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BACHELOR ’S THESIS 引言
MATLAB语言具有功能强大、开发效率高等诸多优点，已在工程实际中得到广泛应用，但是与C语言相比，其执行效率较低，特别是当程序中含有大量循环语句（例如迭代计算）时，MATLAB就有些力不从心，速度很慢，而运用擅长数值计算语言进行编程，气运行效率高。一方面，如果放弃MATLAB强大功能和数量众多的应用工具箱，无疑是自愿的极大浪费。另一方面，针对工程实际，人们用C语言已编写了大量实用程序，如果将其重新改写成M文件一直到MATLAB环境中，不仅要花费大量的时间和精力，而且有时还降低了其运行效率。可否将两者优势互补呢？混合编程就是其有效地解决途径。
1. MATLAB
1.1 MATLAB简介
MATLAB是一种以矩阵为基本数据对象的科学计算语言，它提供了功能齐全的函数库和各种工具箱，具有强大的科学分析、数值计算、图形绘制等功能。MATLAB是当前应用最为广泛的数学软件，利用这一完整的数学平台，用户可以快速实现十分复杂的功能，极大的提高了工程分析计算的效率。但与其他高级程序相比，MATLAB程序是一种解释执行程序，不用编译等预处理，程序运行速度较慢。[1]
1.2 MATLAB的语言特点
一种语言之所以能如此迅速地普及，显示出如此旺盛的生命力，是由于它有着不同于其他语言的特点，正如同C等高级语言使人们摆脱了需要直接对计算机硬件资源进行操作一样，被称作为第四代计算机语言的MATLAB，利用其丰富的函数资源，使编程人员从繁琐的程序代码中解放出来。MATLAB最突出的特点就是简洁。MATLAB用更直观的，符合人们思维习惯的代码，代替了C
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BACHELOR ’S THESIS 和语言的冗长代码。MATLAB给用户带来的是最直观，最简洁的程序开发环境。以下简单介绍一下MATLAB的主要特点。
1）语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极其丰富。MATLAB程序书写形式自由，利用起丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务，压缩了一切不必要的编程工作。由于库函数都由本领域的专家编写，用户不必担心函数的可靠性。可以说，用MATLAB进行科技开发是站在专家的肩膀上。
具有C等高级语言知识的读者可能已经注意到，如果用C语言去编写程序，尤其当涉及矩阵运算和画图时，编程会很麻烦。例如，如果用户想求解一个线性代数方程，就得编写一个程序块读入数据，然后再使用一种求解线性方程的算法（例如追赶法）编写一个程序块来求解方程，最后再输出计算结果。在求解过程中，最麻烦的要算第二部分。解线性方程的麻烦在于要对矩阵的元素作循环，选择稳定的算法以及代码的调试动不容易。即使有部分源代码，用户也会感到麻烦，且不能保证运算的稳定性。解线性方程的程序用C这样的高级语言编写，至少需要四百多行，调试这种几百行的计算程序可以说很困难。以下用MATLAB编写以上两个小程序的具体过程。
MATLAB求解下列方程，并求解矩阵A的特征值。 Ax=b,其中：
A= 32 13 45 67 23 79 85 12 43 23 54 65 98 34 71 35 b= 1 2 3 4
解为：x=A\\b;设A的特征值组成的向量e，e=eig（A）。可见，MATLAB的程序极其简短。更为难能可贵的是，MATLAB甚至具有一定的智能水平，比如上面的解方程，MATLAB会根据矩阵的特性选择方程的求解方法，所以用户根本不用怀疑MATLAB的准确性。
2）运算符丰富。由于MATLAB是用C语言编写的，MATLAB提供了和
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BACHELOR ’S THESIS C语言几乎一样多的运算符，灵活使用MATLAB的运算符将使程序变得极为简短。
3）MATLAB既具有结构化的控制语句（如for循环，while循环，break语句和if语句），又有面向对象编程的特性。
4）程序限制不严格，程序设计自由度大。例如，在MATLAB里，用户无需对矩阵预定义就可使用。
5）程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系统上运行。
6）MATLAB的图形功能强大。在C语言里，绘图都很不容易，但在MATLAB里，数据的可视化非常简单。MATLAB还具有较强的编辑图形界面的能力。
7）MATLAB的缺点是，它和其他高级程序相比，程序的执行速度较慢。由于MATLAB的程序不用编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，所以速度较慢。
