MATLAB+C语言：科研项目的高效搭档

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@小白创作中心

MATLAB+C语言：科研项目的高效搭档

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来源

https://m.blog.csdn.net/weixin_29466397/article/details/115828038

https://blog.csdn.net/baidu_40840693/article/details/105158288

https://cn.mathworks.com/help/optim/ug/optim.problemdef.optimizationproblem.optimproblem.html

https://www.cnblogs.com/arxive/articles/5928957.html

https://www.cnblogs.com/jalps/articles/4008185.html

https://hpc.dlut.edu.cn/info/1052/1131.htm

https://m.ibm.com/docs/zh/icos/12.9.0?topic=matlab-using-cplex

在科研项目中，MATLAB以其强大的数据处理能力和丰富的工具箱成为科学家们的首选工具之一。然而，为了进一步提升程序性能和降低成本，许多研究人员开始探索将MATLAB与C语言集成的方法。通过使用MATLAB的MEX接口，可以编写高效的C或C++函数并在MATLAB环境中直接调用，从而充分发挥两种语言的优势。这种结合不仅提高了科研项目的执行效率，还为跨平台开发提供了更多可能性。掌握这一跨界技能，你将在复杂项目中游刃有余。

一、MEX接口基础

MEX（MATLAB EXecutable）接口是MATLAB提供的一种机制，允许用户在MATLAB环境中调用用C、C++或Fortran编写的外部函数。通过MEX接口，可以将计算密集型任务转移到C语言中实现，从而获得更高的执行效率。

MEX函数本质上是一个动态链接库（.mexw64或.mexa64），它包含了用C或C++编写的函数。在MATLAB中调用MEX函数时，MATLAB会加载这个动态链接库并执行其中的函数。MEX函数可以访问MATLAB的工作空间，读取和修改变量，就像普通的MATLAB函数一样。

二、MEX函数开发步骤

开发MEX函数通常需要以下几个步骤：

编写C/C++代码：首先需要编写C或C++代码，实现所需的功能。在代码中需要包含mex.h头文件，并定义mexFunction接口函数。
编译生成MEX文件：使用MATLAB提供的mex命令或MEX构建工具链，将C/C++代码编译成MEX文件。
在MATLAB中调用：编译成功后，可以在MATLAB中像调用普通函数一样调用MEX函数。

下面是一个简单的MEX函数示例，展示了如何处理MATLAB矩阵数据：

#include <matrix.h>
#include <mex.h>

void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
{
    // 声明变量
    mxArray *a_in_m, *b_in_m, *c_out_m, *d_out_m;
    const mwSize *dims;
    double *a, *b, *c, *d;
    int dimx, dimy, numdims;
    int i,j;

    // 关联输入
    a_in_m = mxDuplicateArray(prhs[0]);
    b_in_m = mxDuplicateArray(prhs[1]);

    // 获取维度信息
    dims = mxGetDimensions(prhs[0]);
    numdims = mxGetNumberOfDimensions(prhs[0]);
    dimy = (int)dims[0]; dimx = (int)dims[1];

    // 创建输出矩阵
    c_out_m = plhs[0] = mxCreateDoubleMatrix(dimy,dimx,mxREAL);
    d_out_m = plhs[1] = mxCreateDoubleMatrix(dimy,dimx,mxREAL);

    // 获取数据指针
    a = mxGetPr(a_in_m);
    b = mxGetPr(b_in_m);
    c = mxGetPr(c_out_m);
    d = mxGetPr(d_out_m);

    // 执行计算
    for(i=0;i<dimx;i++)
    {
        for(j=0;j<dimy;j++)
        {
            mexPrintf("element[%d][%d] = %f\n",j,i,a[i*dimy+j]);
            c[i*dimy+j] = a[i*dimy+j]+5; // 给每个元素加5
            d[i*dimy+j] = b[i*dimy+j]*b[i*dimy+j]; // 计算平方
        }
    }
}

在这个示例中，我们定义了一个MEX函数，它接受两个矩阵作为输入，分别对它们进行加法和乘法运算，并将结果输出为两个新的矩阵。通过这个例子，我们可以看到如何使用mxCreateDoubleMatrix创建矩阵，如何使用mxGetPr获取数据指针，以及如何使用线性索引访问矩阵元素。