第八章程序设计.ppt

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1、第八章 M文件程序设计基础,M文本编辑器M文件MATLAB的数据类型MATLAB控制流程序调试函数句柄,一、M文件,M脚本（命令）文件M函数文件局部变量和全局变量M文件的一般结构变量的检测传递和限权使用函数,1、M脚本（命令）文件（Script）,“脚本”本身反映这样一个事实：MATLAB只是按文件所写的指令执行。M脚本（命令）文件的构成较简单，其特点是：它只是一串按用户意图排列而成的（包括控制流向指令在内的）MATLAB指令集。脚本文件运行后，所产生的所有变量都驻留在MATLAB基本工作空间(Base workspace)中。只要不使用clear指令加以清除，且MATLAB指令窗不关闭，这些

2、变量将一直保存在基本工作空间中。基本工作空间随MATLAB的启动而产生；只有关闭MATLAB时，该基本空间才被删除。,2、M函数文件（Function）,与脚本（命令）文件不同，函数文件(Function file)犹如一个“黑箱”。从外界只能看到传给它的输入量和送出来的计算结果，而内部运作是藏而不见的。,函数文件的特点：,从形式上看，与脚本文件不同，函数文件的第一行总是以“function”引导的“函数申明行”(Function declaration line)。该行还罗列出函数与外界联系的全部“标称”输入输出宗量。但对“输入输出宗量”的标称数目并没有限制，即可以完全没有输入输出宗量，也可

3、以是任意数目。MATLAB允许使用比“标称数目”较少的输入输出宗量，实现对函数的调用。从运行上看，与脚本文件运行不同，每当函数文件运行，MATLAB就会专门为它开辟一个临时工作空间，称之谓函数工作空间(Function workspace)。所有中间变量都存放在函数工作空间中。当执行完文件最后一条指令或遇到return时，就结束该函数文件的运行，同时该临时函数空间及其所有的中间变量就立即被清除。函数空间随具体M函数文件的被调用而产生，随调用结束而删除。函数空间是相对独立的、临时的。在MATLAB整个运行期间，可以产生任意多个临时函数空间。假如在函数文件中，发生对某脚本文件的调用，那么该脚本文件

4、运行产生的所有变量都存放于该函数空间之中，而不是存放在基本空间。,3、局部变量和全局变量,局部（Local）变量它存在于函数空间内部的中间变量，产生于该函数的运行过程中，其影响范围也仅限于该函数本身。全局（Global）变量通过global指令，MATLAB也允许几个不同的函数空间以及基本空间共享一个变量。这种被共享的变量称为全局变量。每个希望共享全局变量的函数或MATLAB基本工作空间，必须逐个用global对具体变量加以专门定义。没采用global定义的函数或基本空间，将无权享用全局变量。如果某个函数的运作使全局变量的内容发生了变化，那么其他函数空间以及基本工作空间中的同名变量也就随之变化

5、。除非与全局变量联系的所有工作空间都被删除，否则全局变量依然存在。例,4、M文件的一般结构,由于从结构上看，脚本文件只是比函数文件少一个“函数申明行”。典型M函数文件的结构：函数申明（定义）行(Function declaration line)：H1行(The first help text line):在线帮助文本(Help text)区:编写和修改记录:函数体(Function body):M函数文件示例,函数申明（定义）行(Function declaration line)：,位于函数文件的首行，以MATLAB关键字function开头，函数名以及函数的输入输出宗量都在这一行定义。,

6、H1行(The first help text line):,紧随函数申明行之后以%开头的第一注释行。按MATLAB自身文件的规则，H1行包含：大写体的函数文件名；运用关键词简要描述的函数功能。该H1行供lookfor关键词查询和help在线帮助使用。,在线帮助文本(Help text)区:,H1行及其之后的连续以%开头的所有注释行构成整个在线帮助文本。它通常包括：函数输入输出宗量的含义，调用格式说明。,编写和修改记录:,与在线帮助文本区相隔一个空行，也以%开头，标志编写及修改该M文件的作者和日期、版本记录。它用于软件档案管理。,函数体(Function body):,为清晰起见，它与前面的注

7、释行以空行相隔。这部分内容由实现该M函数文件功能的MATLAB指令组成。它接收输入宗量，进行程序流控制，得到输出宗量。其中为阅读、理解方便，也配置适当的空行和注释。若仅从运算角度看，惟有函数申明行和函数体两部分是构成M函数文件所必不可少的。,5、变量的检测传递和限权使用函数,输入输出宗量检测指令跨空间变量传递子函数和私用函数,输入输出宗量检测指令,nargin在函数体内，用于获取实际输入宗量nargout在函数体内，用于获取实际输出宗量nargin(fun)获取fun指定函数的标称输入宗量数nargout(fun)获取fun指定函数的标称输出宗量数inputname(n)在函数体内使用，给出第

