Matlab中Mex文件的创建和使用方法.ppt

1,九、MATLAB编译器和Notebook,编译器概述编译器的安装和配置创建MEX文件 创建独立的外部程序EXE文件Notebook,2,9.1 编译器概述,MATLAB编译器（The MATLAB Compiler,MCC）可以将M文件转化为C或C源代码，然后进一步编译链接成MEX文件或可执行程序或共享库文件。编译后可以大大提高程序的运行效率，甚至可以脱离MATLAB环境运行程序。,编译器主要包括：将C源码文件生成MEX文件的mex编译器；将C源码文件生成可独立运行文件的mbuild编译器；可以将M文件转换成C源码文件并调用mex或mbuild编译器生成MEX文件或exe可执行程序的mcc编译器。,9.1.1 编译器的功能,产生源代码，进而生成MEX文件。MEX文件可以提高运行速度，并且可以隐藏文件算法，避免非法修改源文件。,2.产生C或C源码，进而生成独立的外部应用程序（EXE文件）。该程序无需MATLAB环境支持，如果源M文件使用了绘图指令，则需要图形库支持。,3.产生C MEX的S函数。加快Simulink中自定义的S函数模块的运行速度。,4.产生C共享库（动态链接库、DLL）或C+静态库。它们的使用无需MATLAB环境支持，但需要MATLAB的数学库。,3,9.1.2 编译器的局限性,不支持M脚本文件的编译。不支持用户自定义的对象。不支持eval,input,inline等函数。不支持Java接口。,9.2.1 配置MATLAB编译器的前提准备,1.计算机必须安装有ANSIC/C+编译器。下面任何一种C/C+编译器均可。Microsoft Visual C/C+5.0以上版本。Borland C/C+5.0以上版本。LCC C(MATLAB自带，只能用于生成MEX文件）。,2.在安装MATLAB时，选中组件 MATLAB Compiler C/C+Math Library MATLAB C/C+Graphics Library,9.2 编译器的安装和配置,4,9.2.2 为产生MEX文件进行预配置,要实现从M文件到MEX文件的转换，就必须先对M编译器进行正确设置。预配置包括两个过程：一是根据外部编译器的类型、软件位置对M编译器进行设置；二是利用MATLAB提供的标准文件对用户设置加以验证。,1.对MATLAB编译器应用程序mex的配置,启动配置：在MATLAB指令窗口运行mex-setup 命令mex-setup,Select a compiler:1 Lcc C version 2.4 in C:MATLAB6P5syslcc 2 Microsoft Visual C/C+version 6.0 in D:Program FilesMicrosoft Visual Studio 0 None Compiler:2,The default options file:D:Documents and SettingsslluApplication DataMathWorksMATLABR13mexopts.bat is being updated from C:MATLAB6P5BINWIN32mexoptsmsvc60opts.bat.Installing the MATLAB Visual Studio add-in.Updated D:Program FilesMicrosoft Visual Studiocommonmsdev98templateMATLABWizard.awx from C:MATLAB6P5BINWIN32MATLABWizard.awx,5,2.验证配置的正确性,验证分两步进行：首先验证mex命令是否可以将C源码转换成MEX文件；然后再验证mcc命令是否可以将M文件转换成MEX文件。mcc命令可以在M文件转换成C源码后，自动调用mex命令，将C源码转换成MEX文件。,利用MATLAB自带的yprime.c和yprime.m来验证mex和mcc命令。,mex my_yprime.c%由my_yprime.c文件生成my_yprime.dll文件my_yprime(1,1:4)%运行my_yprime.dll文件ans=2.0000 8.9685 4.000-1.0947,（1）验证mex应用程序 先将externexamplemex目录下的yprime.c文件复制到自己的目录下，并改名为my_yprime.c。,which my_yprime%获得my_yprime.dll文件的位置信息D:Documents and SettingsslluMy DocumentsMATLABMYFILEmexmy_yprime.dll,clear my_yprime.dll%删除my_yprime.dll文件,（2）验证mcc应用程序,先将externexamplemex目录下的yprime.m文件复制到自己的目录下，并改名为my_yprime_m.m。