8）功能强大的工具箱是MATLAB的另一特色。MATLAB包含两个部分：核心部分和各种可选的工具箱。核心部分中有数百个核心内部函数。其工具箱又分为两类：功能性工具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能，图示建模仿真功能，文字处理功能以及与硬件实时交互功能。功能性工具箱用于多种学科。而学科性工具箱是专业性比较强的，如control,toolbox,signl proceessing toolbox,commumnication toolbox等。这些工具箱都是由该领域内学术水平很高的专家编写的，所以用户无需编写自己学科范围内的基础程序，而直接进行高，精，尖的研究。
9）源程序的开放性。开放性也许是MATLAB最受人们欢迎的特点。除内部函数以外，所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件，用户可通过对源文件的修改以及加入自己的文件构成新的工具箱。
2. C 语言
2.1 C语言简介
C语言功能丰富、表达能力强、使用灵活方便、应用面广、目标程序效率高、可移植性好，既具有高级语言的优点，又具有许多低级语言的特点，是目
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BACHELOR ’S THESIS 前应用最广的编程语言。它对操作系统和应用程序以及硬件进行直接操作，一些大型应用软件如MATLAB就是用C语言开发的。[2]
2.2 C语言特点
C语言之所以能迅速崛起，并成为最受欢迎的程序设计语言之一，是因为它有许多优于其它语言的特点。C语言具有下列特点：
1）C语言功能齐全。C语言的数据类型有：整型、实型、字符型、无符号整型、数组类型、指针类型、结构体类型、共用体类型、枚举型等。C语言运算符丰富，表达式类型有：赋值表达式、关系表达式、算术表达式、逻辑表达式、条件表达式、逗号表达式以及为运算等。
2）C语言简洁、紧凑，使用方便、灵活。C语言的一个语句可完成多个操作。一个表达式也可以完成多个操作。书写简练，源程序短，因而输入程序工作量小。
3）C是面向结构化程序设计的语言。结构化语言的显著特点是代码、数据的模块化，C程序是以函数的形式提供给用户的，这些函数调用方便。C语言具有多种条件语句、循环控制程序流向（如if/else语句，switch语句，while语句，do/while语句，for语句，break语句，continue语句等）。从而使程序完全结构化。
4）C是中级语言。他把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。C语言可以像汇编语言一样对位、字节好地址进行操作，实现汇编语言的大部分功能，可直接对硬件进行编程。用C语言加上一些汇编语言子程序编程，更能显示C语言的优势。C语言源程序编译后代码短、执行效率高。
5）C语言适用范围大。C语言还有一个突出的优点就是适合于多种操作系统，如DOS、Windows、UNIX，也适用于多种机型。源程序代码可移植性好。
3. 混合编程的实现方式
正式考虑到上面这些原由，MATLAB系统提供了其应用程序接口（Application Program Interface）来解决这些问题。API主要包括3部分：MEX
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BACHELOR ’S THESIS 文件—外部程序调用接口，用来在MATLAB环境下调用C语言编写的程序；MAT文件应用程序—数据输入输出接口，用于MATLAB系统与外部环境之间互传数据；计算引擎函数库—MATLAB处于后台作为一个计算引擎，与其它应用程序建立客户机/服务器关系，在其他其应用程序中调用。
3.1 MAT文件
MAT文件是MATLAB使用的一种特有的二进制数据文件。MAT文件可以包含一个或者多个MATLAB变量。在MAT文件中不仅保存各变量数据本身，而且同时保存变量名以及数据类型等。所以在MATLAB中载入某个MAT文件后，可以在当前MATLAB工作空间完全再现当初保存该MAT文件时的那些变量。这是其他文件格式所不能的。同样，用户也可以使用MAT文件从MATLAB环境中导出数据。MAT文件提供了一种更简便的机制在不同操作平台之间移动MATLAB数据。
C程序中有两种方式可以读取MAT文件数据。一种是利用MATLAB提供的有关MAT文件的编程接口函数。MATLAB的库函数中包含了MAT文件接口函数库，其中有各种对MAT文件进行读写的函数，都是以mat开头的函数。
另一种在C程序中读写MAT文件的方法是根据MAT文件函数结构，以二进制格式在读取文件内容，然后解析文件内容，从而获得文件中保存的MATLAB数据。因为MAT文件格式是公开的，用户只要在找到安装路径下的一个名为matfile format.pdf的文件，就可以详细了解MAT文件结构，从而在C程序以二进制格式在读取文件内容，解析以后得到文件中保存的数据。[3][4]
简单举例：
· 获取一个MAT文件中第一个矩阵的信息 · 获取一个MAT文件中第一个矩阵的信息 typedef struct { char szFileName[256]; MATFile* pMatFile; mxArray* pArray; char szArrayName[64];
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