MATLAB 数据

MATLAB® 语言适用于单一对象类型：MATLAB 数组。所有 MATLAB 变量（包括标量、向量、矩阵、字符数组、元胞数组、结构体和对象）都以 MATLAB 数组形式存储。在 C/C++ 中，MATLAB 数组声明为 mxArray 类型。mxArray 结构体包含有关数组的以下信息：

数组的类型

数组的维度

与此数组相关联的数据

如果是数值数组，则指出变量的复实性

如果是稀疏数组，则提供它的索引和非零最大元素

如果是结构体数组或对象数组，则提供字段的数量和字段名称

要访问 mxArray 结构体，请使用 C 或 Fortran 矩阵 API 中的函数。这些函数允许您创建、读取和查询有关 MEX 文件中 MATLAB 数据的信息。矩阵 API 使用 mwSize 和 mwIndex 类型来避免可移植性问题，使得 MEX 源文件能在所有系统上正确编译。

像 MATLAB 函数一样，MEX 文件入口例程按引用传递 MATLAB 变量。但是，这些参数是 C 指针。指向变量的指针是该变量的地址（在内存中的位置）。MATLAB 函数自动为您处理数据存储。在将数据传递给 MEX 文件时，您需要使用指针，这些指针遵循访问和操作变量的特定规则。有关使用指针的信息，请参阅编程参考，如 Kernighan, B. W. 和 D. M. Ritchie 编写的 The C Programming Language。

注意

由于变量使用内存，您需要了解 MEX 文件如何创建 mxArray 以及您释放（腾出）内存的责任。这对于防止内存泄漏非常重要。mxArray 的生命周期以及管理内存的规则取决于它是输入参数、输出参数还是局部变量。调用哪个函数来取消分配 mxArray 取决于您用来创建它的函数。有关详细信息，请在 C 矩阵 API 中查找用于创建数组的函数。

通过 prhs 输入参数传递给 MEX 文件的 mxArray 存在于 MEX 文件的范围之外。不要为 prhs 参数中的任何 mxArray 释放内存。此外，prhs 变量是只读的；不要在您的 MEX 文件中修改它们。

如果为输出参数创建 mxArray（分配内存并创建数据），则内存和数据会超出 MEX 文件的范围。不要为 plhs 输出参数中返回的 mxArray 释放内存。

每次您使用 mxCreate* 函数创建 mxArray 或调用 mxCalloc 及关联的函数时，都会分配内存。在遵守处理输入和输出参数的规则的情况下，MEX 文件应该销毁临时数组并释放动态分配的内存。要取消分配内存，请使用 mxDestroyArray 或 mxFree。有关要使用哪个函数的信息，请参阅 MX Matrix Library。

MATLAB 采用列优先（逐列）编号方案存储数据，这是 Fortran 存储矩阵的方式。MATLAB 使用此约定，因为它最初是用 Fortran 编写的。MATLAB 首先在内部存储来自第一列的数据元素，然后继续存储来自第二列的数据元素，以此类推，直到最后一列。

例如，给定矩阵：

其维度是：

其数据存储为：

如果一个矩阵是 N 维矩阵，则 MATLAB 以 N 优先的顺序表示数据。例如，以维度为 4×2×3 的三维数组为例。尽管您可以将数据可视化为：

MATLAB 在内部按照以下顺序表示此三维数组的数据：

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

M

N

O

P

Q

R

S

T

U

V

W

X

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

mxCalcSingleSubscript 函数使用 N 维下标创建从数组的第一个元素到所需元素的偏移量。

MATLAB 中最常见的数据类型是复数双精度非稀疏矩阵。这些矩阵是 double 类型，维度为 m×n，其中 m 为行数，n 为列数。数据存储为一个由交错式双精度数字构成的向量，其中实部和虚部彼此相邻存储。指向此数据的指针称为 pa（指向数组的指针）。要测试非复矩阵，请调用 mxIsComplex。

在 MATLAB 版本 9.4（版本 2018a）之前，MATLAB 使用分离式存储表示。数据存储为两个由双精度数值构成的向量 - 一个向量包含实数数据，另一个向量包含虚数数据。指向此数据的指针分别称为 pr（指向实数数据的指针）和 pi（指向虚数数据的指针）。非复矩阵是其 pi 为 NULL 的矩阵。但是，要测试非复矩阵，请调用 mxIsComplex。

MATLAB 支持单精度浮点数以及 8、16、32 和 64 位整数，包括有符号数和无符号数。

逻辑数据类型分别使用数字 1 和 0 表示逻辑值 true 或 false。某些 MATLAB 函数和运算符返回逻辑值 1 或逻辑值 0 以指示某个条件是否为真。例如，语句 (5 * 10) > 40 返回逻辑值 1。

MATLAB char 数组将数据存储为无符号 16 位整数。要将 MATLAB char 数组转换为 C 样式的字符串，请调用 mxArrayToString。要将 C 样式的字符串转换为 char 数组，请调用 mxCreateString。

