【进阶篇】将C与MATLAB结合使用（互相调用）方法

# 1. C与MATLAB基础知识**

C语言和MATLAB是两种广泛使用的编程语言，分别在系统编程和科学计算领域占有重要地位。C语言以其高效、灵活的特点而闻名，而MATLAB则以其强大的数值计算和数据可视化能力著称。本章将介绍C语言和MATLAB的基础知识，为后续章节的学习奠定基础。

* C语言简介：语法、数据类型、控制流和函数。
* MATLAB简介：变量、数组、矩阵和基本运算。
* C语言和MATLAB之间的相似性和差异。

# 2. C与MATLAB交互基础

### 2.1 C调用MATLAB函数

#### 2.1.1 MATLAB函数的声明和调用

在C中调用MATLAB函数需要使用MATLAB引擎API。首先，需要声明MATLAB函数的原型，包括函数名、参数类型和返回值类型。例如：

#include "engine.h"

// MATLAB函数原型
int myMATLABFunction(int n, double *x, double *y);

然后，使用`engOpen`函数打开MATLAB引擎，并使用`engEvalString`函数调用MATLAB函数。

// 打开MATLAB引擎
Engine *ep = engOpen(NULL);

// 调用MATLAB函数
int n = 10;
double x[n], y[n];
engEvalString(ep, "x = linspace(0, 1, n);");
engEvalString(ep, "y = sin(x);");
myMATLABFunction(n, x, y);

// 关闭MATLAB引擎
engClose(ep);

#### 2.1.2 数据类型转换

在C和MATLAB之间传递数据时，需要进行数据类型转换。MATLAB使用自己的数据类型系统，而C使用标准C数据类型。常见的转换包括：

| MATLAB数据类型 | C数据类型 |
|---|---|
| double | double |
| int32 | int |
| char | char |

### 2.2 MATLAB调用C函数

#### 2.2.1 C函数的声明和导出

为了让MATLAB调用C函数，需要使用MATLAB MEX（可执行文件）文件。MEX文件包含C函数的实现，并使用MATLAB编译器编译成可执行文件。

C函数的声明需要遵循MATLAB MEX函数的规范，包括函数名、参数类型和返回值类型。例如：

#include "mex.h"

// C函数声明
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
{
    // 函数实现
}

然后，使用`mex`命令编译C函数，生成MEX文件。

mex myCFunction.c

#### 2.2.2 函数参数传递

在MATLAB调用C函数时，参数通过`mxArray`结构传递。`mxArray`结构包含数据的类型、维度和实际数据。

% 创建MATLAB数组
x = [1, 2, 3];

% 将MATLAB数组转换为mxArray
mxArray *mx = mxCreateDoubleMatrix(1, 3, mxREAL);
memcpy(mx->data, x, sizeof(double) * 3);

% 调用C函数
myCFunction(1, &mx);

% 从mxArray中提取数据
double *y = (double *)mx->data;

# 3.1 数组数据的传递

#### 3.1.1 数组的类型和大小

在C与MATLAB交互中，数组数据的传递涉及到两种不同的数据类型：数值数组和结构体数组。

* **数值数组：**包含相同数据类型的元素，例如整数、浮点数或字符。MATLAB中使用`[]`方括号表示数值数组，例如：

>> a = [1, 2, 3; 4, 5, 6]
a =
     1     2     3
     4     5     6

* **结构体数组：**包含不同数据类型的元素，每个元素称为一个结构体。MATLAB中使用`struct`关键字定义结构体，例如：

>> student = struct('name', {'John', 'Mary'}, 'age', {20, 21})
student =
  struct with fields:
    name: {'John', 'Mary'}
    age: {20, 21}

C中没有与MATLAB结构体数组直接对应的类型，因此需要将其转换为C中的等效数据结构。

#### 3.1.2 数据复制和内存管理

在C与MATLAB交互中，数组数据的传递涉及到数据的复制和内存管理。

* **数据复制：**当MATLAB数组传递给C函数时，MATLAB会将数组的数据复制到C函数的内存空间中。同样，当C数组传递给MATLAB函数时，C会将数组的数据复制到MATLAB的内存空间中。
* **内存管理：**MATLAB负责管理其内存空间，而C负责管理其内存空间。当MATLAB数组传递给C函数时，MATLAB会保留其原始副本。当C数组传递给MATLAB函数时，C会保留其原始副本。

因此，在C与MATLAB交互中，需要谨慎管理数组数据的内存，以避免内存泄漏或数据损坏。

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