第2章 MATLAB程序设计编者 Outlinen2.1 基本程序元素n2.2 数据类型n2.3 程序控制流n2.4 M文件概述n2.5 MATLAB编程进阶2.1 基本程序元素1 变量与常量 变量是任何程序设计语言的基本元素之一，它是指其数值在数据处理 的过程中可能会发生变化的一些数据量名称。而常量则是指在计算过程中数值不发生变化 的量。 MATLAB语言的变量具有如下特点：n不要求对所使用的变量进行事先声明，也不需要指定变量类型，MATLAB会自动根据所 赋予变量的值或对变量所进行的操作来确定变量的类型；n在赋值过程中，如果变量已经存在，MATLAB会用新值代替旧值，并以新的变量类型代 替旧的变量类型。 变量的命名应遵循如下原则：n变量名区分大小写；n变量名长度不超过 个， 与硬件有关，由函数namelengthmax返回；n变量名必须以字母开头，可包含字母(大小写)、数字和下划线；n关键字不能作为变量名，尽量避免使用函数名作为变量名。2 关键字 MATLAB中的关键字共有20个：break、case、catch、classdef、 continue、else、elseif、end、for、function、global、if、otherwise、parfor、 persistent、return、spmd、switch、try、while。3 运算符 算术运算符 算术运算符分为两类：矩阵运算和数组运算。矩阵运算是按线性代数的规则进行运算， 而数组运算是数组对应元素间的运算。表1列出了常用的算术运算符。表1 常用的算术运算符2.关系运算符系运算是用来判断两个操作数关系的运算，参与关系运算的操作数可以使用各种数据类型的变量或者 常数，运算的结果是逻辑类型的数据。标量也可以和矩阵或者数组进行比较，比较的时候先进行标量扩展 ，返回的结果是和数组同维的逻辑类型数组。如果进行比较的是两个数组，则数组必须是同维的，且每一 维的尺寸也必须一致。MATLAB中的关系运算符和C语言的关系运算基本一致，主要有六种，见表2。表2 关系运算符3. 逻辑运算符 MATLAB提供了两种类型的逻辑运算：元素运算和短路运算，如表3所示。表3 逻辑运算符4.运算符优先级在包含前面介绍的运算符的表达式中，运算顺序按优先级进行。优先级高的先执行， 优先级低的后执行。运算符按优先级从高到低排列见表4。表4 运算符优先级2.2 数据类型MATLAB的早期版本只有非常简单的二维数组和字符类型的数据，目前的MATLAB版本中 不仅有多达十几种的基本数据类型，在不同的专业工具箱中还有特殊的数据类型，并且 MATLAB还支持面向对象的编程技术，支持用户自定义的数据类型。MATLAB支持的基本数据类型见图所示。图 MATLAB的数据类型1.数值型数据 整型数据 数值型数据包括无符号和带符号整数、单精度和双精度浮点数。 浮点型数据 浮点型数据包括单精度（single）和双精度（double）两种格式，默认是double格式。 复数 MATLAB中常用的构造复数的方法主要有两种：直接生成和用函数complex生成。 2.字符串n字符串的定义 n字符串的操作 3.元胞数组元胞数组示意图 元胞数组的创建 用户通常可以使用两种方法创建元胞数组：第一个办法是用赋值语句直接定义；第 二个办法是先由cell函数预先分配存储空间，然后对元胞的每个元素逐一赋值。 元胞数组的操作 用户可以采用“()”和“”两种方式来访问元胞数组中的元素，两种方法返回的结果是 不同的，以元胞数组C为例，C(m,n)返回的是元胞数组C在(m,n)位置上的元胞，而Cm,n返回的是元胞 数组C在(m,n)位置上的元胞中的数据。4.结构数组结构数组是MATLAB中的一种重要的数据类型。同元胞数组类似，结构数组也可以存放不同类型的数据 ，但结构数组的内容更加丰富、应用更加广泛，很多复杂的问题是用结构数组表示时则显得简单方便。图 所示是一个简单的结构体的基本组成。结构数组的创建 使用点号（.）运算符创建 和 利用struct函数创建结构数组 结构数组的操作 由于结构数组比较特殊，如果用户希望在其他应用程序或者模块中使用结构数 组，则需要访问结构数组中的数据，访问结构数组中的字段由点运算符（.）实现。 5.函数句柄创建函数句柄需要用到操作符，其一般语法格式为：fhandle=functionname 6.不同数据类型之间的转换图 数据类型间的转换关系2.3 程序控制流1.顺序结构 顺序结构是指按照程序中语句排列顺序一次执行，直到程序的最后一个语句。 程序的输入从键盘上输入数据，可以使用input函数，该函数的调用格式为：程序的暂停当程序运行时，为了查看程序的中间结果或者观看输出的图形，有时需要暂停程序的执行，这可以使用 pause函数，该函数的调用格式为：程序的输出MATLAB提供的命令窗口输出函数主要是disp和fprintf，disp函数的调用格式为：程序的终止程序代码一般按流程执行完毕后正常退出，但当遇到某些特殊情况，程序需要立即退出时，可以用 return函数提前终止程序运行。程序的报错和警告 MATLAB中，编写程序时经常需要给出一些警告或错误信息，为此，MATLAB提供了函数 warning和error来实现这一功能，这两个函数的调用格式基本一致，常见的调用格式为：2.选择结构 选择结构是根据给定的条件成立或不成立，分别执行不同的语句。MATLAB用于实现选择结构的语句有if语句和switch语句。if语句if语句根据逻辑表达式的值选择执行一组语句，主要有三种使用形式：单分支if语句、双分支if语句 和多分支if语句。MATLAB中，单分支if语句的使用形式如下：当条件成立时，则执行语句组，执行完之后继续执行if语句的后继语句，若某条件不成立，则直接执 行if语句的后继语句，其执行过程如图1所示。