MATLAB使用速成 第五章（MATLAB编程基础）

一、M文件

1、M文件的用途

        利用MATLAB的程序控制功能，可将相关MATLAB命令编成程序存储在一个文件中（M文件），然后在命令窗口中运行该文件，MATLAB就会自动依次执行文件中的命令，直到全部命令执行完毕。

2、M文件介绍

（1）用MATLAB语言编写的程序称为M文件，由若干MATLAB命令组合在一起构成，可以完成某些操作，也可以实现某种算法。M文件以“.m”为扩展名，M文件的命名规则与变量相同。

（2）根据调用方式不同，M文件可分为：

①Script：脚本文件/命令文件（直接输入文件名即可运行）。

②Function：函数文件（供其它M文件调用，通常带输入参数和输出参数）。

（3）M文件中的百分号是注释符，其后跟着的是程序注释。（需要说明的是，format中的百分号是格式控制符而不是注释符）

3、M文件的创建的与编辑

（1）在当前目录新建一个M文件：

①菜单操作（File→New→M-File）。

②命令操作（edit ）。

③命令按钮（快捷键）。

（2）打开已有的M文件（操作范围不一定是当前目录）：

①菜单操作（File→Open）。

②命令操作（edit ）。（当前目录有则打开，当前目录无则创建）

③命令按钮（快捷键）。

④双击目录中的M文件。

4、运行M文件

（1）对于脚本文件，在命令窗口中直接输入M文件的文件名，即可依次运行M文件中的命令；对于函数文件，将会在下面作介绍。

（2）M文件运行所产生的变量都驻留在MATLAB当前工作空间。

（3）M文件必须在当前工作目录下才能运行。

5、脚本文件举例

（1）用mesh绘制半径为3的球：

①新建一个M文件“myprg1.m”，内容如下：

u=[0:pi/60:2*pi]; 
v=[0:pi/60:pi]; 
[U,V]=meshgrid(u,v);
R=3;  
X=R*sin(V).*cos(U);
Y=R*sin(V).*sin(U);  Z=R*cos(V); 
mesh(X,Y,Z);  
axis equal;

②在命令窗口输入myprg1，即可执行该M文件中的命令。

（2）编写M文件，将华氏温度转化为摄氏温度：

①新建一个M文件“f2c.m”，内容如下：

f=input('Please input f:');  %输入华氏温度
c=5*(f-32)/9;
fprintf('c=%g\n',c);

②在命令窗口中输入f2c，即可执行该M文件。

二、简单的输入输出

1、输入

        对于语句“A=input(<提示信息>)”，提示信息是用单引号括起来的字符串（如果提示信息中包含单引号，则用两个连续的单引号表示信息中的一个单引号），input命令要求用户输入一个值赋给A（可以是数或字符串）。

2、输出

（1）对于语句“disp(X)”，执行后将输出变量X的值，X可以是数值、矩阵或字符串。需要注意的是，disp一次只能输出一个变量，复杂的输出必须用合并的方式实现。

（2）对于语句“fprintf(fid,format,variables)”，执行后将variables（输出变量列表，参数数量可以不定）按格式字符串format（要与输出变量一一对应）指定的数据输出格式将变量的值输出到屏幕或指定的文件fid（这里的格式控制和C语言中的printf非常相似，故仅做简要介绍）；fid为文件句柄，若缺省则输出到屏幕上。

①格式字符串format：

[1]fprintf命令的格式说明符：

[2]format中可以使用的转义字符：

②输出变量为一维矢量时，将对矩阵的所有值重复执行fprintf命令。

③当输出变量为二维矩阵时，将对矩阵按列的顺序重复执行fprintf命令。

3、图形输入

        执行[X,Y] = ginput(n)命令后，用户可在图形窗口中选取n个点，并将选中的点的位置转换为确切的x,y坐标值，每个点的x坐标存放在列向量X中，y坐标存放在列向量Y中。

三、对M文件的操作

1、概述

（1）文件操作是一种重要的输入输出方式，MATLAB提供了一系列输入输出函数，专门用于文件操作。MATLAB中的输入输出函数是以C语言标准库函数中的输入输出函数为基础开发的，所以这些函数与C语言的输入输出函数相类似。

