第章应用程序接口.pptVIP

第20章 应用程序接口 作为一款优秀的工程计算软件，MATLAB不仅拥有强大的功能和友好的界面支持，还具有很好的开放性、可扩展性，主要表现在：丰富的工具箱（Toolbox）资源可以适应各学科、各领域的需要，并且用户可以创建自己的工具箱；广泛的应用程序接口（API），能够与外部应用程序实现 “无缝”结合等。 本章针对MATLAB的C、FORTRN应用程序接口，主要介绍以下几方面内容： C/FORTRAN语言中的MATLAB数据结构mxArray； MATLAB利用MEX文件调用C/FORTRAN函数； C/FORTRAN通过MATLAB引擎（Engine）调用MATLAB函数； 创建能够读写MAT文件的C程序，实现C与MATLAB的数据通信。 20.1 mxArray数据结构 数组是MATLAB程序基本的数据组织形式，也是大部分MATLAB运算的基本运算单位。MATLAB中数组与C/FORTRAN中数组的存储方式是不同的，而且MATLAB和C/FORTRAN对基本数据类型，如双精度类型浮点数、整数类型、字符类型等的定义也是不同的。为了能够在C中表示MATLAB数据结构，MATLAB提供了一种特殊的C语言结构——mxArray。本节首先简要介绍MATLAB和C/FORTRAN中数组存储方式的不同，然后详细讨论mxArray数据结构及相关的操作函数——mx函数。 20.1.1 MATLAB和C/FORTRAN中的数组 数组是MATLAB数据组织的基本形式，这里首先要澄清两个概念，即数据类型和数据结构。MATLAB的数据类型，诸如整型、浮点型、逻辑型等都是数值类型；另外还有字符、字符串、对象等非数值类型。数据结构是指数据元素的组织方式，基本的有数组，另外还有元胞、构架等复杂数据结构，每个数据元素都有对应的数据类型。 MATLAB按列主序组织数组中的数据元素，例如对一个3阶魔术矩阵A，在MATLAB命令窗口输入以下代码。 a=magic(3) 运行结果如下。 a = 8 1 6 3 5 7 4 9 2 20.1.2 mxArray mxArray是一种C语言结构体，该结构体的定义在Matrix.h中，下面列出了mxArray定义相关的代码： mxArray结构体由很多字段组成，这些字段保存了MATLAB数据的所有信息： 数据类型； 数组维数； 数组大小，行数、列数； 数据主体； 如果是数值对象，则保存数据是实数还是复数； 如果是稀疏矩阵，则保存矩阵中非零元素的个数和索引。 20.1.3 mx函数 为了方便mxArray数据对象的操作，MATLAB专门提供了一组mxArray数据操作函数，即mx函数。利用mx函数可以创建和访问mxArray数据对象，本小节首先介绍几类主要mxArray数据对象的创建，其间会涉及相应mxArray数据对象的访问和赋值操作，随后讨论了mxArray数据对象相关的内存操作。 下面对两类常用的mxArray数据对象的创建及相关的访问、赋值操作进行详细介绍，这两类mxArray数据对象是： 数值数组； 逻辑数组。 20.2 C/FORTRAN MEX C/FORTRAN语言应用于工程、科学等领域具有较长的历史，积累了大量可用的代码，通过MEX文件，可以直接将这些已有的C/FORTRAN代码集成到MATLAB应用中，而且能够弥补MATLAB本身的一些不足，如对计算机低层硬件的操作、网络操作等。 本节首先简要介绍C MEX文件的结构，为了创建C MEX文件，需要对MATLAB 编译器作相关的设置——MEX配置，20.2.3和20.2.4分别以示例的形式讨论了C MEX和FORTRAN MEX的创建方法。 注意：MEX是MATLAB Compiler 3等早期MATLAB编译器的功能，MATLAB 7.0的编译器（MATLAB Compiler 4）已不能支持MEX文件。 20.2.1 MEX文件简介 MEX即为MATLAB和Executable的缩写，一般地，MEX文件由C语言或FORTRAN语言开发，经过编译后可以被MATLAB直接调用。在使用上MEX文件与M文件相似，但比M文件具有更高的执行优先级。利用MEX文件，用户可以完成： 在MATLAB直接使用已有的C/FORTRAN代码； 隐藏算法的细节； 利用C语言对低层硬件进行操作，扩展MATLAB的能力。 20.2.2 配置MEX MEX文件一般由C/FORTRAN语言开发，然后利用MATLAB Compiler将C/FORTRAN源代码编译为MEX文件。为此需要对MATLAB Compiler作相应的配置，配置过程与本书第19章的mbuild配置相似，即是选择合适的C/