《MATLAB7 基礎教程》課件第5章

5.1M文件介紹

5.2程序流程控制

5.3數據輸入/輸出

5.4程序調試與優(yōu)化

5.1.1腳本和函數

1．腳本文件

腳本文件中沒有輸入或輸出參量，因而它是最簡單的M文件類型。當運行一個腳本文件時，MATLAB將逐行執(zhí)行文件內的每條指令。它對工作區(qū)間的數據進行操作，或者創(chuàng)建新的數據并保存到工作區(qū)間，而且在運行結束后數據仍然存在。需要注意的是，腳本的運行有可能覆蓋工作區(qū)間原本需要保留的數據。下面給出一個腳本文件創(chuàng)建和運行的例子。5.1M文件介紹創(chuàng)建一個M文件，輸入如下代碼并保存為plotstems.m：

%AnM-filescript %Commentlines

n=0:20; %Computations

stems1(1,:)=sin(2*pi/21*n);

stems1(2,:)=cos(2*pi/21*n);

stems1(3,:)=exp(-0.2*n);fork=1:3

stem(n,stems1(k,:),'full')%Graphicsoutput

pause

end

在命令窗輸入：

>>plotstems

運行結果如圖5-1所示。圖5-1使用腳本文件繪圖結果

2．函數文件

函數文件是含有輸入和輸出參量的M文件，它在自己的工作區(qū)間(函數工作區(qū)間)內對變量進行操作。函數工作區(qū)間與MATLAB工作空間不同，它只在函數內部傳遞變量而且不會互相覆蓋。

MATLAB的函數文件通常由以下部分組成：

●函數定義行；

●?H1行：幫助文本的第一行，以“%”開始；

●幫助文本；

●注釋；

●函數體。例如，對于一個名為fact.m的計算n階乘的函數文件，其各組成部分描述如下：

functionf=fact(n) 函數定義行

%Computeafactorialvalue.

H1行

%FACT(N)returnsthefactorialofN, 幫助文本

%usuallydenotedbyN!

%Putsimply,FACT(N)isPROD(1:N). 注釋

f=prod(1:n); 函數體如果要計算4!，在命令窗輸入：

>>fact(4)

運行結果：

ans=

245.1.2P代碼文件

對于一個函數或者腳本M文件，可以對其進行預解析，即由M文件創(chuàng)建對應的P代碼文件。例如，使用命令pcodefact對M文件fact.m進行解析，生成偽代碼并保存為fact.p文件。如果同時存在fact.m和fact.p兩個文件，MATLAB則優(yōu)先運行fact.p文件。由于P代碼文件是M文件經過解析的結果，因此它的運行速度要比M文件快。在運行運算量巨大的程序時這種差距尤為顯著，例如大型的圖形用戶界面(GUI)應用。另外，P代碼文件還能夠隱藏程序的算法，這是M文件所不能實現(xiàn)的。5.1.3變量類型

編寫M文件時，所要用到的變量不需要預先定義。變量名必須以字母開頭，其后可以是字母、數字或下劃線。變量名的大小寫是有區(qū)別的，并且不能與函數名或者MATLAB中的關鍵字重名。

MATLAB中有三種變量類型：局部變量、全局變量和持續(xù)變量。

1．局部變量

局部變量存在于MATLAB函數之中，只在它所在的函數內有效(嵌套函數除外)，并且與MATLAB工作區(qū)間相互獨立。除了全局變量或持續(xù)變量，一個函數內定義的變量在調用另一個函數時不會在內存中保留，它也不會覆蓋MATLAB工作區(qū)間內的變量。

2．全局變量

全局變量是由global關鍵字定義在MATLAB函數之中，并可以與其他函數或命令共享的變量。例如，在一個名為add3.m的M文件函數內，存在兩個全局變量a、b：

functiony=add3(x)

globalab

y=a+b+x;運行該函數之前，需要對全局變量進行聲明，在命令窗輸入：

>>globalab

>>a=1;

>>b=2;

>>add3(3)

運行結果：

ans=

6

3．持續(xù)變量

持續(xù)變量只能在M文件函數內聲明和使用，由關鍵字persistent來定義。只有聲明了該變量的函數才可以對其進行訪問。如果函數存在，即使MATLAB再調用其他函數，該函數內的持續(xù)變量仍將保留于內存中。例如，在一個名為findSum.m的M文件函數內，存在一個持續(xù)變量SUM_X：

functionfindSum(inputvalue)

persistentSUM_X

ifisempty(SUM_X)

SUM_X=0;

end

SUM_X=SUM_X+inputvalue第一次調用findSum函數時(如findSum(3))，計算得到的SUM_X的值等于函數的輸入參量與原始SUM_X(SUM_X=0)相加之和。

>>findSum(3)