元胞数组是 MATLAB 数组的集合，其中每个 mxArray 称为一个元胞。元胞数组可以将不同类型的 MATLAB 数组存储在一起。元胞数组的存储方式与数值矩阵类似，区别在于数据部分包含一个由指向 mxArrays 的指针构成的向量。此向量的成员称为元胞。每个元胞可以是任何受支持的数据类型，甚至可以是另一个元胞数组。

1×1 结构体的存储方式与 1×n 元胞数组相同，其中 n 是结构体中的字段数。数据向量的成员称为字段。每个字段都与在 mxArray 中存储的一个名称关联。

对象的存储和访问方式与结构体相同。在 MATLAB 中，对象是具有已注册方法的命名结构体。在 MATLAB 之外，作为一种结构体，对象包含用于标识对象名称的附加类名称的存储。

任何类型的 MATLAB 数组都可以是多维的。整数向量的存储方式是每个元素都具有对应维度的大小。数据的存储方式与矩阵相同。

任何类型的 MATLAB 数组都可以是空数组。空 mxArray 表示它至少有一个维度等于零。例如，double 类型的双精度 mxArray，其中 m 和 n 等于 0 且 pa 是 NULL，则它是一个空数组。

在 MATLAB 中，稀疏矩阵与满矩阵采用不同的存储约定。参数 pa 仍然是双精度数字或逻辑值的数组，但此数组仅包含非零数据元素。

还有三个参数：nzmax、ir 和 jc。声明这些参数的变量时，请使用 mwSize 和 mwIndex 类型。

nzmax 是包含 ir 和 pa 长度的整数。它是稀疏矩阵中非零元素的最大数量。

ir 指向长度 nzmax 的整数数组，其中包含 pa 中相应元素的行索引。

jc 指向长度 n+1 的整数数组，其中 n 是稀疏矩阵中的列数。在 C 中，mxArray 的第一个元素的索引为 0。jc 数组包含列索引信息。如果稀疏矩阵的第 j 列具有任何非零元素，则 jc[j] 表示第 j 列中的第一个非零元素的 ir 和 pa 的索引。索引 jc[j+1] - 1 包含该列中的最后一个非零元素。对于稀疏矩阵的第 j 列，jc[j] 是前面所有列中非零元素的总数。jc 数组的最后一个元素 jc[n] 等于 nnz，即整个稀疏矩阵中非零元素的数量。如果 nnz 小于 nzmax，则可以在不分配更多存储的情况下将更多非零项插入数组中。

您可以使用 C/C++ 编写源 MEX 文件、MAT 文件应用程序和引擎应用程序，它们接受 MATLAB 支持的任何类或数据类型（请参阅数据类型）。在 Fortran 中，仅支持创建双精度 n×m 数组和字符串。您可以使用二进制 C/C++ 和 Fortran MEX 文件，如 MATLAB 函数。

注意

MATLAB 不检查使用 Matrix Library 创建函数（例如 mxCreateStructArray）在 C/C++ 或 Fortran 中创建的 MATLAB 数据结构体的有效性。使用无效语法创建 MATLAB 数据结构体可能会导致您的 C/C++ 或 Fortran 程序出现意外行为。

要处理 MATLAB 数组，请使用 mxArray 类型。以下语句声明名为 myData 的 mxArray：

要定义 myData 的值，请使用 mxCreate* 函数之一。一些数组创建例程很有用，如 mxCreateNumericArray、mxCreateCellArray 和 mxCreateCharArray。例如，以下语句分配一个初始化为 0 的 m×1 浮点 mxArray：

C/C++ 编程人员应该注意，MATLAB 数组中的数据按列优先顺序排列。有关说明，请参阅数据存储。使用 MATLAB mxGet* 数组访问例程来读取 mxArray 中的数据。

mxGet* 数组访问例程获取对 mxArray 中数据的引用。使用这些例程来修改 MEX 文件中的数据。每个函数用于访问 mxArray 中的特定信息。这些实用的函数包括 mxGetDoubles、mxGetComplexDoubles、mxGetM 和 mxGetString。其中许多函数都有相应的 mxSet* 例程，您可用来修改数组中的值。

以下语句将输入 prhs[0] 读入 C 样式的字符串 buf 中。

MATLAB 附带一个名为 explore.c 的示例源 MEX 文件，用于标识输入变量的数据类型。此示例的源代码位于 matlabroot/extern/examples/mex 中，其中 matlabroot 表示在您的系统上安装 MATLAB 的顶层文件夹。

注意

在涉及文件夹路径的与平台无关的讨论中，本文档使用 UNIX® 约定。例如，对 mex 文件夹的一般引用是 matlabroot/extern/examples/mex。

要编译示例 MEX 文件，请首先将文件复制到路径上的一个可写文件夹中。

使用 mex 命令编译 MEX 文件。

键入：

explore 可以接受任何数据类型。尝试对以下示例使用 explore：