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）

10分钟教会你简单的matlab和C/C++混合编程（mex文件）

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matlabmexcc++

2015-05-07 18:40
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Matlab（4）




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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
copy
print?

#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 = (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];  
      }  
    }  
    
}  

#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



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关于Matlab的MEX技术  

2008-03-30 15:13:58|  分类：

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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       
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       
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。[i]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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