matlab编译器和api

12 MATLAB编译器和API

几乎所有使用过MATLAB的科技人员，无不为该软件的简洁、便捷和功能之强大和可靠所震撼，同时也对MATLAB产生了新的期望：一，希望程序能运行得更快；二，希望获得可摆脱MATLAB环境而运行的可执行软件；三，希望从其他“非MATLAB”的外部程序中调用MATLAB。

本章前6节介绍MATLAB版编译器（Compiler）。由于1.2版与2.0版差异较大，又由于2.0版缺少1.2版具有的优化功能，因此内容安排上将兼顾地论及两个版本。值得指出的是：除Mathworks外，还有其他一些公司生产的编译器，其中比较著名的是MathTools公司的Mediva；据该公司自称，性能优于Mathworks的，且具有绘图功能。

本章第7节论及API应用程序接口，扼要地介绍不同平台间的数据传送和MATLAB引擎技术。节后算例演示了，如何从外部调用MATLAB引擎。

12.1编译器2.0概述

12.1.1编译器2.0的功能

12.1.3编译器2.0 的局限性12.1.2编译器2.0的性能改进

[circle.m]
clf;r=2;t=0:pi/100:2*pi;x=r*exp(i*t);

plot(x,'r*');axis('square')

（2）对这脚本文件直接编译将因错误而失败
mcc-x circle
???Error: File "circle" is a Script M-file and cannot becompiled with the current Compiler.

Errorin ==> H:\MATLAB53\toolbox\compiler\mcc.dll

（3）把脚本文件改写成函数文件。

[circle_f.m]:
functioncircle_f(r)

clf;t=0:pi/100:2*pi;x=r*exp(i*t);

plot(x,'r*');axis('square')

（5）运行生成的MEX文件circle_f.dll

circle_f(0.5) %调用circle_f绘制一半径为0.5的圆

whichcircle_f %查询所调用的circle_f的路径全称。

d:\mywork\circle_f.dll

?5

?4

?3

?2

?1

?

??

??

??

??

?? ??

?

?5

图12.1.4-1 MEX文件circle_f.dll所画的圆

12.2编译器的安装和配置

12.2.1配置MATLAB 编译器的前提准备

图12.2.1-1 【SelectMATLAB Componets】对话窗的选项局部图

12.2.2为产生MEX文件进行预配置

12.2.2.1 对MATLAB编译器应用程序mex的设置

图12.2.2.1-1 为产生MEX文件所产生的配置屏1

cdd:\mywork %把用户目录指定为当前目录

mexmy_yprime.c %由my_yprime.c文件生成my_yprime.dll文件

my_yprime(1,1:4)%运行my_yprime.dll文件

whichmy_yprime %获得my_yprime.dll文件的位置信息

ans=

2.0000 8.9685 4.0000 -1.0947

d:\mywork\my_yprime.dll

（2）在MATLAB命令窗中验证mcc应用程序

（3）在DOS提示符后验证mex、mcc应用程序

图 12.2.2.2-1 在DOS状态下验证编译指令

12.2.3.1

图 12.2.3.1-1 为产生外部应用程序所产生的配置屏1

12.2.3.2 对MATLAB 编译器mbuild应用程序的设置（1.2 版） 图12.2.3.1-2 为产生外部应用程序所产生的配置屏2

12.2.3.3

cd d:\mywork %把用户目录指定为当前目录

mbuildmy_ex1.c %在d:\mywork下生成my_ex1.exe文件

图12.2.3.2-1 在DOS窗口运行验证程序my_ex1.exe所得的结果

（2）mcc应用程序的验证

mcc-p my_hello.m %<1>

图12.2.3.2-2 在DOS窗口运行验证程序my_hello.exe所得的结果

（3）在DOS状态下验证mbuild、mcc工作正确性

图 12.2.3.2-3 在DOS状态验证编译指令

12.3.1由M 文件创建CMEX 文件的入门算例

【例12.3.1-1】先编写M文件，然后生成相应的MEX文件。该文件用以判断方阵是否奇异。

cdd:\mywork

（1）在MATLAB的编辑器中，编写下面的函数文件exm1.m。

[exm1.m]
function y=exm1(A)
[m,n]=size(A);
if m~=n;
error('An input matrix should be n-by-n.')
end
r=rank(A);
if r==m
disp('This matrix isnonsigular')
else
disp('This matrix is sigular')
end
（2）把该函数文件存放于用户目录d:\mywork下。
（3）在MATLAB命令窗中，运行以下指令对exm1.m进行编译。

mcc-x exm1 %编译m文件。

（4）调用MEX文件exm1.dll进行计算
A=[1,0,1;2,1,0;4,1,4]
exm1(A) %调用exm1来判断矩阵A是否奇异。whichexm1 %查询所调用的exm1的路径和全称。

