mexw64：C++程序库和Matlab之间的桥梁

发布时间：2023-05-21

一、介绍

mexw64是一个用于C和Matlab之间通信的接口库，它可以帮助开发人员快速开发Matlab插件，并且使得Matlab和C之间的数据传输变得更加容易。它主要用于Windows环境下，通过使用Visual Studio可以创建DLL文件以便在Matlab中调用它们。

二、编写mex文件

mexw64中最基础的概念是mex文件，它是一个用于将C代码编译为Matlab可以调用的DLL文件。编写mex文件需要使用Matlab提供的mex函数，该函数的作用是将C代码编译成DLL文件，并将其导入到Matlab中。 下面是一个简单的mex函数示例，它将一个输入数组中的所有元素加1并返回：

#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
{
    // 检查输入输出参数数量是否正确
    if (nlhs != 1 || nrhs != 1) {
        mexErrMsgIdAndTxt("example:addone:nrhs",
                          "One input and one output required.");
    }
    // 获取输入数组的指针
    double *x = mxGetPr(prhs[0]);
    // 获取输入数组中的元素数量
    mwSize n = mxGetNumberOfElements(prhs[0]);
    // 创建输出数组
    plhs[0] = mxCreateDoubleMatrix(n, 1, mxREAL);
    double *y = mxGetPr(plhs[0]);
    // 对输入数组中的所有元素加1并存储到输出数组中
    for (mwSize i = 0; i < n; i++) {
        y[i] = x[i] + 1;
    }
}

三、mex文件中的数据类型

mexw64支持多种数据类型，包括数值、逻辑、字节数组、结构体等等。这些数据类型可以通过Matlab提供的mxArray结构来表示。 下面是一个例子，它演示了如何创建一个包含数值、逻辑和字符串的结构体：

#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
{
    // 创建一个包含数值、逻辑和字符串的结构体
    plhs[0] = mxCreateStructMatrix(1, 1, 3, (const char *[]){"num", "logical", "string"});
    // 设置结构体中的num字段
    mxSetFieldByNumber(plhs[0], 0, 0, mxCreateDoubleScalar(42));
    // 设置结构体中的logical字段
    mxSetFieldByNumber(plhs[0], 0, 1, mxCreateLogicalScalar(true));
    // 设置结构体中的string字段
    mxSetFieldByNumber(plhs[0], 0, 2, mxCreateString("Hello world!"));
}

四、mex文件中的错误处理

mexw64中的错误处理非常重要，因为它能够让我们更好地调试和优化mex函数。Matlab提供了mexErrMsgIdAndTxt函数来报告错误信息。 下面是一个例子，它演示了如何使用mexErrMsgIdAndTxt函数来报告错误信息：

#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
{
    // 检查输入参数数量是否正确
    if (nrhs != 2) {
        mexErrMsgIdAndTxt("example:addtwo:nrhs", "Two inputs required.");
    }
    // 检查输入参数类型是否正确
    if (!mxIsDouble(prhs[0]) || !mxIsDouble(prhs[1])) {
        mexErrMsgIdAndTxt("example:addtwo:prhs", "Inputs must be doubles.");
    }
    // 获取输入参数的指针
    double *x = mxGetPr(prhs[0]);
    double *y = mxGetPr(prhs[1]);
    // 获取输入参数中元素的数量
    mwSize n = mxGetNumberOfElements(prhs[0]);
    // 创建输出数组
    plhs[0] = mxCreateDoubleMatrix(n, 1, mxREAL);
    double *z = mxGetPr(plhs[0]);
    // 对输入数组中的相应元素求和并存储到输出数组中
    for (mwSize i = 0; i < n; i++) {
        if (x[i] < 0 || y[i] < 0) {
            mexErrMsgIdAndTxt("example:addtwo:invalidArg",
                              "Inputs must be nonnegative.");
        }
        z[i] = x[i] + y[i];
    }
}

五、mex文件中的算法和性能调优

编写高效的mex函数需要考虑算法和性能问题。要获得最好的性能，必须使用C的最佳实践，例如使用const指针、使用引用而不是复制参数等等。 下面是一个例子，它演示了如何使用C的STL库来加速一个mex函数：

#include "mex.h"
#include <vector>
#include <algorithm>
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
{
    // 获取输入参数的指针
    double *x = mxGetPr(prhs[0]);
    double *y = mxGetPr(prhs[1]);
    // 获取输入参数中元素的数量
    mwSize n = mxGetNumberOfElements(prhs[0]);
    // 创建临时向量
    std::vector<double> v(n);
    // 对输入数组中的相应元素求和并存储到输出数组中
    for (mwSize i = 0; i < n; i++) {
        v[i] = x[i] + y[i];
    }
    // 对向量排序
    std::sort(v.begin(), v.end());
    // 创建输出数组
    plhs[0] = mxCreateDoubleMatrix(n, 1, mxREAL);
    double *z = mxGetPr(plhs[0]);
    // 将向量中的元素存储到输出数组中
    for (mwSize i = 0; i < n; i++) {
        z[i] = v[i];
    }
}

六、总结

它是一个用于C和Matlab之间通信的接口库，使得C开发人员可以更加容易地开发Matlab插件。通过编写mex函数，我们可以将C代码编译成Matlab可以调用的DLL文件，并进行数据传输。使用正确的数据类型、错误处理和性能调优，我们可以编写高效的mex函数。同时，C的STL库也是加速mex函数的强大工具。

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