matlab和C/C++混合编程--Mex

article/2025/7/28 7:35:02

　最近的项目需要matlab和C的混合编程，经过一番努力终于完成了项目要解决的问题。现在就将Mex的一些经验总结一下，当然只是刚刚开始，以后随着学习的深入继续添加。首先讲讲写Mex的一些常规规定，然后我们会重点关注混合编程中最难解决数据的问题--结构到底如何转换，并且后面会重点说一下自己的程序。

一、Mex的结构

先看一个简单的程序（该程序保存在matlab主目录下名字是mexDemon.cpp，或者在主目录下新建一个.cpp文件)：

  #include "mex.h"  
 //加入头文件，该头文件在VS2010中无法include，但是不影响其在matlab中的编译，反而在matlab编译还需要include它 
 #include <vector> 
 using  namespace  std; 
 void  mexFunction( int  nlhs, mxArray *plhs[], int  nrhs, const  mxArray *prhs[]) 
 //mexFunction就类似于main函数 
 { 
      //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 
 　　vector<vector< double > > array2d; 
      double  *z; 
      plhs[0] = mxCreateDoubleMatrix( 5, 6, mxREAL); //第一个输出是一个5*6的矩阵 
      z = mxGetPr(plhs[0]); //获得矩阵的第一个元素的指针 
      array2d.resize(5); 
      int  ii = 0; 
      for ( int  i = 0; i < 5; i++){ 
          for ( int  j = 0; j < 6; j++){ 
              z[i*6 + j] = ii;  //指针访问矩阵是列优先的，请自己循环程序和分析输出结果 
              ii++; 
          } 
      } 
 }  
 /* 
   *ans = 
       0     5    10    15    20    25 
       1     6    11    16    21    26 
       2     7    12    17    22    27 
       3     8    13    18    23    28 
       4     9    14    19    24    29 
   */ 
 

然后对Matlab编译应用程序mex的编译器进行设置，在命令窗口输入 Mex –setup。然后跟着步骤走选择合适的编译器即可。

设置完编译器之后在命令窗口输入Mex mexDemon.cpp 进行编译生成.mexw64文件，生成之后便可以直接调用了，例如本例子可以这样调用，就是直接在命令窗口输入 a = mexDemon(); 返回值如上。

二、C和Matlab的数据结构的转换

（1）数值的传递

matlab -> c++

  x = mxGetScalar(prhs[0]); //该函数获取matlab传递过来的数值； 
 

c++ -> matlab

plhs[0] = mxCreateDoubleMatrix(1,1,mxREAL);//创建返回的矩阵，范围plhs[0]为mxArray类型
y = mxGetPr(plhs[0]);//获取返回plhs[0]的数据地址，其后可以修改y的值就可以返回了

一个实例（numDemon.cpp)：

  #include "mex.h" 
 void  mexFunction( int  nlhs, mxArray *plhs[],  int  nrhs,  const  mxArray *prhs[]){ 
      int  x = mxGetScalar(prhs[0]);  //将第一个输入参数转为Scalar标量，也就是单数值 
      printf ( "%d\n" , x);  //打印 
       
      double  *y; 
      plhs[0] = mxCreateDoubleMatrix(1,1,mxREAL);  //让第一个输出参数指向一个1*1的矩阵 
      y = mxGetPr(plhs[0]);  //获得矩阵的第一个元素的指针 
      *y = 10;  //将其赋值为10 
 } 
 