A=
1 0 1
2 1 0
4 1 4
Thismatrix is nonsigular
d:\mywork\exm1.dll

12.3.2由M文件创建外部应用程序的入门算例

【例12.3.2-1】建立一个脱离MATLAB环境，可运行的外部程序。该程序的功能是：对于给定矩阵A，如果存在S使得S-1AS=Λ，则要求出一个S，否则给出信息说明所给的矩阵A不能对角化。

（1）编写两个M函数文件：exm2.m和exm2_f.m。（第一个文件是主文件。）[exm2.m]
functionexm2
A=[4,0,0;0,3,1;0,1,3];
S=exm2_f(A)

function S=exm2_f(A) [m,n]=size(A); if m~=n[exm2_f.m]

e=eig(A);

same=0; end;

fori=1:m-1
forj=(i+1):m
ife(j)==e(i)
same=1;
end
end
end
%A可以对角化的条件是A具有互异特征值或者A为埃尔米特矩阵。

ifany(any((A'-A)))&(same==1)
error('矩阵无法对角化！');
end
[v,d]=eig(A);
S=v;

（2）把这两个函数文件存放于用户自己的目录d:\mywork，并在MATLAB中运行检验。

（3）生成的外部可执行程序。在MATLAB指令窗中，运行如下指令mcc-m exm2 exm2_f

（4）打开DOS窗口，在d:\mywork目录下，运行exm2.exe，得如图12.3.2-1的结果。

图12.3.2-1 在DOS窗口运行生成程序exm2.exe所得的结果

12.4编译指令mcc简介

12.4.1mcc的基本调用格式

12.4.2 mcc 的选项标志

12.4.2.2

【例12.4.2.2-1】假设当前目录上存在一个文件exm3.m，现要求利用M编译器将它转换为C++
12.4.2.1

语言的源码文件，并要求将原M文件中那注释区的内容作为所得C++源码文件的注释。

%得到exm3.cpp和exm3.hpp

%将d:\mywork设为当前工作目录%打印文本文件mccstartup的内容

%将mccstartup转移到临时目录下%将待编译M源码转移到临时目录下

%当前目录下是否含有mccstartup%<matlab>\bin 下是否含该文件
%当前目录下是否含有exm3*

h:\matlab53\bin\mccstartupnot found.
exm3*not found.

!copyh:\y9857\temp\exm3.m d:\mywork
mcc -L Cpp exm3 %<1> 1 file(s) copied
???Error: The options specified will not generate any output files.Please use one of the following options to generate an executableoutput file:
-x (generates a MEX-file executable using C)
-m (generates a stand-alone executable using C)
-p (generates a stand-alone executable using C++)
-S (generates a Simulink MEX S-function using C)
Ortype mcc -? for more usage information.

Errorin ==> H:\MATLAB53\toolbox\compiler\mcc.dll

%将mccstartup拷贝到当前目录%<2>
%<3>

（2）在MATLAB指令窗中，对sa_mex.m和saf_mex.m进行编译。

（3）运行四个文件，记录运算时间

t=-2*pi:pi/500:2*pi;

tic;sa(t);tt(1)=toc;

tic;saf(t);tt(2)=toc;

tic;sa_mex(t);tt(3)=toc;

tic;y=saf_mex(t);tt(4)=toc;

（4）结果显示和比较

plot(t,y,'r-');grid

?

?8

?6

?4

?2

?

??

disp('运算速度比较') ??

??

