混编实验：MATLAB - C - FORTRAN（MEX方法）

更新了用MinGW GCC编译MEX的方法。（见 mingw 文件夹下）

虽然MATLAB关于MEX支持的编译器 列表 并没有支持MinGW gfortran，但事实上Fortran并没有被MEX直接调用，所以只要用C做中转，还是可以被整个编译为mex的。

注意gfortran编译的符号名为小写+下划线（可以 objdump -t *.o 来查看符号表）。 mex 命令即套壳的 gcc ，而 gcc 链接fortran程序需要链接 gfortran 和 quadmath 两个库，而 mex 默认路径找不到这两个库，所以需要手动指定 -L 参数

mingw/compile_mex.bat 是修改后的编译脚本。你可能需要自己修改最上面几个路径。

注意MATLAB R2022a只支持MinGW 6.3.0。可以直接在MATLAB的附加功能管理器安装这个版本的MinGW，那么你得到的路径应该会和我的一样。

科研需求，要在MATLAB中调用FORTRAN老代码。那么首先我不咋会FORTRAN，大一倒是学了一点C，参考MATLAB官方文档后，决定用C做接口语言，将FORTRAN老代码编译为MEX文件。

如果有MATLAB调用C或FORTRAN的需要，可以参考这个工程。

老代码是Tsyganenko博士的GEOPACK和TS04模型，前者包含IGRF参考场，后者是磁层物理常用的T系列模型的04款，如果有同行，欢迎去他的 主页 观摩。

后两者需要被设置为mex的编译器选项（ mex -setup 查看，详见MATLAB文档）

需要注意混合编程时C和FORTRAN的编译器需要兼容。比如VC++和IVF兼容，gfortran和gcc兼容，但不交叉兼容。MATLAB由于不支持mingw的gfortran编译器，因此这一支我们就不用考虑了。一般来说，装一下VS就可以自动解决这一步

这里的笔记可能比较支离破碎。悄悄说一下，如果有MATLAB调用C/Fortran的mex工程相关问题，可以直接问我，可以issue或者email: [email protected] ，我尽量回答（如果我会的话）

MEX的接口文件需要一个名为 mexFunction 的入口函数，地位相当于main。这个函数会输入所有输入和输出的参数列表。基本的流程是先验证参数数目和合理性，然后将导出输入参数数据，创建输出参数内存，计算，最后处理输出参数（需要按输出变量数分类处理）

一个mex文件只对应一个函数，但老代码是一整个模块。一个可行的方案是添加一个输入参数mode，在主函数体内用switch-case语句分开调用。如果觉得这样ugly，可以在matlab里多定义一些m文件封装一下。

具体写法基本上是要参考mex的官方文档。最重要的两个系列是C Matrix API和C MEX API，随时放在手边。

C Matrix API对应mx系列函数。MATLAB变量的数据类型是 mxArray ，我们一般用它的指针 mxArray* 。C/Fortran计算需要用的数据类型为int, double等等，在mex中也有封装，如 mxInt32 , mxDouble 等，本质是typedef。两者之间的操作函数几乎都是mx系列。

C MEX API对应的mex函数则主要是一些和MATLAB本身通信的函数，比如控制台输出、报错、执行语句、和工作区交换变量等等。

这里简单列了一下需求-函数的笔记：（注：以下用*表示一系列）

几个坑（想到啥写到啥）

C和Fortran混编相对比较容易。推荐看这篇 笔记 （英文）

C中对于外部定义的函数、变量等需要加extern关键字。这一点无论对调用外部的C还是Fortran都一样。

一个比较麻烦的事是，不同编译器对两种混编的接口标准不太一样，有些是用大写，有些是用小写，还有些要加_，总之分清自己的编译器最重要。这一步如果出错在编译阶段不会有问题，只会在链接阶段出错。

还有一个链接阶段的错误是，作为一个C入口的程序，调用Fortran程序时需要链接Fortran的库函数，因此在链接时需要加-L参数。

COMMON块是老Fortran（F77）使用全局变量的方式。由于COMMON没有对类型的定义，因此某种程度上COMMON也可以作为共用变量使用，在内存比较贵的时代还是很有意义的。

当然这些都不重要。我们只需要知道COMMON块==一整块内存即可。在C里，我们可以用结构体构造出长度相等的内存。当然，由于这些COMMON是在Fortran中定义的，我们需要声明为extern。至于原来COMMON是什么类型没有关系，编译器只管自家的变量类型正确，外面的是什么类型它不care。比如下面这两组定义就是一回事

extern struct type1{
    double a[40]
}var1;
extern struct type2{
    char a[320]
}var1;

在我们的code中，老代码使用了GEOPACK1和GEOPACK2两个COMMON，其大小分别是34个和315个double。为了回避C编译器的类型检查，我们可以用memcpy进行数据的拷贝工作。

之前对MATLAB调用mex的机制有所误解，走了好多弯路。事实上，mex一经调用便常驻MATLAB内存，直到被clear掉或MATLAB主程序退出。而C语言中，一个变量只能初始化一次。这就导致了，一个mex中定义的全局变量，在执行后可以保留，达到一种类似static的效果。当然，多个mex之间的全局变量不可以通信，这也告诉我们最好把一个模块所有函数写到一个mex文件里。除此以外，MATLAB也提供了 mexMakeMemoryPersistent 等方法来将主程序中动态定义的数据保持下来，不需要存储到MATLAB工作区或文件中也能在下一次调用中继续使用。当然对我们的问题，是用不到的。

MEX的调试方法在MATLAB文档中有写。Windows平台建议用VS调试，将启动的MATLAB进程挂载到VS内，然后打上断点，在MATLAB中调用mex文件，就可以被VS捕获了

话是这么说，但这种方法对我无效，调试时会跳出“msvsmon.exe意外退出，调试已终止”，甚至我MATLAB还没有执行mex代码就会这样退出。网上查了下，可能因为我装的是VS2013 32bit版本（pjb），而MATLAB是64bit，因此调试时必须调用远程调试程序，而这就可能有很多问题，比如网络问题等等。但这个问题我最终没有解决。或许重装64bit VS能够解决这个问题吧。希望有高人指点。

最后我的调试方法是：在源码里插入mexErrMsgIdAndTxt的抛出异常语句作为手动断点调试。因为mex出错时，整个MATLAB会崩掉直接退出，MATLAB启动又慢，整个过程非常痛苦。