,6,mcc-x my_yprime_mmy_yprime_m(1,1:4)ans=2.0000 8.9685 4.000-1.0947,which my_yprime_mD:Documents and SettingsslluMy DocumentsMATLABMYFILEmexmy_yprime_m.dll,9.2.2 为产生独立外部应用程序进行预配置,要实现从M文件到独立外部应用程序的转换，也必须先对MATLAB编译器进行正确设置。预配置包括两个过程：一是根据外部编译器的类型、软件位置对MATLAB编译器进行设置，同时对MATLAB C数学函数库进行选择；二是利用MATLAB提供的标准文件对用户设置加以验证。,1.对MATLAB编译器应用程序mbuild的配置,启动配置：在MATLAB指令窗口运行mbuild-setup 命令mbuild-setup,Select a compiler:1 Lcc C version 2.4 in C:MATLAB6P5syslcc 2 Microsoft Visual C/C+version 6.0 in D:Program FilesMicrosoft Visual Studio 0 None Compiler:2 The default options file:D:Documents and SettingsslluApplication DataMathWorksMATLABR13compopts.bat is being updated from C:MATLAB6P5BINWIN32mbuildoptsmsvc60compp.bat.,7,2.验证配置的正确性,验证分两步进行：首先验证mbuild命令是否可以将C源码转换成EXE文件；然后再验证mcc命令是否可以将M文件转换成EXE文件。mcc命令可以在M文件转换成C源码后，自动调用mbuild命令，将C源码转换成EXE文件。,利用MATLAB自带的ex1.c和hello.m来验证mbuild和mcc命令。,（1）验证mex应用程序 先将externexamplecmath目录下的ex1.c文件复制到自己的目录下，并改名为my_ex1.c。,mbuild my_ex1.c%生成my_ex1.exe文件在Windows的DOS窗口运行my_ex1.exe文件查看其正确性。,（2）验证mcc应用程序,先将externexamplecompiler目录下的hello.m文件复制到自己的目录下，并改名为my_hello.m。,mcc-p my_hello.m在Windows的DOS窗口运行my_hello.exe文件查看其正确性。,D:Documents and SettingsslluMy DocumentsMATLABMYFILEmexmy_ex1,1 3 5 2 4 6 1.0000+7.0000i 4.0000+10.0000i 2.0000+8.0000i 5.0000+11.0000i 3.0000+9.0000i 6.0000+12.0000i,D:Documents and SettingsslluMy DocumentsMATLABMYFILEmexmy_ex1Hello,World,8,9.3 创建MEX文件,创建MEX文件有两种方法：利用C源码编辑器编写C语言MEX文件，经过mex命令编译链接得到MEX文件。利用M文件编辑器编写M函数文件，经过mcc命令编译链接得到MEX文件。,MEX文件的优点：运行速度快，利用C代码实现循环体要比MATLAB快很多；对于已存在的C或FORTRAN子程序，可以通过MEX文件在MATLAB环境中直接调用，而不必重新编写M文件；对于A/D、D/A卡，或其它PC硬件，可以直接用MEX文件进行访问；利用MEX文件，可以使用如Windows用户图形界面等资源。,9.3.1 C语言MEX文件的构成,程序的构成主要由入口子程序和计算功能子程序两部分组成。,void mexFunction(int nlhs,mxArray*plhs,int nrhs,const mxArray*prhs)/*用来完成MATLAB与计算子程序之间通信任务的代码*/,(1)入口子程序 入口子程序必须是mexFunction，其构成形式为：,mexFunction函数的参数含义为：nrhs：为输入参数的数目。prhs：为输入参数数组，是指针数组。nlhs：为输出参数的数目。plhs：为输出参数数组，是指针数组。,9,入口子程序的作用是在MATLAB系统与被调用的外部子程序之间建立通信联系。,(2)计算功能子程序 计算功能子程序包含所有的实际需要完成的功能源代码，可以是用户以前所编写的算法和程序，以函数的形式存在。,C语言MEX文件必须包含mex.h库：include”mex.h”。