如果我有一個用C語言寫的函數，實現了一個功能，如一個簡單的函數：

double add(double x, double y)

{

return x + y;

}

現在我想要在Matlab中使用它，比如輸入：

>> a = add(1.1, 2.2)

3.3000

要得出以上的結果，那應該怎樣做呢？

解決方法之一是要通過使用MEX文件，MEX文件使得調用C函數和調用Matlab的內置函數一樣方便。MEX文件是由原C代碼加上MEX文件專用的接口函數后編譯而成的?？梢赃@樣理解，MEX文件實現了一種接口，它把在Matlab中調用函數時輸入的自變量通過特定的接口調入了C函數，得出的結果再通過該接口調回Matlab。該特定接口的操作，包含在mexFunction這個函數中，由使用者具體設定。

所以現在我們要寫一個包含add和mexFunction的C文件，Matlab調用函數，把函數中的自變量（如上例中的1.1和2.2）傳給mexFunction的一個參數，mexFunction把該值傳給add，把得出的結果傳回給mexFunction的另一個參數，Matlab通過該參數來給出在Matlab語句中調用函數時的輸出值（如上例中的a）。

值得注意的是，mex文件是與平臺有關的，以我的理解，mex文件就是另類的動態(tài)鏈接庫。在matlab6.5中使用mex-v 選項，你可以看到最后mex階段有類似如下的信息：

--> "del _lib94902.obj"
--> "del "test.exp""

--> "del "test.lib""

也就是說，雖然在matlab6.5生成的是dll文件，但是中間確實有過lib文件生成。

比如該C文件已寫好，名為add.c。那么在Matlab中，輸入：

>> mex add.c

就能把add.c編譯為MEX文件（編譯器的設置使用指令mex-setup），在Windows中，MEX文件類型為mexw32，即現在我們得出add.mexw32文件?，F在，我們就可以像調用M函數那樣調用MEX文件，如上面說到的例子。所以，通過MEX文件，使用C函數就和使用M函數是一樣的了。

我們現在來說mexFunction怎樣寫。

mexFunction的定義為：

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

{

}

可以看到，mexFunction是沒返回值的，它不是通過返回值把結果傳回Matlab的，而是通過對參數plhs的賦值。mexFunction的四個參數皆是說明Matlab調用MEX文件時的具體信息，如這樣調用函數時：

>> b = 1.1; c = 2.2;

>> a = add(b, c)

mexFunction四個參數的意思為：

nlhs = 1，說明調用語句左手面（lhs－left hand side）有一個變量，即a。

nrhs = 2，說明調用語句右手面（rhs－right hand side）有兩個自變量，即b和c。

plhs是一個數組，其內容為指針，該指針指向數據類型mxArray。因為現在左手面只有一個變量，即該數組只有一個指針，plhs[0]指向的結果會賦值給a。

prhs和plhs類似，因為右手面有兩個自變量，即該數組有兩個指針，prhs[0]指向了b，prhs[1]指向了c。要注意prhs是const的指針數組，即不能改變其指向內容。

因為Matlab最基本的單元為array，無論是什么類型也好，如有double array、 cell array、struct array……所以a,b,c都是array，b = 1.1便是一個1x1的doublearray。而在C語言中，Matlab的array使用mxArray類型來表示。所以就不難明白為什么plhs和prhs都是指向mxArray類型的指針數組。

完整的add.c如下：

#include "mex.h" // 使用MEX文件必須包含的頭文件

// 執(zhí)行具體工作的C函數

double add(double x, double y)

{

return x +y;

}

// MEX文件接口函數

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

{

double*a;

double b,c;

plhs[0] =mxCreateDoubleMatrix(1, 1, mxREAL);

a =mxGetPr(plhs[0]);

b =*(mxGetPr(prhs[0]));

c =*(mxGetPr(prhs[1]));

*a = add(b,c);

}

mexFunction的內容是什么意思呢？我們知道，如果這樣調用函數時：

>> output = add(1.1,2.2);

在未涉及具體的計算時，output的值是未知的，是未賦值的。所以在具體的程序中，我們建立一個1x1的實double矩陣（使用mxCreateDoubleMatrix函數，其返回指向剛建立的mxArray的指針），然后令plhs[0]指向它。接著令指針a指向plhs[0]所指向的mxArray的第一個元素（使用mxGetPr函數，返回指向mxArray的首元素的指針）。同樣地，我們把prhs[0]和prhs[1]所指向的元素（即1.1和2.2）取出來賦給b和c。于是我們可以把b和c作自變量傳給函數add，得出給果賦給指針a所指向的mxArray中的元素。因為a是指向plhs[0]所指向的mxArray的元素，所以最后作輸出時，plhs[0]所指向的mxArray賦值給output，則output便是已計算好的結果了。

