如果我有一個用C語言寫的函數，實現了一個功能，如一個簡單的函數：
double add(double x, double y)
{
return x + y;
}
現在我想要在Matlab中使用它，比如輸入：
>> a = add(1.1, 2.2)
3.3000
要得出以上的結果，那應該怎樣做呢？
解決方法之一是要通過使用MEX文件，MEX文件使得調用C函數和調用Matlab的內置函數一樣方便。MEX文件是由原C代碼加上MEX文件專用的接口函數後編譯而成的。可以這樣理解，MEX文件實現了一種接口，它把在Matlab中調用函數時輸入的自變量通過特定的接口調入了C函數，得出的結果再通過該接口調回Matlab。該特定接口的操作，包含在mexFunction這個函數中，由使用者具體設定。
所以現在我們要寫一個包含add和mexFunction的C文件，Matlab調用函數，把函數中的自變量（如上例中的1.1和2.2）傳給 mexFunction的一個參數，mexFunction把該值傳給add，把得出的結果傳回給mexFunction的另一個參數，Matlab通過該參數來給出在Matlab語句中調用函數時的輸出值（如上例中的a）。
值得注意的是，mex文件是與平臺有關的，以我的理解，mex文件就是另類的動態鏈接庫。在matlab6.5中使用mex -v 選項，你可以看到最後mex階段有類似如下的信息：
--> "del _lib94902.obj"
--> "del "test.exp""
--> "del "test.lib""
也就是說，雖然在matlab6.5生成的是dll文件，但是中間確實有過lib文件生成。
比如該C文件已寫好，名爲add.c。那麼在Matlab中，輸入：
>> mex add.c
就能把add.c編譯爲MEX文件（編譯器的設置使用指令mex -setup），在Windows中，MEX文件類型爲mexw32，即現在我們得出add.mexw32文件。現在，我們就可以像調用M函數那樣調用 MEX文件，如上面說到的例子。所以，通過MEX文件，使用C函數就和使用M函數是一樣的了。
我們現在來說mexFunction怎樣寫。
mexFunction的定義爲：
void mexFunction(int nlhs, mxArray *plhs[], int nrhs, const mxArray *prhs[])
{
}
可以看到，mexFunction是沒返回值的，它不是通過返回值把結果傳回Matlab的，而是通過對參數plhs的賦值。mexFunction的四個參數皆是說明Matlab調用MEX文件時的具體信息，如這樣調用函數時：
>> b = 1.1; c = 2.2;
>> a = add(b, c)
mexFunction四個參數的意思爲：
nlhs = 1，說明調用語句左手面（lhs－left hand side）有一個變量，即a。
nrhs = 2，說明調用語句右手面（rhs－right hand side）有兩個自變量，即b和c。
plhs是一個數組，其內容爲指針，該指針指向數據類型mxArray。因爲現在左手面只有一個變量，即該數組只有一個指針，plhs[0]指向的結果會賦值給a。
prhs和plhs類似，因爲右手面有兩個自變量，即該數組有兩個指針，prhs[0]指向了b，prhs[1]指向了c。要注意prhs是const的指針數組，即不能改變其指向內容。
因爲Matlab最基本的單元爲array，無論是什麼類型也好，如有double array、 cell array、 struct array……所以a,b,c都是array，b = 1.1便是一個1x1的double array。而在C語言中，Matlab的array使用mxArray類型來表示。所以就不難明白爲什麼plhs和prhs都是指向mxArray類型的指針數組。
完整的add.c如下：
#include "mex.h" // 使用MEX文件必須包含的頭文件
// 執行具體工作的C函數
double add(double x, double y)
{
return x + y;
}
// MEX文件接口函數
void mexFunction(int nlhs,mxArray *plhs[], int nrhs,const mxArray *prhs[])
{
double *a;
double b, c;
plhs[0] = mxCreateDoubleMatrix(1, 1, mxREAL);
a = mxGetPr(plhs[0]);
b = *(mxGetPr(prhs[0]));
c = *(mxGetPr(prhs[1]));
*a = add(b, c);
}
mexFunction的內容是什麼意思呢？我們知道，如果這樣調用函數時：
>> output = add(1.1, 2.2);