图1 单分支if语句执行流程双分支if语句的一般使用形式如下：当条件成立时，执行语句组1，否则执行语句组2，语句组1或语句组2执行完后再执行if语句的后 继语句，其执行过程如图2所示。图2 双分支if语句执行流程多分支if语句是最常用的一种条件语句，其一般使用形式如下：多分支if语句的执行过程如图3所示。图3 多分支if语句的执行流程switch语句switch语句根据表达式的取值不同，分别执行不同的语句，其语句格式为：switch语句的执行过程如图2-1所示。图2-1 switch语句的执行流程3.循环结构 MATLAB用于循环结构的语句有for语句、while语句，与循环结构相关的语句还有 continue语句和break语句。 for语句for语句的一般语句格式为：其中，V是一个矩阵，循环变量每次从矩阵V中取一列，执行一次循环体语句，如此下去，直至执 行完V矩阵中的所有列。图2-2是for语句的执行流程。图2-2 for语句执行流程while语句while语句的一般语句格式为：其中，条件为真时，执行循环体语句。while语句的执行过程如图2-3所示。图2-3 while语句执行流程 break语句MATLAB中，break语句可以使包含break语句的最内层for或while循环强制终止，立即 跳出该结构，并执行end后的语句。break语句一般和if语句结合使用。continue语句MATLAB中，continue语句用于结束本次for或while循环，与break语句不同的是， continue语句只结束本次循环而继续进行下次循环。4.试探结构试探结构是MATLAB独有的一种语句结构，它主要用来对异常情况进行处理，其一般语 句格式为：在执行程序时，该语句结构首先试探性地执行语句段1，如果语句段1出现错误时，控 制语句catch就会捕获它，并执行相应的语句段2。上述程序代码中，在try语句段首先提示输入一个索引值，若索引值满足要求，则使用 disp函数输出相应的内容，否则输出相应的违法信息，并将错误信息赋给变量A。上述程序 的两次运行结果如下：2.4 M文件概述1.脚本文件 “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。这种 文件的构成比较简单，其主要特点如下：n它只是一串按用户意图排列而成的（包括控制流指令在内的）MATLAB指令集合；n脚本文件运行后所产生的所有变量都驻留在MATLAB基本工作空间中，只要用户不适用clear。 2.函数文件 从外界只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。相对于脚本文件，函数文件的主要特点如下：n从形式上看，函数文件的第一行总是以function引导的“函数声明行”；n从运行上看，每当函数文件运行时，MATLAB就会专门为它开辟一个临时工作空间，该空间称 为函数工作空间。 3.脚本文件与函数文件的比较函数文件与脚本文件的主要区别在于：函数文件一般都要带输入输出宗量；对于程序的调试 工作而言，脚本文件要比函数文件方便些。2.5 MATLAB编程进阶1 函数基本类型MATLAB中的函数可以分为：M文件主函数、子函数、匿名函数、嵌套函数、私有函数和 重载函数。 M文件主函数每一个函数M文件第一行定义的函数就是M文件主函数，一个M文件只能包含一个主函数，并通常习惯上将M文件名和M文 件主函数名设为一致。M文件主函数的说法是针对其内部嵌套函数和子函数而言的。一个M文件中除了一个主函数外，还可以编写多个嵌套函数或 子函数，以便在主函数功能实现中进行调用。 子函数一个M文件只能包含一个主函数，但一个M文件中可以包含多个函数，那些编写在主函数后的函数都称为子函数。所有子函 数只能被其所在M文件中的主函数或其他子函数调用。所有子函数都有自己独立的函数声明、帮助和注释等结构，各个子函数的 前后顺序没有任何限制。M文件内部发生函数调用时，遵循函数调用的优先原则。函数调用的优先级从高到低排列如下：子函数私有函数类构造 函数重载函数当前目录中的同名函数路径中其他目录中的函数。查询子函数的帮助信息也可以通过help命令显示，但使用格式稍有差别。如果myfun.m文件中含有名为myfun的主函数和名 为mysubfun的子函数，那么可以通过语句help myfunmysubfun来获取子函数mysubfun的帮助信息。 匿名函数匿名函数是自MATLAB 7.0版起给出的一种全新的函数描述形式，其一般使用格式为：嵌套函数在一个函数内部，可以定义一个或多个函数，这种定义在其他函数内部的函数就被称为嵌套函数。 一个函数内部可以嵌套多个函数，这些嵌套函数内部又可以继续嵌套其他函数。嵌套函数的书写语法格式如下：私有函数私有函数是具有限制性访问权限的函数，它们对应的M文件需要保存在名为private的文件夹下，这 些私有函数代码编写上和普通的函数没有什么区别，但私有函数只能被private目录的直接父目录下的函 数调用。因此，用户可以开发自己的函数库，函数的名称可以与系统标准M函数库名称相同，而不必担 心在函数调用时发生冲突，因为 MATLAB首先查找私有函数，再查找标准函数。同样的，我们也可以通过help命令获取私有函数的帮助信息，但需要声明其私有特点，例如要获取 私有函数myprifun.m的帮助信息，可以使用语句help private/myprifun。重载函数MATLAB中重载函数通常放置在不同的文件夹下，通常文件夹名称以符号开头，然后跟一个代表 MATLAB数据类型的字符，如double目录下的重载函数的输入参数应该是双精度浮点型，而int32目录 下的重载函数的输入参数应该是32位整型。2 串演算函数利用字符串可以构成函数，可以在运行中改变所执行的命令，可以