上面說的一大堆指向這指向那，什么mxArray，初學者肯定都會被弄到頭暈眼花了。很抱歉，要搞清楚這些亂糟糟的關系，只有多看多練。

實際上mexFunction是沒有這么簡單的，我們要對用戶的輸入自變量的個數和類型進行測試，以確保輸入正確。如在add函數的例子中，用戶輸入chararray便是一種錯誤了。

從上面的講述中我們總結出，MEX文件實現了一種接口，把C語言中的計算結果適當地返回給Matlab罷了。當我們已經有用C編寫的大型程序時，大可不必在Matlab里重寫，只寫個接口，做成MEX文件就成了。另外，在Matlab程序中的部份計算瓶頸（如循環(huán)），可通過MEX文件用C語言實現，以提高計算速度。

以上是對mex文件的初步認識，下面詳細介紹如何用c語言編寫mex文件：

1 為什么要用C語言編寫MEX文件

MATLAB是矩陣語言，是為向量和矩陣操作設計的，一般來說，如果運算可以用向量或矩陣實現，其運算速度是非常快的。但若運算中涉及到大量的循環(huán)處理，MATLAB的速度的令人難以忍受的。解決方法之一為，當必須使用for循環(huán)時，把它寫為MEX文件，這樣不必在每次運行循環(huán)中的語句時MATLAB都對它們進行解釋。

2 編譯器的安裝與配置

要使用MATLAB編譯器，用戶計算機上應用事先安裝與MATLAB適配的以下任何一種ANSIC/C++編譯器：

5.0、6.0版的MicroSoft Visual C++(MSVC)

5.0、5.2、5.3、5.4、5.5版的Borland C++

LCC(由MATLAB自帶，只能用來產生MEX文件)

下面是安裝與配置MATLAB編譯器應用程序MEX的設置的步驟：

(1)在MATLAB命令窗口中運行mex –setup，出現下列提示：

Please choose your compiler for building external interface(MEX) files:

Would you like mex to locate installed compilers [y]/n?

(2)選擇y，MATLAB將自動搜索計算機上已安裝的外部編譯器的類型、版本及所在路徑，并列出來讓用戶選擇：

Select a compiler:

[1] Borland C++Builder version 6.0 in C:ProgramFilesBorland

[2] Digital Visual Fortran version 6.0 in C:ProgramFilesMicrosoft Visual Studio

[3] Lcc C version 2.4 in D:MATLAB6P5P1syslcc

[4] Microsoft Visual C/C++ version 6.0 in C:ProgramFilesMicrosoft Visual Studio

[0] None

Compiler:

(3)選擇其中一種(在這里選擇了3)，MATLAB讓用戶進行確認：

Please verify your choices:

Compiler: Lcc C 2.4

Location: D:MATLAB6P5P1syslcc

Are these correct?([y]/n):

(4)選擇y，結束MATLAB編譯器的配置。

3 一個簡單的MEX文件例子

【例1】用m文件建立一個1000×1000的Hilbert矩陣。

tic

m=1000;

n=1000;

a=zeros(m,n);

for i=1:1000

for j=1:1000

a(i,j)=1/(i+j);

end

end

toc

在matlab中新建一個Matlab_1.cpp 文件并輸入以下程序：

#include "mex.h"

//計算過程

void hilb(double *y,int n)

{

int i,j;

for(i=0;i<n;i++)

for(j=0;j<n;j++)

*(y+j+i*n)=1/((double)i+(double)j+1);

}

//接口過程

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

{

doublex,*y;

int n;

if(nrhs!=1)

mexErrMsgTxt("One inputs required.");

if (nlhs !=1)

mexErrMsgTxt("One output required.");

if(!mxIsDouble(prhs[0])||mxGetN(prhs[0])*mxGetM(prhs[0])!=1)

mexErrMsgTxt("Input must be scalars.");

x=mxGetScalar(prhs[0]);

plhs[0]=mxCreateDoubleMatrix(x,x,mxREAL);

n=mxGetM(plhs[0]);

y=mxGetPr(plhs[0]);

hilb(y,n);

}

該程序是一個C語言程序，它也實現了建立Hilbert矩陣的功能。在MATLAB命令窗口輸入以下命令：mexMatlab_1.cpp，即可編譯成功。進入該文件夾，會發(fā)現多了兩個文件：Matlab_1.asv和Matlab_1.dll，其中Matlab_1.dll即是MEX文件。運行下面程序：

tic

a=Matlab_1(1000);

toc

elapsed_time =

0.0470

由上面看出，同樣功能的MEX文件比m文件快得多。

4 MEX文件的組成與參數

MEX文件的源代碼一般由兩部分組成：

(1)計算過程。該過程包含了MEX文件實現計算功能的代碼，是標準的C語言子程序。

(2)入口過程。該過程提供計算過程與MATLAB之間的接口，以入口函數mxFunction實現。在該過程中，通常所做的工作是檢測輸入、輸出參數個數和類型的正確性，然后利用mx-函數得到MATLAB傳遞過來的變量(比如矩陣的維數、向量的地址等)，傳遞給計算過程。