在未涉及具體的計算時，output的值是未知的，是未賦值的。所以在具體的程序中，我們建立一個1x1的實double矩陣（使用 mxCreateDoubleMatrix函數，其返回指向剛建立的mxArray的指針），然後令plhs[0]指向它。接着令指針a指向plhs [0]所指向的mxArray的第一個元素（使用mxGetPr函數，返回指向mxArray的首元素的指針）。同樣地，我們把prhs[0]和prhs [1]所指向的元素（即1.1和2.2）取出來賦給b和c。於是我們可以把b和c作自變量傳給函數add，得出給果賦給指針a所指向的mxArray中的元素。因爲a是指向plhs[0]所指向的mxArray的元素，所以最後作輸出時，plhs[0]所指向的mxArray賦值給output，則
output便是已計算好的結果了。
上面說的一大堆指向這指向那，什麼mxArray，初學者肯定都會被弄到頭暈眼花了。很抱歉，要搞清楚這些亂糟糟的關係，只有多看多練。
實際上mexFunction是沒有這麼簡單的，我們要對用戶的輸入自變量的個數和類型進行測試，以確保輸入正確。如在add函數的例子中，用戶輸入char array便是一種錯誤了。
從上面的講述中我們總結出，MEX文件實現了一種接口，把C語言中的計算結果適當地返回給Matlab罷了。當我們已經有用C編寫的大型程序時，大可不必在 Matlab裏重寫，只寫個接口，做成MEX文件就成了。另外，在Matlab程序中的部份計算瓶頸（如循環），可通過MEX文件用C語言實現，以提高計算速度。
以上是對mex文件的初步認識，下面詳細介紹如何用c語言編寫mex文件：
1 爲什麼要用C語言編寫MEX文件
MATLAB是矩陣語言，是爲向量和矩陣操作設計的，一般來說，如果運算可以用向量或矩陣實現，其運算速度是非常快的。但若運算中涉及到大量的循環處理，MATLAB的速度的令人難以忍受的。解決方法之一爲，當必須使用for循環時，把它寫爲MEX文件，這樣不必在每次運行循環中的語句時MATLAB都對它們進行解釋。
2 編譯器的安裝與配置
要使用MATLAB編譯器，用戶計算機上應用事先安裝與MATLAB適配的以下任何一種ANSI C/C++編譯器：
5.0、6.0版的MicroSoft Visual C++(MSVC)
5.0、5.2、5.3、5.4、5.5版的Borland C++
LCC(由MATLAB自帶，只能用來產生MEX文件)
下面是安裝與配置MATLAB編譯器應用程序MEX的設置的步驟：
(1)在MATLAB命令窗口中運行mex –setup，出現下列提示：
Please choose your compiler for building external interface (MEX) files:
Would you like mex to locate installed compilers [y]/n?
(2)選擇y，MATLAB將自動搜索計算機上已安裝的外部編譯器的類型、版本及所在路徑，並列出來讓用戶選擇：
Select a compiler:
[1] Borland C++Builder version 6.0 in C:\Program Files\Borland
[2] Digital Visual Fortran version 6.0 in C:\Program Files\Microsoft Visual Studio
[3] Lcc C version 2.4 in D:\MATLAB6P5P1\sys\lcc
[4] Microsoft Visual C/C++ version 6.0 in C:\Program Files\Microsoft Visual Studio
[0] None
Compiler:
(3)選擇其中一種(在這裏選擇了3)，MATLAB讓用戶進行確認：
Please verify your choices:
Compiler: Lcc C 2.4
Location: D:\MATLAB6P5P1\sys\lcc
Are these correct?([y]/n):
(4)選擇y，結束MATLAB編譯器的配置。
3 一個簡單的MEX文件例子
【例1】用m文件建立一個1000×1000的Hilbert矩陣。
tic
m=1000;
n=1000;
a=zeros(m,n);
for i=1:1000
for j=1:1000
a(i,j)=1/(i+j);
end
end
toc
在matlab中新建一個Matlab_1.cpp 文件並輸入以下程序：
#include "mex.h"
//計算過程
void hilb(double *y,int n)
{
int i,j;
for(i=0;i<n;i++)
for(j=0;j<n;j++)
*(y+j+i*n)=1/((double)i+(double)j+1);
}
//接口過程
void mexFunction(int nlhs,mxArray *plhs[],int nrhs,const mxArray *prhs[])
{
double x,*y;
int n;
if (nrhs!=1)
mexErrMsgTxt("One inputs required.");