（2）MATLAB文件操作主要有三个步骤：首先打开文件，然后对文件进行读写操作，最后要关闭文件。

2、文件的打开与关闭

（1）打开文件可使用命令fid=fopen(文件名，打开方式)，其中文件名用字符串形式表示（可以带路径名）。

①常见的打开方式（针对读写权限和起始位置）有：

②文件有二进制文件（b）和文本文件（t）两种格式，在Windows下，打开文件的默认是二进制格式，如果要以文本方式打开，则必须在打开方式中加上字符't'。

③fid为文件句柄，其它函数可以用它对该文件进行操作（如fprintf）。如果句柄值大于0，则表示文件打开成功；若打开失败，fid的返回值为-1。

④有两个标准代码文件，不需打开就可以直接使用，分别为：fid=1——标准输出文件；fid=2——标准错误文件。

（2）关闭文件可使用命令status=fclose(fid)，其中fid为所要关闭的文件的句柄，status为关闭文件的返回代码，若关闭成功则为0，否则为-1。

3、文本文件的读取与写入

（1）文本文件的读取：

①tline=fgetl(fid) ——将文件句柄为fid的文件中的内容全部读入字符串tline中，舍弃文件中的换行符。

②tline=fgets(fid) ——将文件句柄为fid的文件中的内容全部读入字符串tline中，不舍弃文件中的换行符。

③[A,count]=fscanf(fid,format,size) ——将文件句柄为fid的文件中的数据按格式字符串format全部读入A中；count是返回读取数据的个数，为可选项；size为可选项，缺省则为读取整个文件（即默认取值为Inf），若给出，则取值可以是N或[m,n]，为N时读取N个数据到一个列向量中，为[m,n]时读取m×n个数据到m×n矩阵中并按列存放。

（2）文本文件的写入：

        使用命令count=fprintf(fid,format,输出变量列表)即可，这里不再赘述。

四、自定义函数

1、函数文件

（1）函数文件的一般格式：

function  <输出形参列表> = <函数名>(<形参列表>)

% 注释说明部分（可选）

<函数体语句>

①第一行为引导行，表示该M文件是函数文件。

②函数名的命名规则与变量名相同（必须以字母开头），另外函数文件名必须与函数名一致。

③当输出形参多于一个时，需要用方括号括起来。

（2）举例：

①将华氏温度转化为摄氏温度的函数文件f2cf.m。（一个输入参数和一个输出参数）

function c = f2cf(f)
c=5*(f-32)/9;
fprintf('c = %g\n',c);

②交换两个变量的值的函数文件myswap.m。（两个输入参数和两个输出参数）

function [a,b] = myswap(x,y)   
a = y;
b = x;

③打印杨辉三角形的函数文件printyh.m。（仅有一个输入参数）

function printyh(n)
yh = 1;  disp(yh); 
if n==1, return; end
yh = [1,1];  disp(yh);
for k = 3 : n
	yh_old = yh;  k2 = ceil(k/2);
	for i = 2 : k2
		yh(i) = yh_old(i-1) + yh_old(i);
	end
	yh(k2+1:k) = yh(k-k2:-1:1); disp(yh);
end

2、函数调用

（1）函数调用的一般格式：<输出实参列表> = <函数名>(<输入实参列表>)

（2）函数调用时，实参的顺序应与函数定义时形参的顺序一致（数量可以不一致）；当输出实参多于一个时，需要用方括号括起来。

（3）实参与形参之间的结合是通过值传递实现的。

（4）函数可以嵌套调用，即一个函数可以被其它函数调用。

（5）函数所传递的参数具有可调性（也就是数量不一定固定），MATLAB用两个永久变量nargin和nargout分别记录调用该函数时的输入实参和输出实参的个数。

①nargin的使用举例：

% ex4nargin.m
function y = ex4nargin(a,b)
if (nargin==1)     %只有一个输入参数
	y = a;
elseif (nargin==2)  %有两个输入参数
	y = a*b;
end

②nargout的使用举例：

% ex4nargout.m
function [p,q] = ex4nargout(a,b)
if (nargout==1)     %只有一个输出参数
	p = a * b;
elseif (nargout==2)  %有两个输出参数
	p = a + b; 
	q = a - b;
end