mex.h库中包含了C语言MEX文件所需要的mex-函数和matrix.h库（定义了mx-函数）。mex-和mx-函数是MATLAB提供与外界程序接口的函数。mx-函数用来实现MATLAB的矩阵操作；mex-函数用来实现从MATLAB环境中获取矩阵数据并返回信息。,9.3.2 C语言MEX文件的建立,timestwo.c#include mex.h“/*计算功能子程序timestwo，计算一个数的两倍*/void timestwo(double y,double x)y0=2.0*x0;/*入口子程序mexFunction*/void mexFunction(int nlhs,mxArray*plhs,int nrhs,const mxArray*prhs)double*x,*y;int mrows,ncols;,10,/*检查输入输出参数*/if(nrhs!=1)mexErrMsgTxt(One input required.);else if(nlhs1)mexErrMsgTxt(Too many output arguments);/*输入只能是一个双精度型的实数*/mrows=mxGetM(prhs0);ncols=mxGetN(prhs0);if(!mxIsDouble(prhs0)|mxIsComplex(prhs0)|!(mrows=1,在MATLAB命令窗口运行mex timestwo.cy=timestwo(3),y=6,11,9.3.3 由M文件创建C MEX文件,M脚本文件不能编译成MEX文件，必须把M脚本文件改写M函数文件才能进行编译。利用MATLAB编译器来由M函数文件创建MEX文件，使用“mcc x”命令。,%circle.mfunction circle(x,y,r,varargin)if nargin3 flag=varargin1;endif flag fill(x1*r+x,y1*r+y,b)endaxis square;,在MATLAB命令窗口运行mcc x circle.mcircle,circle(1,1,2,1),12,9.4 创建独立的外部程序EXE文件,MEX文件只能在MATLAB环境中运行；而EXE文件可以独立于MATLAB环境运行。,用来创建独立应用程序的源代码可以是M文件、C语言文件或者这些文件的组合。不管是哪一种文件格式，都应该包含有主函数，如C语言的main函数。,得到的exe文件如果要正常运行，需要下列文件：mbuild编译得到的bin目录下的所有文件；所调用的MEX文件；MATLAB提供的数学库；MATLAB提供的图形库。,mcc指令的典型调用格式（可以利用mcc-?或help mcc查询帮助）：mcc-x filename1 filename2 由M函数文件得到MEX文件filename1.dllmcc-m filename 由不包含绘图指令的M文件得到可执行的exe文件(c)3.mcc-p filename 由不包含绘图指令的M文件得到可执行的exe文件(c+)4.mcc-B sgl filename 由含绘图指令的M文件得到可执行的exe文件(c)5.mcc-B sglcpp filename 由包含绘图指令的M文件得到可执行的exe文件(c+独立应用程序),注意：“”与mcc之间必须有空格！,13,main.m mrank.m%main.m function mainr=mrank(5)%mrank.mfunction r=mrank(n)%向量r的每一个元素代表了一个魔方方阵的秩r=zeros(n,1);for k=1:n r(k)=rank(magic(k);end,在MATLAB指令窗口运行命令mcc-m main mrank%由M文件生成exe文件,在Windows的DOS窗口运行,D:Documents and SettingsslluMy DocumentsMATLABMYFILEmexmainr=1 2 3 3 5,14,circle_main.m circle_fun.m%circle_main.mfunction circle_maincircle_fun(1,1,2,1)%circle_fun.mfunction circle_fun(x,y,r,varargin)if nargin3 flag=varargin1;endif flag fill(x1*r+x,y1*r+y,b)endaxis square;,在MATLAB指令窗口运行命令mcc B sgl circle_main,在DOS窗口运行：D:Documents and SettingsslluMy DocumentsMATLABMYFILEmexcircle_main,15,9.5 Notebook,Notebook（笔记本）是MATLAB与Microsoft Word的完美结合，使用户能在Word环境下灵活地使用MATLAB的数学运算和可视化功能，营造一个融文字处理、科学计算、工程设计于一体地工作环境。