if (nlhs != 1)
mexErrMsgTxt("One output required.");
if (!mxIsDouble(prhs[0])||mxGetN(prhs[0])*mxGetM(prhs[0])!=1)
mexErrMsgTxt("Input must be scalars.");
x=mxGetScalar(prhs[0]);
plhs[0]=mxCreateDoubleMatrix(x,x,mxREAL);
n=mxGetM(plhs[0]);
y=mxGetPr(plhs[0]);
hilb(y,n);
}
該程序是一個C語言程序，它也實現了建立Hilbert矩陣的功能。在MATLAB命令窗口輸入以下命令：mex Matlab_1.cpp，即可編譯成功。進入該文件夾，會發現多了兩個文件：Matlab_1.asv和Matlab_1.dll，其中Matlab_1.dll即是MEX文件。運行下面程序：
tic
a=Matlab_1(1000);
toc
elapsed_time =
0.0470
由上面看出，同樣功能的MEX文件比m文件快得多。
4 MEX文件的組成與參數
MEX文件的源代碼一般由兩部分組成：
(1)計算過程。該過程包含了MEX文件實現計算功能的代碼，是標準的C語言子程序。
(2)入口過程。該過程提供計算過程與MATLAB之間的接口，以入口函數mxFunction實現。在該過程中，通常所做的工作是檢測輸入、輸出參數個數和類型的正確性，然後利用mx-函數得到MATLAB傳遞過來的變量(比如矩陣的維數、向量的地址等)，傳遞給計算過程。
MEX文件的計算過程和入口過程也可以合併在一起。但不管那種情況，都要包含#include "mex.h"，以保證入口點和接口過程的正確聲明。注意，入口過程的名稱必須是mexFunction，並且包含四個參數，即：
void mexFunction(int nlhs,mxArray *plhs[],int nrhs,const mxArray *prhs[])
其中，參數nlhs和nrhs表示MATLAB在調用該MEX文件時等式左端和右端變量的個數，例如在MATLAB命令窗口中輸入以下命令：
[a,b,c]=Matlab_1(d,e,f,g)
則nlhs爲3，nrhs爲4。
MATLAB在調用MEX文件時，輸入和輸出參數保存在兩個mxArray*類型的指針數組中，分別爲prhs[]和plhs[]。prhs[0]表示第一個輸入參數，prhs[1]表示第二個輸入參數，…，以此類推。如上例中，d→prhs[0]，e→prhs[1]，f→prhs[2]，f→prhs[3]。同時注意，這些參數的類型都是mxArray *。
接口過程要把參數傳遞給計算過程，還需要從prhs中讀出矩陣的信息，這就要用到下面的mx-函數和mex-函數。
5 常用的mex-函數和mx-函數
在MATLAB6.5版本中，提供的mx-函數有106個，mex-函數有38個，下面我們僅介紹常用的函數。
5.1入口函數mexFunction
該函數是C MEX文件的入口函數，它的格式是固定的：
void mexFunction(int nlhs,mxArray *plhs[],int nrhs,const mxArray *prhs[])
說明：MATLAB函數的調用方式一般爲：[a,b,c,…]=被調用函數名稱(d,e,f,…)，nlhs保存了等號左端輸出參數的個數，指針數組plhs具體保存了等號左端各參數的地址，注意在plhs各元素針向的mxArray內存未分配，需在接口過程中分配內存；prhs保存了等號右端輸入參數的個數，指針數組prhs具體保存了等號右端各參數的地址，注意MATLAB在調用該MEX文件時，各輸入參數已存在，所以在接口過程中不需要再爲這些參數分配內存。
5.2出錯信息發佈函數mexErrMsgTxt，mexWarnMsgTxt
兩函數的具體格式如下：
#include "mex.h"
void mexErrMsgTxt(const char *error_msg);
void mexWarnMsgTxt(const char *warning_msg);
其中error_msg包含了要顯示錯誤信息，warning_msg包含要顯示的警告信息。兩函數的區別在於mexErrMsgTxt顯示出錯信息後即返回到MATLAB，而mexWarnMsgTxt顯示警告信息後繼續執行。
5.3 mexCallMATLAB和mexString
兩函數具體格式如下：
#include "mex.h"
int mexCallMATLAB(int nlhs, mxArray *plhs[],
int nrhs, mxArray *prhs[], const char *command_name);
int mexString(const char *command);
mexCallMATLAB前四個參數的含義與mexFunction的參數相同，command_name可以MATLAB內建函數名、用戶自定義函數、M文件或MEX文件名構成的字符串，也可以MATLAB合法的運算符。