3、递归函数

（1）函数可以被它自身调用，此时称为递归调用。

（2）举例：计算n的阶乘的函数文件myfactor.m。

function y = myfactor(n)
if (n<=1)
	y=1;
else
	y=n*myfactor(n-1);
end

4、局部变量与全局变量

（1）函数文件中的变量都是局部的，即一个函数文件中定义的变量不能被另一个函数文件或其它M文件使用，当函数调用完毕后，该函数文件中定义的所有局部变量都将被释放，即全部被清除。

（2）如果在若干个M文件中都把某个变量定义为全局变量，则这些函数将公共使用这一变量，所有函数都可以对它进行存取和修改操作。

（3）全局变量的定义语句：global <变量名列表>

①变量名列表中的各个变量用空格隔开，不能用逗号。

②在使用全局变量的所有M文件中，都要对其所使用的全局变量进行定义。

（4）程序示例：

①ex4global.m（脚本文件）：

global a b
a = 1; b = 3;
y = mysquaresum(a,b);
fprintf(' a=%g, b=%g \n',a,b);
z = myproduct(a,b);
fprintf(' a=%g, b=%g\n',a,b);

②mysquaresum.m（函数文件）：

function square_sum = mysquaresum(x,y)
square_sum = x^2 + y^2;  
a = x+y;    %无法改变全局变量a的值

③myproduct.m（函数文件）：

function product = myproduct(x,y)
global a
product = x*y; 
a = x+y;   %可以改变全局变量a的值

5、子函数

（1）一个函数文件中可以含有一个或多个函数，其中第一个称为主函数（主函数必须位于文件最前面，且与文件同名），其它函数称为子函数，其它M文件调用函数文件时，实际上调用的是主函数。

（2）子函数同样由function语句引导，不同于主函数的是，子函数只能被主函数和位于同一个函数文件中的其它子函数调用。

（3）调用一个函数时，MATLAB会首先检查该函数是否为一个子函数，子函数调用主函数这种情况是不允许发生的。

（4）除了用global定义的全局变量外，所有函数中的变量都是局部变量，函数之间通过输入、输出参数进行数据传递。

（5）举例：

% ex4subfun.m
function [avg, med] = ex4subfun(x)  % 主函数 
n = length(x);
avg = mean(x, n);
med = median(x, n);
 
function a = mean(x, n)  % 子函数，计算平均值
a = sum(x)/n;
 
function m = median(x, n) % 子函数，计算中值
x = sort(x);
if rem(n, 2) == 1
	m = x((n+1)/2);
else
	m = (x(n/2)+x(n/2+1))/2;
end

6、函数句柄

（1）函数句柄可以理解成一个函数的代号或别名，调用函数句柄就等价于调用该函数。

（2）函数句柄的定义格式：<句柄名> = @ <函数名>

7、内联函数和匿名函数

（1）内联函数：

①MATLAB中的内联函数借鉴了C语言中的内联函数（宏函数），使用内联函数可以减少调用的时间和空间开销。

②内联函数的定义格式：<函数名> = inline('<函数表达式>', '<变量1>', '<变量2>'，...)

③内联函数的调用方式为“y=f(<数值列表>)”，调用内联函数时，代入的数值列表顺序应与定义时的变量名顺序一致。内联函数的返回值是函数表达式根据输入变量的计算结果。

④由于内联函数是储存于内存中而不是在M文件中，故省去了文件访问的时间，加快了程序的运行速度。

⑤若调用函数时涉及数组运算，则定义函数时也要用数组运算。

（2）匿名函数：

①匿名函数和内联函数类似，也可以让用户编写简单的函数而不需要创建M文件，因此，匿名函数具有inline函数的所有优点，并且效率比inline函数高。

②匿名函数的定义格式：<函数名> = @ (<输入参数列表>)<运算表达式>

③匿名函数的调用方式为“y=f(<数值列表>)”，调用匿名函数时，代入的数值列表顺序应与定义时的变量名顺序一致。匿名函数的返回值是函数表达式根据输入变量的计算结果。

④用其它变量定义匿名函数时，如果其它变量有改变，同时希望匿名函数的定义也随之改变，那么就需要重新定义匿名函数。

⑤若调用函数时涉及数组运算，则定义函数时也需要使用数组运算。