8、n个输入宗量的实际调用变量名,跨空间变量传递,跨空间计算串表达式的值跨空间赋值,跨空间计算串表达式的值,前面已介绍了实现不同工作空间之间变量传递的两种渠道：函数的输入输出宗量和全局变量。下面介绍第三个传递渠道：跨空间计算串表达式值的指令。evalin(workspace,expression)跨空间计算串表达式值说明：workspace可取两个值：base和caller该调用格式的执行机理：当workspace取base表示计算eval(expression）时，将从基本工作空间获得变量值。当workspace取caller表示计算eval(expression）时，将从主调函数工作空间获得变

9、量值。主调函数是相对被调函数而言的。这里，被调函数是指evalin所在的函数。,evalin(workspace,expression1,expression2)跨空间计算替代串表达式值说明：workspace可取两个值：base和caller该调用格式的执行机理：先从所在函数空间获得变量值用eval(expression1）计算原串表达式；若该计算失败，则在从workspace 指定的（基本或主调函数）工作空间获取变量值，再通过eval(expression2）计算替代串表达式。例：evalin运行机理与eval的异同。,跨空间赋值,实现不同工作空间之间变量传递的第四个传递渠道是跨空间赋值指

10、令：assignin(workspace,VN,x)跨空间向VN变量赋值说明：把当前工作空间内变量x的值赋给workspace指定空间名的VN变量。例：assignin运作机理示范,子函数和私用（局部）函数,子函数私用（局部）函数,子函数,MATLAB允许一个M函数文件包含多个函数的代码。其中，第一个出现的函数称为主函数(Primary function)，该文件中的其他函数称为子函数(Subfunction)。保存时所用的函数名与主函数定义名相同。外部程序只能对主函数进行调用。子函数的性质：,子函数的性质：,每个子函数的第一行是其自己的函数申明行。在M函数文件内，主函数的位置不可改变，但子函

11、数的排列次序可任意改变。子函数只能被处于同一文件的主函数或其他子函数调用。在M函数文件中，任何指令通过“名字”对函数进行调用时，子函数的优先级仅次于内装函数。同一文件的主函数、子函数的工作空间都是彼此独立的。各函数间的信息，或通过输入输出宗量传递，或通过全局变量传递，或通过跨空间指令传递。help,lookfor等帮助指令都不能提供关于子函数的任何帮助信息。涉及子函数的算例。,私用（局部）函数,所谓私用（局部）函数，是指位于private目录上的M文件函数。私用（局部）函数的性质：私用（局部）函数的构造与普通M函数完全相同。私用（局部）函数的只能被private目录的直接父目录上的M函数文件所

12、调用。它不能被其他目录上的任何M函数、M脚本文件或MATLAB指令窗中的命令所调用，也不能被直接父目录上的M脚本文件调用。M文件中，任何指令通过“名字”对函数进行调用时，私用（局部）函数的优先级虽低于内装函数和子函数，但高与其他任何目录上的函数。help,lookfor等指令都不能提供关于私用（局部）函数的任何帮助信息。,二、MATLAB的数据类型,6种基本数据类型及若干衍生类型。,数据文件,MATLAB允许接受的数据文件大致可分为以下几类：以.mat为扩展名的二进制数据文件。以.txt、.dat为扩展名的ASCII码数据文件。以.bmp、.jpg、.tif等为扩展名的图像文件。以.wav为扩

13、展名的声音文件。P192/表8-3,三、MATLAB控制流,for循环结构while循环结构 if-else-end分支结构 switch-case结构 try-catch结构 控制程序流的其它常用指令,1、for循环结构,for x=array(commands)end,For循环的结构以及含义和其他高级语言的结构和含义基本一致。一个简单的for循环示例。和其他语言一样for循环可以有多重循环。,2、while循环结构,while expression(commands)end,与for循环设置固定循环次数来执行循环体相比较，MATLAB中的while循环是应用逻辑表达式来设置与判断是否执行

14、循环体，循环次数依逻辑判断条件来决定，循环次数是不固定的。例：Fibonacci数组的元素满足Fibonacci规则：a k+2=ak+ak+1,(k=1,2,);且a1=a2=1。现要求该数组中第一个大于10000的元素。,3、if-else-end分支结构,if-else-end指令为程序流提供了一种分支结构，它最常用的使用方式：,例,一个简单的分支结构两个分支结构多分支结构：设某批发贸易公司从事苹果批发，当客户购买5000件以上，15元/件；25005000件，16元/件；10002500件，17元/件；5001000件，18元/件；250500件，19元/件；100250件，20元/件