运算速度比较 disp(tt)

12.5.1.2 对数组进行预置

【例12.5.1.2-1】以上节例12.5.1.1-1为基础。saf.m文件中数组变量x和y的大小随循环进

行而增长，这大大减慢了运算速度。本例演示：在循环前对进行变量预置的好处。

（1）编写如下文件，以saf_pro.m和saf_pro_mex.m为名，将之保存在当前目录下。

functiony=saf(x)

n=length(x);

x=zeros(1,n);y=zeros(1,n);

fork=1:n

x(k)=x(k)+(x(k)==0)*eps;

y(k)=sin(x(k))/x(k);

end

tic;saf(t);tt(1)=toc;

tic;saf_pro(t);tt(2)=toc;

tic;saf_mex(t);tt(3)=toc;

tic;y=saf_pro_mex(t);tt(4)=toc;

（4）速度比较

disp('运算速度比较')

disp(' saf.m saf_pro.m saf_mex.dll saf_pro_mex.dll')

disp(tt)

运算速度比较

saf.m saf_pro.m saf_mex.dll saf_pro_mex.dll

2.8600 0.6600 2.6300 0.4400

12.5.1.3 避免调用复数域函数

12.5.2利用mcc(-V1.2)的优化性能

12.5.2.1 编译时指定优化选项-r和-i

【例12.5.2.1-1】求如下非线性差分方程组在10000个点上的值。观察原M文件、无选项和

有选项MEX文件运行速度的不同。

?

?
xk?1?1?yk?1. 4 xk 2

x0?0, y0?0

?yk?1?0. 3 xk

x=zeros(1,n);y=zeros(1,n);

for k=1:n-1（1）利用MATLAB编辑窗口编写如下M 函数文件

function[x,y]=m_henon(n)

end

cdd:\mywork

mcc-x mex20_henon %用2.0编译器产生普通MEX文件<1>

mcc-V1.2 -ri ri_mex12_henon %用1.2编辑器产生优化的MEX文件<2>

（3）计算各文件运行时间费用的相对值。

n=10000;

t=zeros(3,2);

%运行两次，以做比较

各文件运行开销的相对值比较表

文件名第一次运行第二次运行

m_henon 1 0.78086
mex20_henon 0.69753 0.59259
ri_mex12_henon 0.015432 0

12.5.2.2 利用变量类型申明优化性能

12.5.2.3 利用编译注记优化性能

【例12.5.2.3-1】编译注记%#ivdep的应用举例。

（1）编写如下两个函数M文件，并存放在d:\mywork目录上。

[ivdep0.m]

functionA=ivdep0()

A=1:10;

A(5:9)=A(3:7);

[ivdep.m]

functionA=ivdep()

A=1:10;

A(5:9)=A(3:7);

（2）分别对这两个文件进行编译。%#ivdep

cd d:\mywork

tic;A0=ivdep0;t0=toc;
tic;A=ivdep;t=toc/t0;

（4）显示结果。

A0,A

disp(['使用编译注记%#ivdep后的运用时间仅为原来的 'num2str(t)]) A0=
1 2 3 4 3 4 5 6 7 10 A =
1 2 3 4 3 4 3 4 3 10

使用编译注记%#ivdep后的运用时间仅为原来的 0.15152

12.6创建的外部应用程序

12.6.1.1 外部程序与MEX文件的不同工作特点

12.6.1.2 外部程序创建过程说明

12.6.2关于指令mbuild

12.6.3借助编译指令mcc创建应用程序

12.6.3.1 创建应用程序时mcc的使用格式和常用选项标志

12.6.3.2 由全M源文件产生EXE应用程序

【例12.6.3.2-1】创建一个适应“超定”、“恰定”、“欠定”线性方程求解的示例性应用程序。

（1）编写以下两个M函数文件。

[LLS.m]
functionLLS()
Ae=5;%<2>%<3> Av=2;
[A,b]=LLSDATA(Ae,Av);
x=A\b;
%以下都是为获得较清晰的显示而编写

if Ae>Av S='超定';S='恰定';

end

cs=blanks(Ae)'; elseif Ae<Av

ns=fix(Ae/2); %从零方向最接近空白列长之半的数
As=cs;As(ns)='A';
bs=cs;bs(ns)='b';
es=cs;es(ns)='=';
disp([Ascs es cs num2str(A) cs cs cs cs cs bs cs es cs num2str(b)])disp('方程的解')
nxs=fix(Av/2);
cxs=blanks(Av)';
xs=cxs;xs(nxs)='x';
exs=cxs;exs(nxs)='=';
disp([xscxs exs cxs num2str(x)])