MEX文件的計算過程和入口過程也可以合并在一起。但不管那種情況，都要包含#include"mex.h"，以保證入口點和接口過程的正確聲明。注意，入口過程的名稱必須是mexFunction，并且包含四個參數，即：

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

其中，參數nlhs和nrhs表示MATLAB在調用該MEX文件時等式左端和右端變量的個數，例如在MATLAB命令窗口中輸入以下命令：

[a,b,c]=Matlab_1(d,e,f,g)

則nlhs為3，nrhs為4。

MATLAB在調用MEX文件時，輸入和輸出參數保存在兩個mxArray*類型的指針數組中，分別為prhs[]和plhs[]。prhs[0]表示第一個輸入參數，prhs[1]表示第二個輸入參數，…，以此類推。如上例中，d→prhs[0]，e→prhs[1]，f→prhs[2]，f→prhs[3]。同時注意，這些參數的類型都是mxArray*。

接口過程要把參數傳遞給計算過程，還需要從prhs中讀出矩陣的信息，這就要用到下面的mx-函數和mex-函數。

5 常用的mex-函數和mx-函數

在MATLAB6.5版本中，提供的mx-函數有106個，mex-函數有38個，下面我們僅介紹常用的函數。

5.1入口函數mexFunction

該函數是C MEX文件的入口函數，它的格式是固定的：

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

說明：MATLAB函數的調用方式一般為：[a,b,c,…]=被調用函數名稱(d,e,f,…)，nlhs保存了等號左端輸出參數的個數，指針數組plhs具體保存了等號左端各參數的地址，注意在plhs各元素針向的mxArray內存未分配，需在接口過程中分配內存；prhs保存了等號右端輸入參數的個數，指針數組prhs具體保存了等號右端各參數的地址，注意MATLAB在調用該MEX文件時，各輸入參數已存在，所以在接口過程中不需要再為這些參數分配內存。

5.2出錯信息發(fā)布函數mexErrMsgTxt，mexWarnMsgTxt

兩函數的具體格式如下：

#include "mex.h"

void mexErrMsgTxt(const char *error_msg);

void mexWarnMsgTxt(const char *warning_msg);

其中error_msg包含了要顯示錯誤信息，warning_msg包含要顯示的警告信息。兩函數的區(qū)別在于mexErrMsgTxt顯示出錯信息后即返回到MATLAB，而mexWarnMsgTxt顯示警告信息后繼續(xù)執(zhí)行。

5.3 mexCallMATLAB和mexString

兩函數具體格式如下：

#include "mex.h"

int mexCallMATLAB(int nlhs, mxArray *plhs[],

int nrhs, mxArray *prhs[], const char *command_name);

int mexString(const char *command);

mexCallMATLAB前四個參數的含義與mexFunction的參數相同，command_name可以MATLAB內建函數名、用戶自定義函數、M文件或MEX文件名構成的字符串，也可以MATLAB合法的運算符。

mexString用來操作MATLAB空間已存在的變量，它不返回任何參數。

mexCallMATLAB與mexString差異較大，請看下面的例子。

【例2】試用MEX文件求5階完全圖鄰接矩陣 的特征值及對應的特征向量。
5階完全圖的鄰接矩陣為：（這里找不到圖片了，抱歉。不過不會影響您對本文的理解。）

下面是求該矩陣的MEX文件。

[Matlab_2.cpp]

#include "mex.h"

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

{

doublex;

mxArray*y,*z,*w;

int n;

if(nrhs!=1)

mexErrMsgTxt("One inputs required.");

if (nlhs !=3)

mexErrMsgTxt("Three output required.");

if(!mxIsDouble(prhs[0])||mxGetN(prhs[0])*mxGetM(prhs[0])!=1)

mexErrMsgTxt("Input must be a scalar.");

x=mxGetScalar(prhs[0]);

plhs[0]=mxCreateDoubleMatrix(x,x,mxREAL);

plhs[1]=mxCreateDoubleMatrix(x,x,mxREAL);

plhs[2]=mxCreateDoubleMatrix(x,x,mxREAL);

n=mxGetM(plhs[0]);

y=plhs[0];

z=plhs[1];

w=plhs[2];

