MATLAB自学课件

• MATLAB作为世界顶尖的数学应用软件，以其强大的工程计 算、算法研究、工程绘图、应用程序开发、数据分析和动态 仿真等功能，在航空航天、机械制造和工程建筑等领域发挥 着越来越重要的作用。而C语言功能丰富，使用灵活方便， 目标程序效率高。既有高级语言的优点，又有低级语言的特 点。因此，C语言是目前应用最广的编程语言。虽然 MATLAB是一个完整的、功能齐全的编程环境，但在某些情 况下，与外部环境的数据和程序的交互是非常必须而且有益 的。 • 众所周知，MATLAB是用M语言编程，不能在M文件中 直接调用C语言程序。可以通过MATLAB提供的应用编程接 口（API）来实现与外部的接口，在MATLAB环境中实现调 用C语言或Fortran程序、输入或输出数据以及和其他软件程 序间建立客户/服务器关系等功能。 • MATLAB中调用C语言程序，必须通过MEX文件来实现。
第7章 MATLAB与Ｃ语言接口
MATLAB是矩阵语言，是为向量和矩阵操作 设计的，一般来说，如果运算可以用向量或矩阵 实现，其运算速度是非常快的。但若运算中涉及 到大量的循环处理，MATLAB的速度的令人难以 忍受的。解决方法之一为，当必须使用for循环时， 把它写为MEX文件，这样不必在每次运行循环中 的语句时MATLAB都对它们进行解释。
• 四、编译器的安装与配置 • 要使用MATLAB编译器，用户计算机上应 用事先安装与MATLAB适配的以下任何一 种ANSI C/C++编译器： • 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自带，只能用来产生MEX 文件)
• MATLAB在调用MEX文件时，输入和输出参 数保存在两个mxArray*类型的指针数组中， 分别为prhs[]和plhs[]。prhs[0]表示第一个输 入参数，prhs[1]表示第二个输入参数，…， 以此类推。如上例中，d→prhs[0]， e→prhs[1]，f→prhs[2]，f→prhs[3]。同时注 意，这些参数的类型都是mxArray *。 • 接口过程要把参数传递给计算过程，还需要 从prhs中读出矩阵的信息，这就要用到下面 计算引擎
• MATLAB的计算引擎应用就是利用 MATLAB提供的一组接口函数，在用户开 发的C/C++语言应用程序中，通过某种通 信机制后台调用MATLAB应用程序以完成 复杂的系统任务。
例7-3
设计一程序，在C/C++语言中调用mesh函 数来绘制高斯矩阵的曲面。 解题步骤：
• 五、安装与配置MATLAB编译器应用程序MEX的设置的步骤：
(1)在MATLAB命令窗口中运行mex –setup，出现下列提示： Please choose your compiler for building external interface (MEX) files: Would you like mex to locate installed compilers [y]/n? (2)选择y，MATLAB将自动搜索计算机上已安装的外部编译器 的类型、版本及所在路径，并列出来让用户选择：
• //接口过程 • void mexFunction(int nlhs,mxArray *plhs[],int nrhs,const mxArray *prhs[]) • { • double x,*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); • }
• 三、常用的mex-函数 • 在MATLAB6.5版本中，mex-函数有38个， 下面我们仅介绍常用的函数。 • 1．入口函数mexFunction • 该函数是C MEX文件的入口函数，它的格 式是固定的： • void mexFunction(int nlhs,mxArray *plhs[],int nrhs,const mxArray *prhs[])
• 二、 使用MEX文件 • 上面所述的MEX文件的两个主要部分在使用中 可以是独立的，也可以是组合在一起的。不管是哪 一种情况，MEX文件都必须包含头文件"mex.h"， 以便正常申明入口程序。入口程序的名字必须是 mexFunction而且必须包含这些参数： • void mexFunction(int nlhs,mxArray *plhs[],int nrhs,const mxArray *prhs[]) • 在C语言的MEX文件中，参数nlhs和nrhs包含 输出和输入变量的数目，借助于这两个参数，MEX 文件被调用。参数plhs和prhs是包含指向MEX文件 输出和输入变量的指针的向量，prhs是长度为nrhs 的输入变量的指针数组，plhs是长度为nlhs的输出 变量的指针数组。比如从MATLAB命令窗口来调用 一个MEX文件
• 该程序是一个C语言程序，它也实现了建立Hilbert 矩阵的功能。在MATLAB命令窗口输入以下命令： mex Matlab_1.cpp，即可编译成功。进入该文件夹， 会发现多了两个文件：Matlab_1.asv和Matlab_1.dll， 其中Matlab_1.dll即是MEX文件。运行下面程序： • tic • a=Matlab_1(1000); • toc • elapsed_time = • 0.0320 • 由上面看出，同样功能的MEX文件比m文件快得 多。
• 说明： • MATLAB函数的调用方式一般为：[a,b,c,…]=被调 用函数名称(d,e,f,…)，nlhs保存了等号左端输出参 数的个数，指针数组plhs具体保存了等号左端各参 数的地址，注意在plhs各元素针向的mxArray内存 未分配，需在接口过程中分配内存；nrhs保存了等 号右端输入参数的个数，指针数组prhs具体保存了 等号右端各参数的地址，注意MATLAB在调用该 MEX文件时，各输入参数已存在，所以在接口过 程中不需要再为这些参数分配内存。
• MEX文件的计算过程和入口过程也可以合并在一 起。但不管那种情况，都要包含#include "mex.h"， 以保证入口点和接口过程的正确声明。注意，入口 过程的名称必须是mexFunction，并且包含四个参 数，即： • void mexFunction(int nlhs,mxArray *plhs[],int nrhs,const mxArray *prhs[]) • 其中，参数nlhs和nrhs表示MATLAB在调用该MEX 文件时等式左端和右端变量的个数，例如在 MATLAB命令窗口中输入以下命令： • [a,b,c]=Matlab_1(d,e,f,g) • 则nlhs为3，nrhs为4。
• (4)选择y，结束MATLAB编译器的配置。
• Try to update options file: C:\Documents and Settings\wym\Application Data\MathWorks\MATLAB\R14\mexopts.bat • From template: E:\MATLAB1022\BIN\WIN32\mexopts\msvc60opts.bat • • Done . . . •
7.3基于 基于COM组件的接口编程 基于 组件的接口编程
该方法的主要特点有： （1）应用程序完全脱离MATLAB工作环境； （2）MATLAB数学库和工具箱中包括的各种 各样的函数，所以降低了编写算法难度； （3）由于将算法程序做成了COM组件的形 式，所以实现了算法的保密。
• (3)选择其中一种(在这里选择了3)，MATLAB让用 户进行确认：
• Compiler: Microsoft Visual C/C++ 6.0 • Location: C:\Program Files\Microsoft Visual Studio
• Are these correct?([y]/n):
• Please choose your compiler for building external interface (MEX) files: • Would you like mex to locate installed compilers [y]/n? y • Select a compiler: • [1] Digital Visual Fortran version 6.0 in C:\Program Files\Microsoft Visual Studio • [2] Lcc C version 2.4 in E:\MATLAB1022\sys\lcc • [3] Microsoft Visual C/C++ version 6.0 in C:\Program Files\Microsoft Visual Studio • [0] None
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在记事本中输入以下程序： [Matlab_1.cpp] #include "mex.h" //计算过程 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); }