mexString用來操作MATLAB空間已存在的變量，它不返回任何參數。
mexCallMATLAB與mexString差異較大，請看下面的例子。
【例2】試用MEX文件求5階完全圖鄰接矩陣 的特徵值及對應的特徵向量。
5階完全圖的鄰接矩陣爲：（這裏找不到圖片了，抱歉。不過不會影響您對本文的理解。）
下面是求該矩陣的MEX文件。
[Matlab_2.cpp]
#include "mex.h"
void mexFunction(int nlhs,mxArray *plhs[],int nrhs,const mxArray *prhs[])
{
double x;
mxArray *y,*z,*w;
int n;
if (nrhs!=1)
mexErrMsgTxt("One inputs required.");
if (nlhs != 3)
mexErrMsgTxt("Three output required.");
if (!mxIsDouble(prhs[0])||mxGetN(prhs[0])*mxGetM(prhs[0])!=1)
mexErrMsgTxt("Input must be a scalar.");
x=mxGetScalar(prhs[0]);
plhs[0]=mxCreateDoubleMatrix(x,x,mxREAL);
plhs[1]=mxCreateDoubleMatrix(x,x,mxREAL);
plhs[2]=mxCreateDoubleMatrix(x,x,mxREAL);
n=mxGetM(plhs[0]);
y=plhs[0];
z=plhs[1];
w=plhs[2];
//利用mexCallMATLAB計算特徵值
mexCallMATLAB(1,&plhs[1],1,prhs,"ones");
mexCallMATLAB(1,&plhs[2],1,prhs,"eye");
mexCallMATLAB(1,&plhs[0],2,&plhs[1],"-");
mexCallMATLAB(2,&plhs[1],1,&plhs[0],"eig");
//演示mexString的功能
mexString("y=y*2");
mexString("a=a*2");
}
在MATLAB命令窗口輸入以下命令：
>> mex Matlab_2.cpp
>> clear
>> a=magic(5)
a =
17 24 1 8 15
23 5 7 14 16
4 6 13 20 22
10 12 19 21 3
11 18 25 2 9
>> [y,z,w]=Matlab_2(5)
??? Undefined function or variable 'y'.
a =
34 48 2 16 30
46 10 14 28 32
8 12 26 40 44
20 24 38 42 6
22 36 50 4 18
y =
0 1 1 1 1
1 0 1 1 1
1 1 0 1 1
1 1 1 0 1
1 1 1 1 0
z =
0.8333 -0.1667 -0.1667 0.2236 0.4472
-0.1667 0.8333 -0.1667 0.2236 0.4472
-0.1667 -0.1667 0.8333 0.2236 0.4472
-0.5000 -0.5000 -0.5000 0.2236 0.4472
0 0 0 -0.8944 0.4472
w =
-1 0 0 0 0
0 -1 0 0 0
0 0 -1 0 0
0 0 0 -1 0
0 0 0 0 4
由上面可以看出，K5的特徵值爲–1和4，其中–1是四重根。MATLAB提供了mexGetVariable、mexPutVariable函數，以實現MEX空間與其它空間交換數據的任務，具體可以參看MATLAB幫助文檔。
5.4建立二維雙精度矩陣函數mxCreateDoubleMatrix
其格式具體如下：
#include "matrix.h"
mxArray *mxCreateDoubleMatrix(int m, int n, mxComplexity ComplexFlag);
其中m代表行數，n代表列數，ComplexFlag可取值mxREAL 或mxCOMPLEX。如果創建的矩陣需要虛部，選擇mxCOMPLEX，否則選用mxREAL。
類似的函數有：
|
mxCreateCellArray |
創建n維元胞mxArray |
|
mxCreateCellMatrix |
創建二維元胞mxArray |
|
mxCreateCharArray |
創建n維字符串mxArray |
|
mxCreateCharMatrixFromStrings |
創建二維字符串mxArray |
|
mxCreateDoubleMatrix |
創建二維雙精度浮點mxArray |
|
mxCreateDoubleScalar |
創建指定值的二維精度浮點mxArray |
|