SUM_X=

3

再次調用findSum函數時，由于SUM_X是持續(xù)變量，第一次的計算結果(SUM_X=3)將仍舊存在，故計算得到的SUM_X的值等于函數的輸入參量與現(xiàn)在的SUM_X(SUM_X=3)相加之和。

>>findSum(3)

SUM_X=

6

如此往復，SUM_X的值將反復與輸入參量進行疊加。

>>findSum(3)

SUM_X=

9

…5.1.4關鍵字和特殊值

1．關鍵字

MATLAB中定義了一些關鍵字，在定義變量名時不能與之重名。通過iskeyword命令可以查看MATLAB中定義的所有關鍵字。

>>iskeyword

ans=

‘break’

‘case’

‘catch’

'classdef''continue'

'else'

'elseif'

'end'

'for'

'function'

'global'

'if‘

'otherwise'

‘parfor’

‘persistent’

‘return’

‘switch’

‘try’

‘while’

2．特殊值

MATLAB中定義了一些具有特殊值的變量，如表5-1所示。與關鍵字不同，定義與這些特殊值重名的變量相當于修改這些特殊值。表5-1特殊值5.1.5符號參考

在M文件編程中，經常要用到一些特殊的符號。本小節(jié)將對所有特殊符號(不包括算術、關系和邏輯運算符)進行歸納，作為編程的參考。

1．星號——*

星號通常用在文件操作中，作為文件名或路徑名的通配符，可以代表一個或多個字符。例如，命令dir('Untitled*.m')將羅列所有當前路徑下以Untitled開頭且擴展名為?.m的文件。

2．“猴頭”——@

“猴頭”可以作為構成一般函數或匿名函數句柄的運算符，也可以作為MATLAB類路徑的標志符：

●構成函數句柄，如fhandle=@plot、fhandle=@(x)2*x^2。

●類路徑標志符，如\@myclass\get.m。

3．冒號——:

冒號是產生數值序列的運算符，常用于數組的創(chuàng)建和索引，在第2章中已作過闡述。另外，利用冒號可以將一個數組轉化為列向量。

【例】數組轉化列向量。

在命令窗輸入：

>>A=magic(3),B=A(:)

運行結果：

A=

816

357

492B=

8

3

4

1

5

9

6

7

2

利用冒號還可以在不改變已有數組形狀的前提下對數組進行賦值。

【例】保留數組形狀并賦值。

在命令窗輸入：

>>A=magic(3),A(:)=1:9

運行結果：

A=

816

357

492

A=

147

258

369

4．逗號——,

逗號用于分隔以下幾種類型的元素：

●分隔矩陣的行元素，如A=[3.25,8.32,6.78]。

●分隔數組的索引，如X=A(2,1,3)。

●分隔函數輸入或輸出參量，如function[data,text]=

xlsread(file,sheet,range,mode)。

●分隔一行內的命令或語句并顯示運行結果，如fork=1:3，sum(A(k))，end。

5．大擴號——{}

大括號用于單元數組的創(chuàng)建和索引：

●創(chuàng)建單元數組，如C={[3419],magic(4),‘Cstr’}。

●索引單元數組，如A=C{1,1,2}。

6．單點號——.

單點號可用于結構的字段定義或對象方法的分類符：

●定義結構字段，如funds(2,3).bondtype=‘Corporate’。

●指定對象屬性，如val=asset.current_value。

7．雙點號——..

雙點號用于表示上一級目錄，如當前路徑為F:\matlab\work，命令cd..\bin則設置當前路徑為F:\matlab\bin。

8．省略號——

…

省略號由三個點號構成，是MATLAB中的續(xù)行符。當一行語句過長時，可以在其后加省略號并在下一行續(xù)行書寫。

9．點圓擴號——.()

點圓括號常用于指定動態(tài)結構的字段名。如type=funds(3,2).(fundtype)指定的fundtype就是動態(tài)的字段名。

10．嘆號——!

嘆號用于執(zhí)行需要在MATLAB中執(zhí)行的系統(tǒng)命令，如命令?!regedit將打開系統(tǒng)注冊表。

11．圓擴號——()

圓括號常用于數組的索引(見第2章)，或用于指定函數的輸入參數，如functiondydt=odefun(t,y)。

12．百分號——%

百分號主要用于注釋一行程序，有時也用于分類符的轉換，如sprintf('%s=%d',name,value)。

13．百分擴號——%{%}

百分括號用于注釋一段程序，被注釋的段程序以?%{?開頭，以?%}?結束。

14．分號——;

分號用于創(chuàng)建數組、抑制MATLAB輸出或分隔一行內的命令或語句：

●分隔矩陣的行，如A=[3,2;3,1]。

●抑制輸出，即語句末尾存在分號時將不顯示該語句的運行結果。

●分隔一行內的命令或語句，如A=1；B=4，C=3；將只顯示B的結果。

15．單引號——

‘

’

