第六部分 M文件和面向对象编程

第六部分 M 文件和面向对象编程

假如读者想灵活运用MA TLAB 去解决实际问题，想充分调动MATLAB ——科学技术资源，想理解MA TLAB 版本升级所依仗的基础，那么本章内容将十分有用。

本章将涉及比较深层的MATLAB 内容：脚本；函数（一般函数、内联函数、子函数、私用函数、方法函数）；函数句柄的创建和使用；程序调试和剖析；数据结构（类、对象）；重载和继承；面向对象编程。本章配备了许多精心设计的算例。这些算例是完整的，可直接演练的。读者通过这些算例，将真切感受到抽象概念的内涵、各指令间的协调，将从感知上领悟到面向对象编程的优越和至关要领。

本章新增了第6.7节，专门阐述函数句柄的创建和使用，它适用于MA TLAB6.x 版；(而新增的第6.9.3节中关于程序性能优化的内容，则仅适用于MA TLAB6.5以后版。)

6.1入门

本小节将通过编写脚本文件和函数文件来解决一个具体问题。通过这两个文件，可以初步了解M 文件。对于其中所涉及到的各种语言结构将在后面做详细介绍。

【例6.1-1】通过M 脚本文件，画出下列分段函数所表示的曲面。

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨⎧-≤+≤+<->+=+-------15457.0117575.015457.0),(215.175.375.0216215.175.375.02112122212212

122x x e x x e x x e x x p x x x x x x x x

（1）编写M 脚本文件的步骤

图 6.1-1 a. 打开文件编辑（如上），输入如下一段程序：

[exm0601_1.m]

%exm0601_1.m

a=2;b=2; %

<2>

clf;

x=-a:0.2:a;y=-b:0.2:b;

for i=1:length(y)

for j=1:length(x)

if x(j)+y(i)>1

z(i,j)=0.5457*exp(-0.75*y(i)^2-3.75*x(j)^2-1.5*x(j));

elseif x(j)+y(i)<=-1

z(i,j)=0.5457*exp(-0.75*y(i)^2-3.75*x(j)^2+1.5*x(j));

else z(i,j)=0.7575*exp(-y(i)^2-6.*x(j)^2);

end

end

end

axis([-a,a,-b,b,min(min(z)),max(max(z))]);

colormap(flipud(winter));surf(x,y,z);

b.点击编辑调试器工具条的保存图标，键入新编文件名（如exm0601_1）,完成文件的保存；

（2）运行文件

a.使exm0601_1所在目录成为当前目录，或让该目录处在matlab的搜索路径上；

b.然后在指令窗运行指令（文件名），便可得到图形。

exm0601_1

图 6.1.2

【例6.1-2】通过M函数文件画出上例分段函数的曲面。

整个编程步骤和前面的相同。这里将演示如何在exm0601_1.m的基础上产生函数文件exm0601_2.m。

（1）在编辑调试器中，把exm0601_1.m“另存为”exm0601_2.m；

（2）用下面4行指令代替原文件的第<1><2>条指令。

function exm0601_2(a,b)

%This is my second example.

%a Define the limit of variable x.

%b Define the limit of variable y.

（3）保存修改后的exm0601_2.m文件。

（4）在指令窗中，运行以下指令，就能产生与图6.1.2完全相同的图形。

exm0601_2（2，2）

6.2M文本编辑器

Matlab Editor/Debugger是一个集编辑与调试两种功能于一体的工具环境。利用它不仅可以完成基本的文件编辑操作，还可以对M文件进行调试。这里先介绍它的文件编辑功能，调试功能在后面介绍。

（1）为创建新M文件，启动编译器的3种操作方法：

a. 在指令窗中运行指令edit；

b. 点击指令窗工具条上的新建文件图标；

c. 利用指令窗的[File:New]子菜单，再从右拉菜单中选择“M_file”项。

（2）打开已经有的M文件的3种操作方法：

a. 在指令窗中运行指令edit filename。filename是待打开的文件名，可不带扩展名。

b. 通过指令窗工具条上的打开图标，再从对话框中点选所需打开的文件。

c. 利用指令窗的[File:Open]子菜单，再从对话框中点选所需打开的文件。

（3）文件保存方法（略）/

6.3 MATLAB 控制流

Matlab 提供了5种控制程序流的结构：for 循环结构、while 循环结构、if_else_end 分支结构、以及switch-case 结构，try-catch 结构。matlab 的这5种控制指令用法与其他语言的十分类似。

6.3.1 for 循环结构

for x=array

(commands)

end

说明：for 指令后的变量x 称为循环变量，而for 与end 之间的组命令称为循环体。循环体被重复执行的次数是确定的，该次数由for 指令后面的数组array 的列数决定。换言之，循环变量依次取数组的各列，对于每个变量值，循环体被执行一次。

【例6.3.1-1】一个简单的for 循环示例。

for i=1:10; %i 依次取1，2，…，10

x(i)=i; %对每个I 值，重复执行由该指令构成的循环体

end;

x %要求显示运行后数组x 的值

x =

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

说明：

1． 在for 后面的表达式中的数组可以为任何合法的matlab 数组；

2． 循环结构可以嵌套使用；

3． 为了得到高效代码，应尽量提高代码的向量化程度，而避免使用循环结构；

4． 为了得到高效代码，在循环指令之前应尽量对数组进行预定义。

6.3.2 while 循环结构

while （expression ）

(commands)

end

【例6.3.2-1】Fibonacci 数组的元素满足Fibonacci 规则：12+++=k k k a a a ，),2,1( =k ；且121==a a 。现要求该数组中第一个大于10000的元素。

a(1)=1;a(2)=1;i=2;

while a(i)<=10000

a(i+1)=a(i-1)+a(i); %当现有的元素仍小于10000时，求解下一个元素 i=i+1;

end;

i,a(i),

i =

21

ans =

10946

说明：

1. 一般情况下，表达式的值都是标量值，但是matlab 允许它为一个数组，此时只有当该数组所有元素均为真时，matlab 才会执行循环体；

2. 如while 指令后的数组为空数组时，matlab 认为表达式值为假，而不执行循环体。

6.3.3 if-else-end 分支结构

if-else-end 指令有多种形式，其中最简单的用法是：