  
37.   for (i=0; i<output\_h; i++)\{    
38.         for (j=0; j<output\_w;j++)\{  
39.               copy\_array\[i\]\[j\] = data1\[i+j\*data1\_h\] - data2\[i+j\*data2\_h\];    
40.         \}  
41.   \}  
42.   //end calculating  
43.   //\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*\*  
44.   plhs\[0\] = mxCreateDoubleMatrix(output\_h,output\_w, mxREAL);  
45.   y = mxGetPr(plhs\[0\]);  
46.   //copy the mid-data to the output pointer  
47.   for (i=0;i<output\_h;i++)\{  
48.       for(j=0;j<output\_w;j++)\{  
49.           \*(y+i+j\*output\_h)=copy\_array\[i\]\[j\];  
50.       \}  
51.     \}  
52.     
53. \}

![save_snippets.png][]

#include "mex.h"
    #include "matrix.h"
    // b = [1 2;3 4]
    // a = [5 6;7 8]
    // c = mex_func(a(:), b, size(a,1))  % attention ! a is a(:) 
    void mexFunction (int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
    {
      double *data1 = mxGetPr(prhs[0]);  //get pointer of a(is a vector)
      double *data2 = mxGetPr(prhs[1]);  //get pointer of b(is a matrix)
      
      int data1_num = mxGetM(prhs[0]);   // get elements num of data1    
      int data1_h = mxGetScalar(prhs[2]);//get height of matrix a
      int data1_w = data1_num/data1_h;   //calculate the width of matrix a
      // the step above is no need when dealing with 2D matrix 
    
      int data2_h = mxGetM(prhs[1]);// get rows of data2
      int data2_w = mxGetN(prhs[1]);// get cols of data2
             
      int output_h = data1_h;
      int output_w = data1_w;
      
      int i,j;
      double **copy_array;// pointer of mid-data
      double *y;
      //end variable defination, all the defination shoule be set at the beginning
      //******************************************************
     
      if ((data1_h!=data2_h)||(data1_w!=data2_w)){
        printf("matrix dim not matched!\n");
      }
      //setup mid-data
      copy_array = (double **)malloc(sizeof(double *) * output_h);
      for(i=0; i<output_h;i++){
          copy_array[i] = (double *)malloc(sizeof(double) * output_w);	      
      }
      // calculate matrix a-b
      for (i=0; i<output_h; i++){  
            for (j=0; j<output_w;j++){
                  copy_array[i][j] = data1[i+j*data1_h] - data2[i+j*data2_h];  
            }
      }
      //end calculating
      //*******************************************************
      plhs[0] = mxCreateDoubleMatrix(output_h,output_w, mxREAL);
      y = mxGetPr(plhs[0]);
      //copy the mid-data to the output pointer
      for (i=0;i<output_h;i++){
          for(j=0;j<output_w;j++){
              *(y+i+j*output_h)=copy_array[i][j];
          }
        }
      
    }

简单总结一下几个要点：

mex文件的编写可以分为三个步骤，数据传入，数据处理，数据导出

1、传入矩阵用mxGetPr，传入数值用mxGetScalar

2、获取2维矩阵维度用mxGetM，mxGetN，C模块无法同时获得3维矩阵的三个维度，维度需要自己手动传递

（**此处有误**，可以用函数mxGetDimensions: 就是返回一个指针ptr，每一个指针所指向的值是每一个维度的元素个数。例如有矩阵3\*2的矩阵，那么\*(ptr)为3，\*(ptr+1)为2，如果是3维矩阵，只需要访问\*(ptr+2)。**参考文章**中的第四节有详细描述）

3、数据在内存上都是连续的，访问的时候按列的顺序访问

4、数据传出用mxCreateDoubleMatrix，先创建一个double类型的指针用来存放要导出的数据，然后再拷贝到plhs\[i\]对应的指针上

**参考文章**：[matlab和C/C++混合编程--Mex][matlab_C_C_--Mex]

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[  下载LOFTER][LOFTER] [ 我的照片书  |][Link 4]

MEX文件的功能主要包括三个方面（参见文献\[1\]），这里主要是将Matlab作为C和Fortran代码的调试器。以下工作的软件平台为：

l        Microsoft.Visual.Studio.2005.Professional.Edition.DVD

l        Intel.Visual.Fortran.Compiler.Pro.v9.1.032

l        Matlab 7.5.0（R2007b）

以Matlab自带的timestwo.c文件为例（C:\\Program Files\\MATLAB\\R2007b\\extern\\examples\\refbook\\timestwo.c）说明MEX的工作流程：用户在Matlab命令行（主界面中的Command Window）下输入：