[LLSDATA.m]
function[A,b]=LLSDATA(Ae,Av)
n=max(Ae,Av);
WA=magic(n);

b=ones(Ae,1);
（2）对存放在d:\mywork上的这两个文件进行编译。

图12.6.3.2-1 应用程序LLS.exe解超定方程示例

（3）把LLS.m文件第2、3行改为Ae=3;Av=5，重新编译、运行，结果见图12.6.3.2-2。

图12.6.3.2-2 应用程序LLS.exe解欠定方程示例

12.6.3.3 由含feval指令的M文件生成EXE文件
【例12.6.3.3-1】采用编译指定法生成一个可以计算方阵各种特征量的外部应用程序。（1）编写函数M文件：mat_feat.m和my_det.m。

[mat_feat.m]

%测量输入字符串的长度%给输入字符串补充空字符，使长度为8。

elseifff_name==['rank'blanks(4)]
disp('矩阵A的秩=')
elseifff_name==['norm'blanks(4)]
disp('矩阵A的2-范数=')
elseifff_name==['cond'blanks(4)]
disp('矩阵A的条件数=')
elseifff_name==['eig'blanks(5)]
disp('矩阵A的特征值=')
elseifff_name==['svd'blanks(5)]
disp('矩阵A的奇异值=')
else
disp('您输入的指令，或者不是本函数文件所能解决的，或是错误的！')end
d=feval(f_name,A);
disp(d)

[my_det.m]
functiond=my_det(A)
d=det(A);

（2）创建计算给定矩阵秩的EXE文件
mcc-V1.2 -pm mat_feat f_name=rank

!mat_feat WARNING: Reference to uninitialized variable被分析矩阵（3）所生成的mat_feat.exe可脱离MATLAB 而运行。

矩阵 A 的秩=

（4）求矩阵行列式值的EXE文件创建指令、验证运行指令、及运行结果。mcc-V1.2–p –m mat_feat f_name=my_det
!mat_feat
被分析矩阵
[ 16 2 3 13 ;
5 11 10 8 ;
9 7 6 12 ;
4 14 15 1 ]

矩阵A的行列式值=
0

【例12.6.3.3-2】采用编译注记法生成一个可以计算方阵行列式值的外部应用程序。（1）假定想创建一个计算矩阵行列式值的应用程序，那么只要在上例mat_feat.m文件的第<1>和<2>行之间插入以下两行指令，而M文件的其余部分都不必改动。

mcc–p mat_feat

【例12.6.3.3-3】当feval调用的是MATLAB C++库中的函数时，可以采用更简单的feval输

入宗量直接赋值法，实现EXE文件的创建。如创建一个计算方阵特征值的外部应用程

序。

（1）只要在例12.6.3.3-1的mat_feat.m文件第<1>和<2>行中间插入如下一条指令即可。

f_name='eig';

（2）用以下指令对M文件进行编译，便可得到正确的EXE文件。mcc–p mat_feat

（3）以下是运行指令和结果
!mat_feat

被分析矩阵

A=
16 2 3 13
5 11 10 8
9 7 6 12
4 14 15 1

观的判断。先运行以下指令绘制如图12.6.3.4-1所示的函数曲线。xx=0:0.01:5;

yy=SAA(xx); %SAA.m文件见本例第2步
plot(xx,yy)
x0=2;
x=fmins('SAA',x0);
y=SAA(x);
plot(xx,yy,'b-',x,y,'r.','MarkerSize',20),grid

??

??

?

?и

??

??

??

?

??

??

??	0	1	y ?	1	2	xe	3		)	4	5
图12.6.3.4-1函数					sin(		0 . 6	x		在2 附近的局部最小值
				x

（2）编制以下M函数文件，并存放在用户自己的工作目录上。

[fcpp.m]

functionfcpp(fun)

%#functionSAA %被泛函调用函数的编译注记是必须的。

fun='SAA'; %对泛函指令中第一输入宗量具体化也是必须的。

xs=1;

x=fmins(fun,xs);

disp(blanks(2)')

disp('外部程序 fcpp.exe运行结果显示')y=feval(fun,x);

disp(blanks(2)')

disp(ss);

disp(['

[SAA.m]

functiony=SAA(x)

x=x+(x==0)*eps;

y=sin(x.*exp(0.6*x))./x;

（3）在MATLAB指令窗或DOS环境中运行以下编译指令，在用户目录上产生