3-5 嚙踝蕭嚙踝蕭嚙踝蕭嚙踝蕭嚙踝蕭嚙踝蕭嚙踝蕭嚙踝蕭嚙踝蕭嚙踝蕭嚙?MEX 嚙踝蕭嚙踝蕭嚙踝蕭嚙踝蕭嚙踝蕭嚙踝蕭

本節將介紹兩個範例，以便對二維矩陣進行處理，

第一個範例是 arrayx2.c，可將輸入二維矩陣（可能包含實部和虛部）乘以 2，其內容如下：

原始檔（03-應用程式介面/arrayx2.c）：

（灰色區域按兩下即可拷貝）

/* 此函式為 MATLAB 的 MEX 檔案，其輸入為一個向量，輸出則為2乘以此向量。 */

#include "mex.h"	/* mex.h 包含 mxArray 結構的定義，以及其他相關資訊 */

/* prhs = pointer to the right-hand-side arguments，即指向輸入變數列的指標 */
/* prls = pointer to the  left-hand-side arguments，即指向輸出變數列的指標 */
#define IN  prhs[0]	/* 定義 IN  為此函式的第一個輸入變數，以便後續取用 */
#define OUT plhs[0]	/* 定義 OUT 為此函式的第一個輸出變數，以便後續取用 */

/* 此函式的功能為將向量 x 的每一個元素乘以2，再將結果送到 y 向量。 */
/* 此函式將會被 mexFunction 所呼叫。 */
void timestwo(double y[], double x[], int length) {
	int i;
	for (i=0; i<length; i++)
		y[i] = 2.0*x[i];
}

/* 此函式為和 MATLAB 溝通的主要函式 */
void mexFunction( int nlhs, mxArray *plhs[],
                  int nrhs, const mxArray *prhs[] ) {
	double *xr, *xi, *yr, *yi;
	int length = mxGetM(IN)*mxGetN(IN);
  
	/* 檢查輸出和輸入變數個數是否都是1，其中		  */
	/* nrhs = no. of right-hand-side arguments（輸入變數個數）*/
	/* nlhs = no. of  left-hand-side arguments（輸出變數個數）*/
	if(nrhs!=1)	/* 檢查輸入變數個數是否是1 */
		mexErrMsgTxt("One input required.");
	if(nlhs>1)	/* 檢查輸出變數個數是否是1 */
		mexErrMsgTxt("Too many output arguments");
  
	/* 檢查輸入變數是否合格 */
	if(!mxIsDouble(IN))		/* 檢查輸入變數是否為 double */
		mexErrMsgTxt("Input must be a double.");
  
	/* 配置記憶體給輸出變數 */
	OUT = mxCreateDoubleMatrix(mxGetM(IN), mxGetN(IN), mxCOMPLEX);
  
	/* 取得輸入和輸出變數的實部指標 */
	xr = mxGetPr(IN);
	yr = mxGetPr(OUT);
	/* 取得輸入和輸出變數的虛部指標 */
	if (mxIsComplex(IN)) {
		xi = mxGetPi(IN);
		yi = mxGetPi(OUT);
	}
  
	/* 執行實際的運算：將輸入向量的實部乘以2 */
	timestwo(yr, xr, length);
	/* 執行實際的運算：將輸入向量的虛部乘以2 */
	if (mxIsComplex(IN))
		timestwo(yi, xi, length);
}

Hint

由於所有的陣列在 MATLAB 內部都表示成一個長向量（例如，對二為矩陣來說，就是一個由各個行向量所串接而成的長向量），因此在上述範例中，我們可由 length = mxGetM(IN)*mxGetN(IN) 來取得此長向量的長度。

接著，我們可以編譯以上程式：

>> mex arrayx2.c

欲確認可執行檔的存在，可輸入如下：

>> which arrayx2 D:\matlabBook\MATLAB程式設計：進階篇\03-應用程式介面\arrayx2.mexw64

欲進行測試，可輸入如下：

>> arrayx2([1 2 3]) ans = 2 4 6 >> arrayx2([1+i 2+2i 3+3i; 4 5 6]) ans = 2.0000 + 2.0000i 4.0000 + 4.0000i 6.0000 + 6.0000i 8.0000 10.0000 12.0000 >> arrayx2('Test string') ??? Input must be a double. 本節的第二個 MEX 範例是 pairdist.c（檔名為「pairwise distance」的簡稱），可接受兩個輸入矩陣 A 和 B，矩陣的大小分別是 p×m 及 p×n，此兩個矩陣分別代表由 m 個直行向量及 n 個直行向量所形成的集合，而每一個向量的長度都是 p。此 MEX 檔案傳回一個距離矩陣 C，其中 C(i, j)為向量 A(:, i) 和向量 B(:, j) 的矩離。