**mex timestwo.c**

如果编译顺利完成，同文件夹下会出现一个名为“timestwo.mexw32”的文件（Matlab版本为R2007b），再在Matlab命令行下输入：

**timestwo(5.5)**

输出为：

**ans=**

**11**

表示这个函数计算结果正确。*要注意C文件的文件名必须是算法函数的函数名（这里二者都是timestwo）*（这一条似乎不必要）。

制作C-MEX文件的具体步骤：

1.      修改原C代码。  
原算法函数不需要修改，但需要新增一个名为mexFunction的函数，另外在文件头部增加“\#include "mex.h"”。工作量体现在写mexFunction函数上。当用户输入“timestwo(5.5)”时，Matlab首先进入这个函数，这个函数再调用原算法函数，给出答案。因此对用户输入、输出格式是否正确的检验是在该函数中完成的。另外可以看到，原C函数格式是void fun(y,x)，但在Matlab中使用时格式是y=fun(x)，这说明mexFunction函数对输入、输出格式可以自由定义。详细的写法参见文献\[1\]第4.3节。

2.      在Matlab中将C编译为MEX文件（如前文所述）。

3.      使用这个MEX文件（如前文所述）。另外只要这个timestwo.mexw32文件在当前目录下，关闭Matlab后重新启动仍可以直接使用timestwo函数。

如果要编译Fortran文件，先用mex –setup将编译器改为Fortran的编译器，然后用同样的方法编译即可。

**参考文献：**

\[1\] 杨高波.精通matlab7.0混合编程.电子工业出版社，2006

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MEX 文件的功能主要包括三个方面（参见文献\[1\]），这里主要是将Matlab作为C和Fortran代码的调试器。以下工作的软件平台为：

l&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Microsoft.Visual.Studio.2005.Professional.Edition.DVD

l&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Intel.Visual.Fortran.Compiler.Pro.v9.1.032

l&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Matlab 7.5.0（R2007b）

**mex timestwo.c**

如果编译顺利完成，同文件夹下会出现一个名为“timestwo.mexw32”的文件（Matlab版本为R2007b），再在Matlab命令行下输入：

**timestwo(5.5)**

输出为：

**ans=**

**11**

表示这个函数计算结果正确。*要注意C文件的文件名必须是算法函数的函数名（这里二者都是timestwo）*（这一条似乎不必要）。

制作C-MEX文件的具体步骤：

1.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 修改原C代码。  
原算法函数不需要修改，但需要新增一个名为mexFunction的函数，另外在文件头部增加“\#include "mex.h"”。工作量体现在写mexFunction函数上。当用户输入“timestwo(5.5)”时，Matlab首先进入这个函数，这个函数再调用原算法函数，给出答案。因此对用户输入、输出格式是否正确的检验是在该函数中完成的。另外可以看到，原C函数格式是void fun(y,x)，但在Matlab中使用时格式是y=fun(x)，这说明mexFunction函数对输入、输出格式可以自由定义。详细的写法参见文献\[1\]第4.3节。

2.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 在Matlab中将C编译为MEX文件（如前文所述）。

3.&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 使用这个MEX文件（如前文所述）。另外只要这个timestwo.mexw32文件在当前目录下，关闭Matlab后重新启动仍可以直接使用timestwo函数。

如果要编译Fortran文件，先用mex –setup将编译器改为Fortran的编译器，然后用同样的方法编译即可。

**参考文献：**

\[1\] 杨高波.精通matlab7.0混合编程.电子工业出版社，2006

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[用Matlab验证DataFit软件给出的插值函数的正确性][Matlab_DataFit]

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[10_matlab_C_C_mex_]: http://blog.csdn.net/orangehdc/article/details/45564927
[matlab]: http://www.csdn.net/tag/matlab
[mex]: http://www.csdn.net/tag/mex
[c]: http://www.csdn.net/tag/c
[c 1]: http://www.csdn.net/tag/c%2b%2b
[Link 1]: http://blog.csdn.net/orangehdc/article/details/45564927#comments
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[Link 3]: http://blog.csdn.net/kkmnobj/article/category/2516329
[view plain]: http://blog.csdn.net/orangehdc/article/details/45564927#
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[matlab_C_C_--Mex]: http://www.cnblogs.com/Key-Ky/p/4233581.html
[leetcode_Single Number II]: http://blog.csdn.net/orangehdc/article/details/45391245
[Python2.7_sqlite3]: http://blog.csdn.net/orangehdc/article/details/50991288
[CAE]: http://blog.163.com/lee_chau/blog/#m=0&t=1&c=fks_080071085081089070087081074075092094082067087083
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