3-2 g MATLAB Is C ヾGem

首先，為什麼要撰寫一個 C 函數來讓 MATLAB 呼叫呢？我們可以將可能的原因列舉如下：

  1. 用 MATLAB 編寫的程式碼可能執行效率不佳，因此我們希望能以 C 程式碼來改進。這種種情況可能發生在MATLAB的 JIT 加速器無法有效地加速您的程式碼，或是您的演算法無法改成向量化的程式碼。
  2. 您希望使用 MATLAB 來進行繪圖以顯示 C 程式碼的效果，同時也希望此 C 程式碼可以用在原來的應用程式以及 MATLAB，達到「一魚兩吃」的效果。
  3. 您希望隱藏您的程式碼，以保護智慧財產權。C 的原始碼經編譯後，已變成二進位碼，雖然 MATLAB 能夠呼叫它，但是其他使用者已經無法看到原始程式碼了。（使用 pcode 命令，也可以達到同樣的功能。）
  4. 在轉換至 MATLAB 之前，您已經有很多可正確工作的 C 程式碼，但您不想將它們全部改寫成 MATLAB 程式碼，只希望能在 MATLAB 的環境下呼叫這些 C 程式碼。
  5. 您想要進行其它任何只有在 C 程式能做到的事，例如：
    • 更改呼叫端之工作空間的變數。
    • 須產生常駐記憶體（Persistent Memory）的資料，亦即產生在函數結束後，仍能讓其它函數或 MATLAB 存取的資料結構或變數。
    • 串接埠（Serial Port）資料的傳送和接收。
    • Device Drivers 等。

Hint
使用 pcode 指令，也可以將一般 M 檔案轉換成二進制檔案，達到隱藏原始程式碼的功能，但是此方法並無法大幅提高程式碼的執行效率。

在以下的介紹中，作者用的電腦作業平台是微軟公司的 64-bit Windows 7，所用的 C 編譯器是微軟公司的 Visual C/C++，如果讀者使用的電腦作業平台或編譯器和作者用的不同，可能實際步驟就會略有差異，此時讀者就可以參考第一節所提到的 API 手冊。

在撰寫 C 函數之前，首先必須選擇一個 C 編譯器來編譯將來完成的 C 函數，做法很簡單，就是直接在 MATLAB 指令視窗內輸入「mex -setup」，讓您選擇已安裝在電腦上的 C 編譯器：

>> mex -setup Welcome to mex -setup. This utility will help you set up a default compiler. For a list of supported compilers, see http://www.mathworks.com/support/compilers/R2011a/win64.html Please choose your compiler for building MEX-files: Would you like mex to locate installed compilers [y]/n? 接著，可以直接按下 「Enter」 鍵，此時會畫面出現的文字如下： Select a compiler: [1] Microsoft Visual C++ 2010 in C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio 10.0 [2] Microsoft Visual C++ 2008 SP1 in c:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio 9.0 [0] None Compiler: 如前述及，筆者選用的 C 編譯器是微軟公司的 Visual C/C++，所以接著輸入「1」後，再按「Enter」鍵確認，即完成設定。

如果 DOS 視窗並無顯示可供選擇的 C 編譯器，那就表示電腦尚未安裝 C 編譯器，此時就必須先安裝 C 編譯器（例如：Microsoft Visual C/C++、Watcom C/C++、Borland C 等）才能進行下一步的測試。

如果現在已完成上述選擇 C 編譯器的程序， 下一步就可以測試 C 程式的編譯。MATLAB 有一個現成的 C 程式碼 yprime.c，其位置在：

{MATLAB root}\extern\examples\mex\yprime.c

其中 {MATLAB root} 是 MATLAB 的安裝目錄，如果你不知道此目錄名稱，可以在 MATLAB 命令視窗輸入 matlabroot，就可以顯示此安裝目錄。

在測試編譯之前，必須先將此檔案 yprime.c 拷貝至目前目錄，才可進行測試：

>> cd D:\matlabBook\MATLAB程式設計：進階篇\03-應用程式介面 >> copyfile([matlabroot, '\extern\examples\mex\yprime.c']) （若在執行 copyfile 指令時產生錯誤訊息，通常表示目前目錄下已經有 yprime.c 檔案。）此時此檔案應該已經在目前目錄下，我們就可以在 MATLAB 指令視窗，輸入下列敘述來編譯此 C 程式： >> mex yprime.c 此時 MATLAB 即會呼叫 Visual C/C++（先前所選的 C 編譯器）來編譯 yprime.c。若無任何錯誤訊息，在編譯完成之後，C 編譯器會產生對應的可執行檔案，檔名可能是 yprime.mexw32 或 yprime.mexw64，此即為 MATLAB 可呼叫的 C 函數。

Hint
在 MATLAB 7.1 之前，所產生的檔案是 yprime.dll，但從 MATLAB 7.1（含）之後，所產生的檔案是 yprime.mexw32（32-bit 視窗平台）或 yprime.mexw64（64-bit 視窗平台）。

欲知此函數所在的位置，可輸入如下：

>> which yprime D:\matlabBook\MATLAB程式設計：進階篇\03-應用程式介面\yprime.mexw64 （上述結果是根據 64-bit Windows 7、MATLAB R2011a）。亦可測試其執行如下： >> yprime(1, 1:4) ans = 2.0000 8.9685 4.0000 -1.0947 此種「 MATLAB 可呼叫的可執行檔」通稱為「MEX 檔案」，這是因為在其它電腦平台上，大部份都以 mex 為此編譯後的可執行檔副檔名的一部份，茲列表如下：

平台MEX 檔案的副檔名
Sun OS 4. xmex4
HP 9000/series 700mexhp7
Alphamexds
SGImexsg
SGI 64mexsg64
IBM RS/6000mexrs6
Linux (32-bit)mexglx
Linux (64-bit)mexa64
64-bit Solaris SPARCmexs64
Microsoft Windows (32-bit)dll（MATLAB7.1前），mexw32（MATLAB 7.1或更新）
Microsoft Windows (64-bit)dll（MATLAB7.1前），mexw64（MATLAB 7.1或更新）
Macintosh (PPC)mexmac
Macintosh (Intel)mexmaci

如果您已經設定完成 C 編譯器的設定，而且可以編譯 yprime.c，那麼我們就可以開始編寫各式各樣功能強大的 MEX 檔案了！

MATLAB程式設計：進階篇