matlab如何直接调用c语言

MATLAB如何直接调用C语言

MATLAB可以通过MEX文件、库函数接口、系统命令、MATLAB引擎接口、使用封装库等方式直接调用C语言。 最常用且高效的方法是通过MEX文件，这种方法允许MATLAB与C语言代码进行高效的交互。接下来，我们将详细介绍MEX文件的创建和使用，并探讨其他几种方法的适用场景和操作步骤。

一、MEX文件

1、什么是MEX文件

MEX文件（MATLAB Executable）是MATLAB能够调用的C/C++或者Fortran代码。通过MEX文件，MATLAB用户可以直接调用已经编写好的C代码，从而提高运算速度和效率。MEX文件具有以下几个显著优点：

高效的性能：由于C语言的高效计算能力，使用MEX文件可以显著提高代码的执行效率。
代码复用：如果已经有成熟的C代码实现某些功能，可以直接在MATLAB中调用，而无需重新编写。
灵活性：可以利用C语言的各种库函数和第三方库，从而扩展MATLAB的功能。

2、创建MEX文件

2.1 安装编译器

首先，需要确保系统中安装了合适的C/C++编译器。MATLAB支持多种编译器，具体支持的编译器列表可以在MATLAB的官方网站上查找。安装编译器后，可以在MATLAB中使用mex -setup命令来选择和配置编译器。

mex -setup

2.2 编写C代码

编写一个简单的C函数，比如实现两个数相加的功能：

#include "mex.h"
/* The computational routine */
void add(double a, double b, double *c)
{
    *c = a + b;
}
/* The gateway function */
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
{
    double a, b;       /* input scalars */
    double *c;         /* output scalar */
    /* check for proper number of arguments */
    if(nrhs != 2) {
        mexErrMsgIdAndTxt("MyToolbox:add:nrhs", "Two inputs required.");
    }
    if(nlhs != 1) {
        mexErrMsgIdAndTxt("MyToolbox:add:nlhs", "One output required.");
    }
    /* make sure the first input argument is scalar */
    if( !mxIsDouble(prhs[0]) || mxIsComplex(prhs[0]) ||
         mxGetNumberOfElements(prhs[0]) != 1 ) {
        mexErrMsgIdAndTxt("MyToolbox:add:notScalar", "Input must be a scalar.");
    }
    /* make sure the second input argument is scalar */
    if( !mxIsDouble(prhs[1]) || mxIsComplex(prhs[1]) ||
         mxGetNumberOfElements(prhs[1]) != 1 ) {
        mexErrMsgIdAndTxt("MyToolbox:add:notScalar", "Input must be a scalar.");
    }
    /* get the value of the scalar input  */
    a = mxGetScalar(prhs[0]);
    b = mxGetScalar(prhs[1]);
    /* create the output scalar */
    plhs[0] = mxCreateDoubleScalar(mxREAL);
    /* get a pointer to the real data in the output matrix */
    c = mxGetPr(plhs[0]);
    /* call the computational routine */
    add(a, b, c);
}

2.3 编译和运行

将上述代码保存为add.c文件，并在MATLAB中使用mex命令进行编译：

mex add.c

编译成功后，会生成一个MEX文件（在Windows上是add.mexw64），然后可以在MATLAB中直接调用该函数：

result = add(3.0, 4.0);
disp(result);  % 输出 7.0

二、库函数接口

1、使用`loadlibrary`函数

MATLAB提供了loadlibrary函数，用于加载C/C++动态链接库（DLL）。通过这种方式，可以调用库中的函数。

1.1 编写和编译C代码

首先，编写一个简单的C函数并编译为动态链接库。例如，创建一个名为mylib.c的文件：

#include "mex.h"
void add(double a, double b, double *c)
{
    *c = a + b;
}

在命令行中编译为动态链接库：

gcc -shared -o mylib.dll mylib.c

1.2 在MATLAB中调用

在MATLAB中使用loadlibrary函数加载库，并调用其中的函数：

loadlibrary('mylib.dll', 'mylib.h');
result = calllib('mylib', 'add', 3.0, 4.0);
disp(result);  % 输出 7.0
unloadlibrary('mylib');

2、通过`.NET`接口

MATLAB还支持调用通过.NET编写的库函数。这种方法适用于需要与.NET框架进行交互的场景。

三、系统命令

1、使用`system`函数

MATLAB提供了system函数，可以直接调用系统命令行中的可执行文件。这种方法适用于需要调用已经编译好的C程序。

[status, result] = system('path/to/your/executable');
disp(result);

2、使用`dos`和`unix`函数

MATLAB还提供了dos和unix函数，分别用于在Windows和Unix系统中执行命令。

[status, result] = dos('path/to/your/executable');
disp(result);

四、MATLAB引擎接口

1、MATLAB引擎API

MATLAB引擎API允许C程序调用MATLAB引擎，从而在C代码中执行MATLAB命令。

1.1 编写C代码

编写一个简单的C程序，通过MATLAB引擎调用MATLAB函数：

#include "engine.h"
#include "matrix.h"
int main()
{
    Engine *ep;
    mxArray *T = NULL;
    if (!(ep = engOpen(NULL))) {
        fprintf(stderr, "nCan't start MATLAB enginen");
        return 1;
    }
    T = mxCreateDoubleMatrix(1, 1, mxREAL);
    *mxGetPr(T) = 2.0;
    engPutVariable(ep, "T", T);
    engEvalString(ep, "disp(T^2)");
    mxDestroyArray(T);
    engClose(ep);
    return 0;
}

1.2 编译和运行

编译并运行上述程序：

gcc -o myprogram myprogram.c -I/usr/local/MATLAB/R2023a/extern/include -L/usr/local/MATLAB/R2023a/bin/glnxa64 -leng ./myprogram

2、使用封装库

MATLAB的引擎API还可以通过封装库进行调用，比如Python的matlab.engine库。

五、总结

在MATLAB中直接调用C语言代码有多种方法，每种方法适用于不同的场景。通过MEX文件进行调用是最常用且高效的方法，特别适用于需要频繁调用且对性能要求较高的场景。库函数接口适用于需要调用现有的动态链接库的情况，而系统命令适用于调用已经编译好的C程序。MATLAB引擎接口则适用于在C程序中需要调用MATLAB函数的场景。

无论选择哪种方法，都需要根据具体的需求和场景进行合理的选择和配置，从而充分发挥MATLAB与C语言结合的优势，提高程序的性能和功能扩展性。