,9.5.1 Notebook的安装,启动MATLAB后，在命令窗口中运行指令note-setup根据自己计算机所用Word的版本等，在提示下操作，直到出现“Notebook setup is complete”,则表示安装结束。,9.5.2 Notebook的启动,1.创建M-book文件,(1)从Word中启动Notebook,选择Word窗口的菜单“文件”“新建”，在出现的对话框中，选择“m-book”，则出现如图所示的新建对话框，选择“m-book”图标，按“确定”按钮。当保存文件时，默认的文件名为“The MATLAB Notebook v1.doc”。,16,(2)从MATLAB中启动Notebook,在MATLAB命令窗口输入“notebook”命令，就可以启动Notebook。notebook打开一个新的M-book文档notebook FileName打开已存在的M-book文件 FileName应包括文件的完整路径和文件名。,2.M-book的界面,M-book的界面比普通的Word多一个“Notebook”菜单。,9.5.3 Notebook的使用,1.输入细胞（群）的创建和运行,在Notebook中，凡参与Word和MATLAB之间信息交换的部分，就称为”细胞（群）“。,(1)只创建不运行输入细胞（群）,在英文状态下按普通的文本输入方式，输入MATLAB命令，可以是独立行或嵌在文本中，然后用光标选中，按组合键“Alt-D”，或选择菜单“Notebook”“Define Input Cell”，则所选中的文本形式命令就变成了输入细胞。,(2)创建并同时运行输入细胞 在英文状态下按普通的文本输入方式，输入MATLAB命令，然后用光标选中，按组合键“Ctrl-Enter”，或选择菜单“Notebook”“Evaluate Cell”，则所选中的文本形式命令就会自动变成输入细胞，并得出运算结果，即输出细胞。,17,2.自初始化细胞及其应用,自初始化细胞（AutoInit Cell）与输入细胞唯一不同是：自初始化细胞会在用户启动Notebook时被自动送去运算，而输入细胞则不具备这种功能。,创建自初始细胞的方法是先将文本形式的MATLAB命令或已存在的输入细胞用光标选中，然后选择菜单“Notebook”“Define AutoInit Cell”，则选中的文本形式MATLAB命令就会自动变成AutoInit 格式。,3.输出细胞,输出细胞是MATLAB的输出结果，包括数据、图形和出错信息。输出数据的有效数字、图形的大小都可以借助“Notebook”“Notebook Options”菜单项打开的对话框进行设置。,（1）自初始化细胞的创建,为了避免其它文件或命令窗口中变量的改变影响该文件，保证文件输入输出数据的一致性，可以用“clear”命令作为该文件的第一个自初始化细胞。,（2）工作内存的初始化,4.计算区,计算区（Calc Zone)是一个由文本、输入细胞和输出细胞组成的连续区，用于实现某个具体的问题。创建计算区的方法是：先选定一个包含文本、输入细胞和输出细胞的连续区，然后选择菜单“Notebook”“Define Calc Zone”；要运行计算区，可将光标置于计算区的任何位置，然后选择菜单“Notebook”“Evaluate Calc Zone”。,18,5.取消定义细胞（群）,取消定义细胞的方法是，先选定细胞，然后选择菜单“Notebook”“Undefine Cells”，或当光标置于单元中时按“Alt-U”按钮，则该细胞就变成“Normal”样式的文本。,6.整个M-book文件的运行,菜单“Notebook”“Evaluate M-book”是运行整个M-book文件，即把文档中所有输入细胞送到MATLAB中去运行。,7.删除M-book文件所有选中的输出单元,当在撰写报告或布置作业时，如果需要删除所有的输出细胞，可以选择菜单“Notebook”“Purge Selected output Cells”，则会删除选中的所有输出细胞。,9.5.4 细胞的样式,与其它Word模板一样，M-book模板通过”样式“确定细胞的字体、字号和字色。,用户可通过【格式：样式】菜单打开的对话框进行修改。,19,小结1）了解MATLAB编译器的功能，利用编译器可以实现与C语言文件之间的交互，得到脱离MATLAB空间运行的独立执行程序。2）掌握mex、mbuild、mcc三个命令的含义及其完成的操作。mex指令将C文件转换成MEX文件；mbuild指令将C文件转换成独立执行程序；mcc指令将M函数文件转换成C文件，并且可以调用mex、mbuild来生成MEX或独立执行文件。Windows下MEX文件的后缀为.dll，可执行文件后缀为.exe。3）熟悉Notebook的安装和使用。,