mxCreateLogicalArray |
創建n維邏輯mxArray，初值爲false |
|
mxCreateLogicalMatrix |
創建二維邏輯mxArray，初值爲false |
|
mxCreateLogicalScalar |
創建指定值的二維邏輯mxArray |
|
mxCreateNumericArray |
創建n維數值mxArray |
|
mxCreateNumericMatrix |
創建二維數值mxArray，初值爲0 |
|
mxCreateScalarDouble |
創建指定值的雙精度mxArray |
|
MxCreateSparse |
創建二維稀疏mxArray |
|
mxCreateSparseLogicalMatrix |
創建二維稀疏邏輯mxArray |
|
MxCreateString |
創建指定字符串的1 n的串mxArray |
|
mxCreateStructArray |
創建n維架構mxArray |
|
mxCreateStructMatrix |
創建二維架構mxArray |
5.5 獲取行維和列維函數mxGetM、mxGetN
其格式如下：
#include "matrix.h"
int mxGetM(const mxArray *array_ptr);
int mxGetN(const mxArray *array_ptr);
與之相關的還有：
mxSetM：設置矩陣的行維
mxSetN：設置矩陣的列維
5.6 獲取矩陣實部和虛部函數mxGetPr、mxGetPi
其格式如下：
#include "matrix.h"
double *mxGetPr(const mxArray *array_ptr);
double *mxGetPi(const mxArray *array_ptr);
與之相關的函數還有：
mxSetPr：設置矩陣的實部
mxSetPi：設置矩陣的虛部
【例3】實現字符串的倒序輸出。
#include "mex.h"
void revord(char *input_buf,int buflen,char *output_buf)
{
int i;
//實現字符串倒序
for(i=0;i<buflen-1;i++)
*(output_buf+i)=*(input_buf+buflen-i-2);
}
void mexFunction(int nlhs,mxArray *plhs[],int nrhs,const mxArray *prhs[])
{
//定義輸入和輸出參量的指針
char *input_buf,*output_buf;
int buflen,status;
//檢查輸入參數個數
if(nrhs!=1)
mexErrMsgTxt("One input required.");
else if(nlhs>1)
mexErrMsgTxt("Too many output arguments.");
//檢查輸入參數是否是一個字符串
if(mxIsChar(prhs[0])!=1)
mexErrMsgTxt("Input must be a string.");
//檢查輸入參數是否是一個行變量
if(mxGetM(prhs[0])!=1)
mexErrMsgTxt("Input must a row vector.");
//得到輸入字符串的長度
buflen=(mxGetM(prhs[0])*mxGetN(prhs[0]))+1;
//爲輸入和輸出字符串分配內存
input_buf=mxCalloc(buflen,sizeof(char));
output_buf=mxCalloc(buflen,sizeof(char));
//將輸入參量的mxArray結構中的數值拷貝到C類型字符串指針
status=mxGetString(prhs[0],input_buf,buflen);
if(status!=0)
mexWarnMsgTxt("Not enough space. String is truncated.");
//調用C程序
revord(input_buf,buflen,output_buf);
plhs[0]=mxCreateString(output_buf);
}
這個程序中需要注意的地方是mxCalloc函數，它代替了標準C程序中的calloc函數用於動態分配內存，而mxCalloc函數採用的是MATLAB的內存管理機制，並將所有申請的內存初始化爲0，因此凡是C代碼需要使用calloc函數的地方，對應的Mex文件應該使用mxCalloc函數。同樣，凡是C代碼需要使用realloc函數的地方，對應的Mex文件應該使用mxRealloc函數。
在MATLAB命令窗口中對revord.cpp程序代碼編譯鏈接：
>> mex revord.cpp
在MATLAB命令窗口中對C-MEX文件revord.dll進行測試：
>> x='I am student.';
>> revord(x)
ans =
.tneduts ma I