在MATLAB环境下访问外部函数的共享库文件

在MATLAB环境下访问外部函数的共享库文件，必须首先把该库文件加载到内存中。一旦加载成功，就能直接在MATLAB中直接请求关于函数的任何信息。而当不再需要该库时，就应当及时把库文件从内存中卸载以节省内存开销。加载库语法：loadlibrary(‘shrlib’,’hfile’)其中shrlib为加载的动态链接库文件名(filename.dll)，hfile为头文件名，它包含函数原型。例如，当加载包含MATLAB中mx程序的libmx库时，可以使用下列语句。hfile=[matlabroot’\extern\include\matrix.h’];loadlibray(‘libmx’,hfile)卸载库语法：unloadlibrarylibmx使用两个函数可以获取加载库的信息：libfunctions(‘libname’)orlibfunctionslibnamelibfunctionsview(‘libname’)orlibfunctionsviewlibname这两个函数的不同之处在于显示结果的方式不同，后者是以图形的方式显示在新的窗口中。而前者返回库libmx中有哪些可用的函数。请看示例：libfunctionslibmxMethodsforclasslib.libmx:mxAddFieldmxGetFieldNumbermxIsLogicalScalarTruemxArrayToStringmxGetImagDatamxIsNaNmxCalcSingleSubscriptmxGetInfmxIsNumericmxCallocmxGetIrmxIsObjectmxClearScalarDoubleFlagmxGetJcmxIsOpaquemxCreateCellArraymxGetLogicalsmxIsScalarDoubleFlagSet如果加上命令开头-full，则可以显示函数返回值的细节。libfunctionslibmx-fullMethodsforclasslib.libmx:[mxClassID,MATLABarray]mxGetClassID(MATLABarray)[lib.pointer,MATLABarray]mxGetData(MATLABarray)[MATLABarray,voidPtr]mxSetData(MATLABarray,voidPtr)[lib.pointer,MATLABarray]mxGetPr(MATLABarray)[MATLABarray,doublePtr]mxSetPr(MATLABarray,doublePtr)uint8mxIsFinite(double)uint8mxIsInf(double)值得注意的是，这两个函数返回值的类型均是MATLAB的数据类型，虽然函数是利用C语言编写的。调用库函数一旦库函数被加载到了内存空间，只要指定库名、函数名和变量就可以使用calllib函数调用库中的任何函数了。语法格式：calllib(‘libname’,’funcname’,arg1,…,argn)下列语句显示如何操作：hfile=['C:\MATLAB7\extern\include\matrix.h'];loadlibrary(‘libmx’,hfile);y=rand(4,7,2);%producea3Darray,thereare56elementsinitcalllib(‘libmx’,’mxGetNumberOfElements’,y)ans=56Calllib(‘libmx’,’mxGetClassID’,y)ans=mxDouble_CLASS传递变量当调用外部库里的函数时，该为函数提供哪种类型的变量呢？MATLAB的extern\examples\shrlib\shrlibsample库里对每一种特殊的变量类型都作出了说明。但我们首先必须把该库文件的路径添加到MATLAB的搜索路径中来，或者使该库文件所在的目录成为当前目录，两种做法的命令如下。addpath(‘C:\MATLAB7\extern\examples\shrlib’)cd(‘C:\MATLAB7\extern\examples\shrlib’)下面的例子就是加载该库并显示了其中的一些函数。loadlibraryshrlibsampleshrlibsample.hlibfunctionsshrlibsample–full执行上述两行后，返回：Functionsinlibraryshrlibsample:[double,doublePtr]addDoubleRef(double,doublePtr,double)doubleaddMixedTypes(int16,int32,double)[double,c_structPtr]addStructByRef(c_structPtr)doubleaddStructFields(c_struct)c_structPtrPtrallocateStruct(c_structPtrPtr)voidPtrdeallocateStruct(voidPtr)doublePtrmultDoubleArray(doublePtr,int32)[lib.pointer,doublePtr]multDoubleRef(doublePtr)int16PtrmultiplyShort(int16Ptr,int32)stringreadEnum(Enum1)[string,string]stringToUpper(string)这里所有的函数都是用C语言编写的。一些通用的规则在函数的输入输出变量问题上，以下几点应注意：1.许多变量类型，象int32、double与C语言的数据类型非常相象。这些变量只需要传递MATLAB型的数据就可以了。2.而有些C语言的变量类型，象**double、还有预定义型与标准MATLAB数据类型是完全不同的。