第11讲函数与程序的调试

第11讲函数与程序的调试2本讲教学目标掌握函数文件的基本结构掌握Matlab函数的调用方法了解函数参数的可调性掌握函数的句柄和常用的程序调试方法了解各种不同类型的函数311.1函数11.1.1函数文件基本结构由function语句引导，其基本结构为：function输出形参表=函数名(输入形参表)注释说明部分函数体语句函数名的命名规则与变量名相同。输入形参为函数的输入参数，输出形参为函数的输出参数。当输出形参多于一个时，则应该用方括号括起来。4例1：编写函数文件求半径为r的圆的面积和周长。函数文件如下：%calculatetheareaandperimeterofacircleofradiirfunction[s,p]=fcircle(r)%r—圆半径,s—圆面积,p—圆周长s=pi*r*r;p=2*pi*r;511.1.2函数调用函数调用的一般格式是：[输出实参表]=函数名(输入实参表)注意：函数调用时各实参出现的顺序和个数，应与函数定义时形参的顺序和个数一致，否则会出错。函数调用时，先将实参传递给相应的形参，从而实现参数传递，然后再执行函数的功能。在MATLAB中，函数可以嵌套调用，即函数可以调用别的函数，甚至调用它自身。一个函数调用它自身称为递归调用。6例2：利用函数文件，实现直角坐标(x,y)与极坐标(rho,theta)之间的转换。函数文件tran.m：function[rho,theta]=tran(x,y)rho=sqrt(x*x+y*y);theta=atan(y/x);调用tran.m的命令文件main1.m：x=input('Pleaseinputx=:');y=input('Pleaseinputy=:');[rho,the]=tran(x,y)7例3：利用函数的递归调用，求n!。递归调用函数文件factor.m如下：functionf=factor(n)ifn=1f=1;elsef=factor(n-1)*n;%递归调用求(n-1)!endn!本身就是以递归的形式定义的，即求n!需要求(n-1)!，这时可采用递归调用。811.1.3函数参数的可调性函数nargin和函数nargout分别用于确定函数的输入输出参数个数。函数nargin和函数nargout允许函数接收或返回任意数目的参数。只要在函数文件中包含这两个函数，就可以准确地知道该函数文件被调用时的输入输出参数个数，从而决定函数如何进行处理。9例4：nargin用法示例。函数文件examp.m：functionfout=charray(a,b,c)ifnargin==1fout=a;elseifnargin==2fout=a+b;elseifnargin==3fout=(a*b*c)/2;end命令文件my.m：x=[1:3];y=[1;2;3];examp(x)examp(x,y')examp(x,y,3)1011.1.4函数句柄函数句柄可以实现对函数的间接操作，可以通过将函数句柄传递给其他函数实现对函数的操作，也可以将函数句柄保存在变量中，留待以后调用操作。函数句柄的创建格式如下：fhandle=@functionname其中fhandle为创建的函数functionname的函数句柄。11若要保存函数句柄，可以使用单元数组，如下：trigFun={@sin,@cos,@tan};通过函数句柄实现对函数的间接调用，其调用格式与直接调用函数的格式相同：fhandle(arg1,arg2,...,argn)其中fhandle为函数句柄。例5：函数句柄操作。trigFun={@sin,@cos,@tan};plot(trigFun{2}(-pi:0.01:pi))12函数句柄的操作判断2个函数句柄是否为某一相同函数的句柄isequal判断一个变量是否包含由一个函数句柄isa从一个M文件中向当前工作区间调用函数句柄load从当前工作区间向M文件保存函数句柄save由一个函数名的字符串创建一个函数句柄str2func根据函数句柄创建一个函数名的字符串func2str返回函数句柄的相关信息functions功能描述函数名判断2个函数句柄是否为某一相同函数的句柄isequal判断一个变量是否包含由一个函数句柄isa从一个M文件中向当前工作区间调用函数句柄load从当前工作区间向M文件保存函数句柄save由一个函数名的字符串创建一个函数句柄str2func根据函数句柄创建一个函数名的字符串func2str返回函数句柄的相关信息functions功能描述函数名1311.1.5匿名函数匿名函数提供了一种创建简单程序的方法，可以使用户不必每次都编写M文件，可以在命令窗口或其他任意M文件和脚本文件中使用。