//利用mexCallMATLAB計算特征值

mexCallMATLAB(1,&plhs[1],1,prhs,"ones");

mexCallMATLAB(1,&plhs[2],1,prhs,"eye");

mexCallMATLAB(1,&plhs[0],2,&plhs[1],"-");

mexCallMATLAB(2,&plhs[1],1,&plhs[0],"eig");

//演示mexString的功能

mexString("y=y*2");

mexString("a=a*2");

}

在MATLAB命令窗口輸入以下命令：

>> mex Matlab_2.cpp

>> clear

>> a=magic(5)

a =

17241815

23571416

46132022

101219213

11182529

>> [y,z,w]=Matlab_2(5)

??? Undefined function or variable 'y'.

a =

344821630

4610142832

812264044

202438426

223650418

y =

01111

10111

11011

11101

11110

z =

0.8333-0.1667-0.16670.22360.4472

-0.16670.8333-0.16670.22360.4472

-0.1667-0.16670.83330.22360.4472

-0.5000-0.5000-0.50000.22360.4472

000-0.89440.4472

w =

-10000

0-1000

00-100

000-10

00004

由上面可以看出，K5的特征值為–1和4，其中–1是四重根。MATLAB提供了mexGetVariable、mexPutVariable函數，以實現MEX空間與其它空間交換數據的任務，具體可以參看MATLAB幫助文檔。

5.4建立二維雙精度矩陣函數mxCreateDoubleMatrix

其格式具體如下：

#include "matrix.h"

mxArray *mxCreateDoubleMatrix(int m, int n, mxComplexityComplexFlag);

其中m代表行數，n代表列數，ComplexFlag可取值mxREAL或mxCOMPLEX。如果創(chuàng)建的矩陣需要虛部，選擇mxCOMPLEX，否則選用mxREAL。

類似的函數有：

5.5 獲取行維和列維函數mxGetM、mxGetN

其格式如下：

#include "matrix.h"

int mxGetM(const mxArray *array_ptr);

int mxGetN(const mxArray *array_ptr);

與之相關的還有：

mxSetM：設置矩陣的行維

mxSetN：設置矩陣的列維

5.6 獲取矩陣實部和虛部函數mxGetPr、mxGetPi

其格式如下：

#include "matrix.h"

double *mxGetPr(const mxArray *array_ptr);

double *mxGetPi(const mxArray *array_ptr);

與之相關的函數還有：

mxSetPr：設置矩陣的實部

mxSetPi：設置矩陣的虛部

【例3】實現字符串的倒序輸出。

#include "mex.h"

void revord(char *input_buf,int buflen,char*output_buf)

{

int i;

//實現字符串倒序

for(i=0;i<buflen-1;i++)

*(output_buf+i)=*(input_buf+buflen-i-2);

}

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

{

//定義輸入和輸出參量的指針

char*input_buf,*output_buf;

intbuflen,status;

//檢查輸入參數個數

if(nrhs!=1)

mexErrMsgTxt("One input required.");

elseif(nlhs>1)

mexErrMsgTxt("Too many output arguments.");

//檢查輸入參數是否是一個字符串

if(mxIsChar(prhs[0])!=1)

mexErrMsgTxt("Input must be a string.");

//檢查輸入參數是否是一個行變量

if(mxGetM(prhs[0])!=1)

mexErrMsgTxt("Input must a row vector.");

//得到輸入字符串的長度

buflen=(mxGetM(prhs[0])*mxGetN(prhs[0]))+1;

//為輸入和輸出字符串分配內存

input_buf=mxCalloc(buflen,sizeof(char));

output_buf=mxCalloc(buflen,sizeof(char));

//將輸入參量的mxArray結構中的數值拷貝到C類型字符串指針

status=mxGetString(prhs[0],input_buf,buflen);

if(status!=0)

mexWarnMsgTxt("Not enough space. String is truncated.");

//調用C程序

revord(input_buf,buflen,output_buf);

plhs[0]=mxCreateString(output_buf);

}

這個程序中需要注意的地方是mxCalloc函數，它代替了標準C程序中的calloc函數用于動態(tài)分配內存，而mxCalloc函數采用的是MATLAB的內存管理機制，并將所有申請的內存初始化為0，因此凡是C代碼需要使用calloc函數的地方，對應的Mex文件應該使用mxCalloc函數。同樣，凡是C代碼需要使用realloc函數的地方，對應的Mex文件應該使用mxRealloc函數。

在MATLAB命令窗口中對revord.cpp程序代碼編譯鏈接：

>> mex revord.cpp

在MATLAB命令窗口中對C-MEX文件revord.dll進行測試：

>> x='I am student.';

>> revord(x)

ans =

.tneduts ma I

終于寫完了，相信大家對mex文件應該有點熟悉了，具體還要到實際應用中慢慢體會。

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