一、为什么在Matlab中使用C

1. 性能优化：C语言提供了接近硬件的编程能力，使得开发者可以编写高效率的代码。对于计算密集型任务，尤其是那些需要大量数值计算的场景，用C语言编写的函数通常比MATLAB内置函数运行得更快。这是因为C语言允许更细致地控制内存使用和处理器指令。
2. 现有代码库的利用：在某些领域，已有大量用C或C++编写的成熟、高效的代码库。通过MEX接口，MATLAB可以直接调用这些代码库，无需重写这些功能。这样不仅可以节省开发时间，还能确保使用经过验证的、高质量的代码。
3. 扩展MATLAB功能：虽然MATLAB提供了广泛的函数库，但在某些特定应用领域，用户可能需要一些MATLAB本身不提供的特殊功能。通过使用C语言，开发者可以创建自定义的MEX文件来扩展MATLAB的功能，满足特定的需求。
4. 硬件接口：在需要与硬件设备（如传感器、仪器或其他外部设备）直接交互时，C语言提供了访问底层硬件接口的能力，例如通过串口或网络接口。通过在MATLAB中集成C语言编写的代码，用户可以实现对这些设备的控制和数据采集。
5. 跨平台兼容性：C语言具有很好的跨平台兼容性，编写的代码可以在不同操作系统上编译运行，这对于需要在多个平台上部署MATLAB应用的场景非常有用。
6. 专业算法实现：对于一些高度专业化的算法，可能只有少数专家知道如何高效实现。这些专家可能习惯于使用C语言，因此他们编写的高效算法往往以C语言的形式存在。将这些算法通过MEX接口集成到MATLAB中，可以让更广泛的用户受益。

二、MEX重要接口概览

mex.h是MATLAB提供的一个头文件，专为MEX文件开发而设计。它包含了一系列的宏定义、类型定义和函数原型，这些都是在C或C++代码中与MATLAB数据进行交互所必需的。通过这些接口，开发者可以创建MEX文件，这些文件能够直接从MATLAB环境中被调用

以下是mex.h中提供的一些重要接口的概览：

1. 内存管理：

   • mxMalloc、mxCalloc、mxRealloc、mxFree：这些函数用于在MEX文件中分配和释放内存，类似于标准C库中的malloc、calloc、realloc和free。

2. 错误处理：

   • mexErrMsgIdAndTxt、mexWarnMsgIdAndTxt：这些函数用于在MEX函数执行过程中显示错误或警告信息，并且可以选择性地终止MEX文件的执行。

3. MATLAB数据访问和创建：

   • mxCreateDoubleMatrix、mxCreateNumericArray、mxCreateCharArray等：这些函数用于创建各种类型的MATLAB数据结构（如矩阵、数组等）。
   • mxGetPr、mxGetPi、mxGetData、mxGetScalar等：这些函数用于访问MATLAB数据结构中的实际数据。
   • mxSetPr、mxSetPi、mxSetData等：这些函数用于设置MATLAB数据结构中的数据。

4. 数据属性查询：

   • mxGetM、mxGetN、mxGetNumberOfElements、mxGetClassID等：这些函数用于查询MATLAB数组的维度、元素数量、数据类型等属性。

5. 类型检查和转换：

   • mxIsDouble、mxIsSingle、mxIsClass等：这些函数用于检查MATLAB数组的数据类型。
   • mxGetClassID：获取MATLAB数组的类别。

6. MEX文件入口点：

   • mexFunction：所有MEX文件都必须定义这个函数，它是MEX文件的入口点，MATLAB调用MEX文件时就是通过这个函数。

7. 调用MATLAB函数：

   • mexCallMATLAB：允许MEX文件中的代码调用MATLAB中的函数。

三、一个小例子

3.1、装入编译器

可以看到可以选两种编译器，一种是 C++ 另一种是 FORTRAN

3.2、写C函数

在同一目录下，创建一个 ADD.c 文件，其函数形式必须是

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

其中

• nlhs：输出参数个数
• plhs：输出参数列表
• nrhs：输入参数个数
• prhs：输入参数列表

保存的文件名就是将来在MATLAB中调用的函数名，而不是这里的函数名。

下面给出一个例子，其中输入是两个矩阵，返回一个矩阵，实现矩阵中元素的相加。

#include "mex.h"

void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
{
    if(nrhs <1) {
       mexPrintf("input param count error\n");
       return;
    } 
    int rowNum1 = mxGetM(prhs[0]);                                        // 获得第一个矩阵的行数
    int colNum1 = mxGetN(prhs[0]);                                        // 获得第一个矩阵的列数
    double* pArr2 = (double*)mxGetPr(prhs[0]);                            // 获得第一个矩阵的指针，这里是一维的 
    
    int rowNum2 = mxGetM(prhs[1]);                                        // 获得第二个矩阵的行数
    int colNum2 = mxGetN(prhs[1]);                                        // 获得第二个矩阵的列数
    double* pArr2 = (double*)mxGetPr(prhs[1]);                            // 获得第二个矩阵的指针，这里是一维的 

    if (rowNum1 != rowNum2 || colNum2 != colNum2) {                       // 保证两个矩阵同纬度
        mexPrintf("two matrix is different size\n");
    }

    
    plhs[0] = mxCreateDoubleMatrix(rowNum1, colNum1, mxREAL);             // 创建返回矩阵
    double* retValue = mxGetPr(plhs[0]);                                  // 创建返回矩阵的执政
    for(int i=0;i<rowNum1*colNum1;i++) { 
        retValue[i] = pArr1[i] + pArr2[i];                                // 填充数据
    }
    return; 
}

res = ADD([1,2],[3,4])

我们编译一下，编译指令 mex ADD.c

3.3、一些问题

问：我们传入的是一个二维矩阵，为什么从C代码中确实一个一维指针指向了存储的数据？

答： 在C中处理从MATLAB传入的二维矩阵时，您通常会通过mxGetPr函数获得一个指向矩阵第一个元素的指针。这个指针可以被视为指向一个一维数组的指针，而不是直接作为二级指针。因为MATLAB矩阵在内存中是按列主序（column-major）存储的，所以即便我们想要像操作二维数组那样操作它们，也需要一些额外的步骤来正确地索引这个数组。