15、；50100件，22元/件；1050件，24元/件；9件以下，28元/件。试编写程序根据客户购买的件数，求出总的 金额数。,4、switch-case结构,switch ex case test1(commands1)case test2(commands2)case testk(commandsk)otherwise(commands)end,例：学生成绩管理，用来演示switch结构的应用。,5、try-catch结构,try(commands1)组命令1总被执行。若正确，则跳出此结构catch(commands2)仅当组命令1出现执行错误，组命令2才被执行end,try-catch结构应

16、用实例。,6、控制程序流的其它常用指令(1),控制程序流的其它常用指令(2),break语句,break语句用来退出for循环和while循环。注意：break只用在if判断语句和while循环判断语句中，break可以中断if和while语句的执行，退出for循环或while循环，执行循环结束标志end后面的语句。例：用for循环指令来寻求Fibonacc数组中第一个大于10000的元素。,echo命令,通常运行一个M文件时，文件中的命令不在屏幕上显示出来。如果M文件被执行之前，首先在MATLAB命令窗中输入echo命令并予以执行，然后再运行M文件，则M文件中的程序将在MATLAB命令窗中显

17、示出来，但影响程序的执行速度。若要清除echo命令的影响，在MATLAB命令窗中键入“echo off”并回车即可。,Input()语句,Input()语句用在M文件中，执行到input()命令时，MATLAB暂停程序的执行，等待用户用键盘赋值给input()指定的变量。Input()语句还可用于等待用户输入MATLAB表达式和字符串，跟其他语句配合，可以实现“菜单”的功能。不过MATLAB中有专用的菜单设置命令，一般并不使用input()来建立。,keyboard命令,类似于input()但功能更强的keyboard命令是等待键盘输入内容，并把键盘输入的内容作为一个M文件来调用。例如，建立一

18、个M文件us.m：x=0:0.01*pi:2*pi;keyboard执行us.m，计算机返回一个提示符：k此时，可以输入一个函数，但要注意这个函数自变量和因变量的对应关系。return命令返回正常状态，表示增加输入的文本内容输入完毕，这一条命令是必须的。,四、程序调试与优化,程序调试概述一般调试技巧程序调试器的使用程序设计的优化M文件调用记录,程序调试概述,MATLAB的调试器(Debugger)可以迅速地帮您找出程序错误所在，其功能包含：查询每一个函数的工作空间(Workspace).显示函数调用的堆栈(Function Call Stack).一行一行地执行M文件.,一般调试技巧,一般而言

19、，计算机程序可能发生的错误可分为两种：语法错误（Syntax Errors）逻辑错误（Logic Errors）一般检测逻辑错误的方法：删除表达式最尾端的分号。若调试一个单独函数，可在其第一行的函数申明行加上%，并定义输入变量的值，直接以脚本的方式来执行此M文件，并保留所有变量于MATLAB工作空间中，以便后续查看及调试。在程序中加入keyboard命令，可使程序执行至此处即暂停，并显示“k”的提示号。此时可任意查看或改变工作空间的任何变量。若要继续执行程序，可在命令窗输入“return”并按下Enter键。使用MATLAB程序调试器。,程序调试器的使用,M文本编辑器事实上就是调试器，包含了一

20、系列的调试图标。更多的调试选项，则出现在工具栏的debug下拉式菜单中。调试器调试程序的一般步骤：（P207）,程序设计的优化,以矩阵运算代替循环运算数据的预定义内存的管理,M文件调用记录,通过记录M文件调用过程，可以分析执行过程中各函数的耗时情况，依此可以了解文件执行过程中的瓶颈问题。通过M文件记录可以避免许多程序设计中不必要的冗余以及时间耗费。,五、函数句柄,函数句柄(Function handle)是MATLAB6.0版启用的新数据类型。它保存着“为该函数创建句柄时的路径、视野、函数名，以及可能存在的重载方法”。引入函数句柄的理由（优点）：（P212）,函数句柄的创建和观察,函数句柄并不

21、是伴随函数文件而自动形成的文件“属性”，是必须通过专门的定义才会生成的。为一个函数定义句柄的方法有两种：利用符号；利用转换函数str2func。对函数句柄的内涵观察需借助专门指令Functions实现。例：为MATLAB的“内建”函数创建函数句柄，并观察其内涵。,函数句柄的基本用法,介绍：如何通过函数句柄执行相应函数的计算。假设，一个函数的调用格式为：argout1,argout2,argoutn=FunName(argin1,argin2,arginn)又假设该函数的句柄通过以下指令获得：Hfun=FunName;那么通过函数句柄实现函数运算的调用格式是：argout1,argout2,argoutn=feval(Hfun,argin1,argin2,arginn)例：本例通过sin(/4)函数及其句柄演示若干基本用法。,