Hint

對於大量資料的處理，一般的慣例都是將各個向量以直行向量的方式堆成一個矩陣，再進行各種處理。

pairdist.c 的程式碼如下：

原始檔（03-應用程式介面/pairdist.c）：

（灰色區域按兩下即可拷貝）

#include <math.h>
#include "mex.h"	/* mex.h 包含 mxArray 結構的定義，以及其他相關資訊 */

/* prhs = pointer to the right-hand-side arguments，即指向輸入變數列的指標 */
/* prls = pointer to the  left-hand-side arguments，即指向輸出變數列的指標 */
#define	MAT1 prhs[0]	/* 定義 MAT1 為此函數的第一個輸入變數，以便後續取用 */
#define	MAT2 prhs[1]	/* 定義 MAT1 為此函數的第二個輸入變數，以便後續取用 */
#define	OUT  plhs[0]	/* 定義 OUT  為此函數的第一個輸出變數，以便後續取用 */

/* 此函數為和 MATLAB 溝通的主要函數 */
void mexFunction(
	int nlhs,	mxArray *plhs[],
	int nrhs, const mxArray *prhs[]) {
	double	*out, *mat1, *mat2, squareSum;
	int m, p, n, p2, i, j, k;

	/* 檢查輸出變數個數是否為2、輸入變數個數是否為1，其中	  */
	/* nrhs = no. of right-hand-side arguments（輸入變數個數）*/
	/* nlhs = no. of  left-hand-side arguments（輸出變數個數）*/
	if (nrhs!=2)
		mexErrMsgTxt("PAIRDIST requires two input arguments.");

	/* 檢查維度是否符合要求 */
	p  = mxGetM(MAT1);
	m  = mxGetN(MAT1);
	p2  = mxGetM(MAT2);
	n = mxGetN(MAT2);
	if (p != p2)
		mexErrMsgTxt("Matrix sizes mismatch!");

	/* 檢查輸入變數資料型態是否符合要求 */
	if (!mxIsNumeric(MAT1) || mxIsSparse(MAT1)  || !mxIsDouble(MAT1))
		mexErrMsgTxt("Input 1 is not a full numerical array!");
	if (!mxIsNumeric(MAT2) || mxIsSparse(MAT2)  || !mxIsDouble(MAT2))
		mexErrMsgTxt("Input 2 is not a full numerical array!");

	/* 配置記憶體給輸出變數 */
	OUT = mxCreateDoubleMatrix(m, n, mxREAL);

	/* 取得輸入和輸出變數的實部指標 */
	out = mxGetPr(OUT);
	mat1 = mxGetPr(MAT1);
	mat2 = mxGetPr(MAT2);

	/* 實際計算部份 */
	/* MAT1(i+1, j+1) 的值是 mat1[j*m+i] */
	/* MAT2(i+1, j+1) 的值是 mat2[j*n+i] */
	/*  OUT(i+1, j+1) 的值是  out[j*m+i] */

	for (i=0; i<m; i++)
		for (j=0; j<n; j++) {
			squareSum = 0;
			for (k=0; k<p; k++)
				squareSum += pow(mat1[i*p+k]-mat2[j*p+k], 2.0);
			out[j*m+i] = sqrt(squareSum);
		}
}

Hint

• 在上述範例中，請特別注意矩陣的索引，若使用 0-based indexing，則 MATLAB 矩陣 OUT(i+1, j+1) 所對應的元素值是 out[j*m+i]。
• 因為距離矩陣是對稱的，因此若考慮計算效能，對角線以下的元素可以直接拷貝對角線以上的元素，而不必重算一遍。

接著，我們可以對以上程式進行編譯：

>> mex pairdist.c 編譯完此程式後，可測試如下： >> which pairdist D:\matlabBook\MATLAB程式設計：進階篇\03-應用程式介面\pairdist.mexw64 >> pairdist([2 3], [2 3 4]) ans = 0 1 2 1 0 1 >> A = rand(2, 3); >> B = rand(2, 4); >> C = pairdist(A, B) C = 0.5104 0.9806 0.4544 0.5649 0.3562 0.2347 0.5911 0.2628 0.2101 0.5891 0.2675 0.1639 >> pairdist('string1', 'string2') ??? Input 1 is not a full numerical array! 本節所介紹的範例，均是對二維矩陣進行處理，其它更複雜的範例，可見 MATLAB API 的相關手冊。

---

MATLAB程式設計：進階篇