这种情况下，有两种选择，要么给外部函数的入参传递标准的MATLAB数据类型，让MATLAB程序自动转化，要么先使用MATLAB提供的转化函数，如libstruct、libpointer自己转化。关于转化，可以参考DataConversion。3.C语言通常可以按形参传递变量，但MATLAB不支持这种做法，不过可以创造MATLABPtr或PtrPtr型的变量，去兼容C语言的形参。4.C语言通常还可以通过形参来返回输入变量的值，而MATLAB需要额外的变量来获得返回值。传递变量的通用规则1.库函数传递形参时，标量不必非得声明。2.如果库函数使用单下标来引用二维矩阵元素时，请记住，C语言是逐行处理矩阵元素，而MATLAB是按列优先处理的。因此迎合C语言的习惯，可以在给MATLAB函数传递变量之前把矩阵进行转置，从函数返回后再转置回来就行了。3.由上可知，当传递的矩阵超过二维时，MATLAB会改变矩阵的行列结构，为了确保矩阵的结构不被破坏，可以事先记录矩阵的结构，在调用结束后利用reshape函数还原即可。例如：vs=size(vin);%supposethedimentionofvectorvinis2-by-5-by2vout=calllib(‘shrlibsample’,’multDoubleArray’,vin,20);%dimentionhavebeenalteredans=210vout=reshape(vout,vs);%Restorethearrayto2-by-5-by-2size(vout)ans=2524.当支持可选参数时，可用一空矩阵来传递一个NULL型参数。这是在变量为Ptr或PtrPtr型时唯一的选择。传参外部库的许多函数是传递形参的，为了能与这些函数交互，MATLAB通常传递一个叫“指针对象”的变量，不过别把它与传参混同了。数据转化在多数情况下，传递给外部库函数或从外部库函数返回的数据类型自动被MATLAB转化，然而，或许你偶尔也希望有些时侯能手动转化:1.当需要传递相同的数据给一系列库函数时，可能手动转化要比让MATLAB自动转化更为明智，更能节省时间。2.当传递大结构的数据时，手动转化数据使之匹配C结构而不是直接采用通用的MATLAB型数据的做法，比直接使用libstruct函数把C结构型的数据转换成MATLAB型数据更能节省内存。3.当外部函数使用超过一层引用（例如，指向指针的指针变量double**）时，用libpointer函数构造一个参数，比直接让MATLAB自动转化数据要好。原始类型共享库接口支持所有标准C数据类型。下表显示了C与MATLAB等价的数据类型。C类型（32位机器）等价MATLAB类型char,byteint8unsignedchar,byteuint8shortint16unsignedshortuint16int,longint32unsignedint,unsignedlonguint32floatsingledoubledoublechar*string(1-by-nchararray)下表显示的lib.pointer类中的数据类型，非MATLAB标准类型C数据类型（32位机器）扩展MATLAB数据类型integerpointertypes(int*)(u)int(size)Ptrfloat*singlePtrdouble*doublePtrmxArray*MATLABarrayvoid*voidPtrtype**sameastypePtrwithanaddedPtr(e.g.,double**isdoublePtrPtr)MATLAB可以自动把转化数据为外部库函数所需要的任何原型数据，这就意味着可以传递一个双精度型数据给一个8位整数型变量。下述C函数接受短整型、整型和双精度型数据：doubleaddMixedTypes(shortx,inty,doublez){return(x+y+z);}你可以极其简单地在MATLAB中只传递给该函数以双精度变量，MATLAB自动判断每个变量接受何种类型的变量，并作近似转化。calllib(‘shrlibsample’,’addMixedTypes’,127,33000,pi)ans=3.3130e+004转化参数当外部函数原型定义一个形参时，MATLAB能自动地把一个按值传递的变量转化为形参。因此，当给一个双精度指针变量赋一双精度变量时，MATLAB会自动地把该双精度变量转化为双精度形参。addDoubleRef是一个接受双精度指针型形参的函数：doubleaddDoubleRef(doublex,bouble*y,doublez){return(x+*y+z);}用三个双精度变量调用该函数，MATLAB自动处理数据转化：calllib(‘shrlibsample’,‘addDoubleRef’,1.78,5.42,13.3)ans=20.5000字符串当变量需要字符型指针数据时，你可以传递一个MATLAB型字符串（矩阵）。下述C函数接受一个字符指针型数据：char*stringToUpper(char*input){char*p=input;if(p!=NULL)while(*p!=0)*p++=toupper(*p);returninput;}libfunctions显示，你可以用一个MATLAB字符串作为输入。libfunctionsshrlibsample–full[string,string]stringToUpper(string)定义一个MATLAB字符矩阵str，把它传递给变量。str=’ThiswasaMixedCasestring’;%MATLAB中字符串以“’”号对表示calllib(‘shrlibsample’,‘stringToUpper’,str)ans=THISWASAMIXEDSTRING注意：虽然MATLAB传递给变量的很象字符型的形参，但它并不真正的参数类型。因为它并不包括MATLAB字符矩阵str的地