如下图在命令窗口编译：

(2)矩阵的传入与传出

关于传出（c++到Matlab, 就是第一个例子），下面可以再给一个例子是如何从matlab传入到c++，看下面这段代码：

  #include "mex.h" 
 void  mexFunction( int  nlhs, mxArray *plhs[],  int  nrhs,  const  mxArray *prhs[]){ 
      double  *dataCursor; 
      vector<vector< double > > parms; 
      dataCursor = mxGetPr(prhs[0]);  //得到输入矩阵的第一个元素的指针 
      int  mrows = mxGetM(prhs[0]);    //获得矩阵的行 
      int  ncols = mxGetN(prhs[0]);    //获得矩阵的列 
      printf ( "%d_%d\n" , mrows, ncols);   //打印行和列 
       
      parms.resize(mrows);   //初始化 
      for ( int  i = 0; i < mrows; i++){ 
          parms[i].resize(ncols); 
      } 
      for ( int  i = 0; i < mrows; i++){ 
          for ( int  j = 0; j < ncols; j++){ 
              parms[i][j] = dataCursor[j * mrows + i];  //拷贝矩阵的元素到vector of vector 
          } 
      } 
 } 
 

同样在命令窗口编译即可。

（3）字符串的传入与传出

matlab -> c++ （传入）

  char  *input_buf; 
 input_buf = mxArrayToString(prhs[0]); //使用mxArrayToString将mxArray转换为c、c++字符串 
 

c++ -> matlab （传出）

  char  *output_buf; //定义字符串缓存 
 size_t  buflen = (mxGetM(prhs[0]) * mxGetN(prhs[0])) + 1; //获取字符串长度，mxGetM获取行数，mxGetN获取列数 
 output_buf=mxCalloc(buflen,  sizeof ( char )); //使用mxCalloc分配输出字符串数组 
 plhs[0] = mxCreateString(output_buf); //使用mxCreateString创建mxArray输出 
 mxfree(output_buf); 
 

一个实例（strDemon.cpp)

  #include "mex.h" 
 void  revord( char  *input_buf,  size_t  buflen,  char  *output_buf) 
 { 
    mwSize i; 
    if  (buflen == 0)  return ; 
    
    for (i=0;i<buflen-1;i++) 
      *(output_buf+i) = *(input_buf+buflen-i-2); 
 } 
 void  mexFunction(  int  nlhs, mxArray *plhs[], 
                    int  nrhs,  const  mxArray *prhs[]) 
 { 
      char  *input_buf, *output_buf; 
      size_t  buflen; 
      
      buflen = (mxGetM(prhs[0]) * mxGetN(prhs[0])) + 1;  //因为本程序是翻转字符串，所以输入输出字符串的长度应该一样 
      
      output_buf=mxCalloc(buflen,  sizeof ( char ));  //申请空间 
      
      input_buf = mxArrayToString(prhs[0]);  //获得输入字符串 
      
      revord(input_buf, buflen, output_buf);  //翻转字符串 
      
      plhs[0] = mxCreateString(output_buf); 
      mxFree(input_buf); 
      return ; 
 } 
 

同样编译一下即可。

（4）cell的传入

  #include "mex.h" 
 void  mexFunction( int  nlhs, mxArray *plhs[],  int  nrhs,  const  mxArray *prhs[]){ 
      mwSize cellNdim = mxGetNumberOfDimensions(prhs[0]);  //这里介绍两个函数mxGetNumberOfDimensions和mxGetDimensions 
      const  int  *cellColPtr = mxGetDimensions(prhs[0]); 
      //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. 
      //mxGetNumberOfDimensions: 返回mxArray的维度。 
 　    int  cellNRow = *(label_dims); 
      int  cellNCol = *(label_dims + 1); 
      mxArray *ptr; 
      ptr = mxGetCell(prhs[0], 0);  //获取cell的第0个元素，返回一个mxArray指针,第二个参数代表cell中元素的下标 
      mxArray *cellOfCell; 
      cellOfCell = mxGetCell(ptr, 0);     //当然cell里面可以还是cell，那么应该再样写 
      mxArray *cellOfStr; 
      char  *chTmp; 
      cellOfStr = mxGetCell(prhs[0], 0);  //当然cell里面可以是字符串 
      chTmp = mxArrayToString(cellOfStr); 
      printf ( "%s\n" , chTmp); 
 } 
 