MATLAB 與 C 語言混合編程：MEX 文件結構與 API 接口全解析

背景動機

MATLAB（M 語言）功能強大但循環迭代速度遠慢於 C。需與外部環境數據、程序交互時，必須通過 MATLAB 提供的 API（應用編程接口） 實現調用 C/Fortran 程序、數據輸入輸出、建立客戶/服務器關係等。

MEX 文件核心機制

C 語言 MEX 文件是動態連接子程序，可像調用 M 文件一樣調用。三大應用場景：

1. 大量循環迭代部分用 C 寫 MEX 提速。
2. 已有 C 程序無需轉 M 文件，添加入口 mexFunction 即可被 MATLAB 調用。
3. 直接控制硬件（A/D 采集卡、D/A 輸出卡等）用於數據采集或控制。

MEX 文件雙重結構

1. 計算程序：普通 C 代碼，按 C 規則編寫，完成核心計算功能。
2. 入口程序：mexFunction，連接 MATLAB 與計算程序的橋樑，四個參數：
   • nlhs：輸出數據個數
   • plhs：指向 mxArray（MATLAB 統一數據結構）的輸出指針數組
   • nrhs：輸入數據個數
   • prhs：指向 mxArray 的輸入指針數組

數據流向

MATLAB → prhs（輸入 mxArray） → 入口程序轉換 → 計算程序處理 → 入口程序構造 plhs（輸出 mxArray） → MATLAB。圖解展示了完整調用鏈路。