格式为：fhandle=@(arglist)expr其中fhandle为该函数创建的函数句柄；@符号用于创建函数句柄；arglist为用逗号分隔的参数列表；expr为函数主体，一般为表达式。1411.1.6主函数通常M文件中的第一个函数为主函数，主函数之后可以是任意数量的子函数，它们可以作为主程序的子程序。一般来说，主函数可被该文件之外的其他函数调用，而子函数只能被该文件内的函数调用。在命令窗口或M文件种只能调用主函数，调用的时候是通过存储该函数的M文件名进行。1511.1.7子函数与其他语言一样，在MATLAB7语言中也可以很方便地定义子函数，用来扩充函数的功能。在函数文件中题头定义的函数为主函数，而在函数体内定义的其他函数都被视为子函数。每个子函数以函数定义语句开头，直至下一个函数的定义或文件的结尾。子函数只能为主函数或同一主函数下的其他子函数所使用。1611.1.8嵌套函数一个函数内部可以定义其他的函数，这种内部的函数称作嵌套函数。定义嵌套函数时，只要在一个函数内部直接定义嵌套函数即可。注意：当一个M文件中存在嵌套函数时，该文件内的所有函数必须以end结尾。17例6：嵌套函数的结构functionx=A(p1,p2)...functiony=B(p3)...end...end每个函数中可以嵌套多个函数。1811.1.9私有函数这类函数位于名为“private”的子文件夹中，只能被上一级文件夹中的函数或者这些函数所调用的M文件调用。如当前文件夹为math，其中包含private文件夹，则private中的函数只能被math根目录下的函数及这些函数调用的M文件调用。用户可开发自己的函数库，其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。1911.1.10重载函数函数重载为程序编写和用户调用都提供了很大的方便。函数重载允许多个函数使用相同的函数名，不同的输入参数类型。在函数调用时，系统根据输入参数的情况自动选择相应的函数执行。2011.2程序的调试和优化11.2.1程序的调试程序的错误种类错误的识别和程序调试11.2.2程序的优化程序优劣的分析程序优化的技巧有效地使用内存2111.2.1程序的调试程序的错误种类在MATLAB的表达式中存在两种类型的错误：(1)语法错误语法错误发生在M文件程序代码的生成过程中，一般是由函数参数输入类型有误或是矩阵运算阶数不符等引起。(2)运行错误运行错误一般指在程序运行过程中，出现溢出或是死循环等异常现象。2211.2.1程序的调试错误的识别和程序调试错误识别函数及其功能显示特定的错误信息error显示特定的警告信息warning回复keyboard命令后函数的运行return中断程序运行，允许用户从键盘进行交互操作keyboard显示矩阵的维数size列出工作区间的所有变量whos显示不同格式和类型的数据Sprintf&fprintf显示特定的值或信息disp在函数运行时显示代码echo功能描述函数名显示特定的错误信息error显示特定的警告信息warning回复keyboard命令后函数的运行return中断程序运行，允许用户从键盘进行交互操作keyboard显示矩阵的维数size列出工作区间的所有变量whos显示不同格式和类型的数据Sprintf&fprintf显示特定的值或信息disp在函数运行时显示代码echo功能描述函数名2311.2.1程序的调试错误的识别和程序调试程序断点的设置结束调试状态dbquit实现工作区间的切换dbup/dbdowm显示M文件执行时调用的堆栈dbstack该函数用于从断点处继续执行M文件dbstep显示M文件文本dbtype显示断点信息dbstatus用于在M文件中设置断点dbstop描述函数结束调试状态dbquit实现工作区间的切换dbup/dbdowm显示M文件执行时调用的堆栈dbstack该函数用于从断点处继续执行M文件dbstep显示M文件文本dbtype显示断点信息dbstatus用于在M文件中设置断点dbstop描述函数2411.2.2程序的优化程序优劣的分析在MATLAB7语言中，使用profile函数以及计时函数tic和toc来分析程序中各个部分的耗时情况，从而帮助用户找出程序中需要改进的地方。其中profile在计算相对耗时以及查找文件执行过程中瓶颈问题时更为有效，而tic和toc函数在计算绝对耗时时更为有效。2511.2.2程序的优化程序优化的技巧(1)程序的向量化操作循环运算是MATLAB中的最大弱点，在程序设计中，应当尽量避免使用循环运算。用户可以通过将M文件向量化来优化M文件，即使用向量和矩阵运算来代替for循环和while循环。(2)数据的预定义使用for和while循环来增加数据结构的大小时，将影响系统和内存的使用，而预定义可提高效率。26本节完，谢谢！！