單引號用于創(chuàng)建字符數組，如Str=‘Word’。

16．空格符——

空格符用于分隔以下幾種元素：

●分隔矩陣的行元素，如A=[583]。

●分隔函數的輸入參量，如function[datatext]=xlsread(file,sheet,range,mode)。

17．斜杠與反斜杠——/?\

斜杠或反斜杠用于分隔表示路徑的字符。在Windows系統(tǒng)的路徑表示中，斜杠與反斜杠的作用是相同的；在UNIX系統(tǒng)中，只能用斜杠來表示路徑。

18．中擴號——[]

中括號有以下幾種用途：

●創(chuàng)建數組，如A=[342;245]。

●串接數組，如A=[eye(6),magic(6)]。

●函數的聲明和調用，將返回值包括在中括號內，如[data,text]=xlsread(file,sheet,range,mode)。5.2.1條件控制語句

條件控制語句用于實現(xiàn)根據條件選擇需要執(zhí)行的程序。如果基于一個條件的真或假來選擇執(zhí)行某段程序，則使用if語句；如果要根據多種可能存在的條件來選擇執(zhí)行某段程序，則使用switch語句。

1．if語句

if語句的一般調用格式為

if條件表達式1

語句體15.2程序流程控制

elseif條件表達式2

語句體2

elseif條件表達式3

語句體3

…

else

語句體n

end

如果if或者某個elseif之后的條件表達式為真，則執(zhí)行該if或者elseif之下的語句體；如果if以及所有elseif之后的條件表達式為假，則執(zhí)行else之下的語句體。if語句中，可以沒有elseif條件或者else條件，但是必須有if條件。

【例】

檢測輸入值是否為?-1、0、1。

在命令窗輸入：

>>input=1;

>>ifinput==-1

disp(‘negativeone’);

elseifinput==0

disp(‘zero’);

elseifinput==1

disp(‘positiveone’);

else

disp(‘othervalue’);

end運行結果：

positiveone

2．switch語句

switch語句的一般調用格式為

switch 表達式

case 表達式取值1

語句體1

case 表達式取值2

語句體2

…

otherwise

語句體n

end

當switch后的表達式取值為某個case之后的取值時，程序將執(zhí)行該case之下的語句體。如果找到第一個滿足表達式取值的case，其他的case語句將不再執(zhí)行；如果沒有滿足表達式取值的case，則執(zhí)行otherwise之下的語句體。

【例】

檢測輸入值是否為?-1、0、1。

在命令窗輸入：

>>input=1;

>>switchinput

case-1

disp(‘negativeone’);

case0

disp('zero');case1

disp(‘positiveone’);

otherwise

disp(‘othervalue’);

end

運行結果：

positiveone5.2.2循環(huán)控制語句

循環(huán)控制語句用于重復執(zhí)行某段程序代碼，可用通過循環(huán)條件來控制循環(huán)的次數。MATLAB的循環(huán)控制語句有for語句和while語句。

1．for語句

for語句按照預先指定好的循環(huán)次數執(zhí)行一條語句或語句體，其常用調用格式為

forindex=start1:increment1:end1

語句體

end其中，start1為起始值，increment1為步進值，end1為結束值，循環(huán)次數為1+[(end1-start1)/increment](中括號[]為向零取整運算)。

【例】

計算4!。

在命令窗輸入：

>>x=1;

>>fori=1:1:4

x=x*i;

end

>>x運行結果：

x=

24

此外還有一種for語句格式，以矩陣A的列階數作為循環(huán)次數。

fork=A

語句體

end

2．while語句

如果while語句之后的表達式為真，while語句將始終執(zhí)行，其常用的調用格式為

while 表達式

語句體

end

【例】

計算4!。在命令窗輸入：

>>i=0;

>>x=1;

>>whilei<4

i=i+1;

x=i*x;

end

x運行結果：

x=

24

while語句也可以是關于矩陣或數組的表達式，但在這種情況下當所有元素全部為真時表達式才為真。

3．continue語句

continue語句的作用是結束本次for或while循環(huán)(即跳過循環(huán)體內該語句之后的所有語句)，直接進入下一個循環(huán)的執(zhí)行判斷。

【例】顯示magic.m文件行數。

在命令窗輸入：

>>fid=fopen(‘magic.m’,‘r’);

count=0;

while~feof(fid)

line=fgetl(fid);

ifisempty(line)|strncmp(line,'%',1)continue

end

count=count+1;

end

disp(sprintf(‘%dlines’,count));

運行結果：

25lines

4．break語句

break語句的作用是終止for或while循環(huán)，即只跳出本層循環(huán)，而不跳出外層循環(huán)。

【例】顯示magic.m文件幫助。

在命令窗輸入：

>>fid=fopen(‘magic.m’,‘r’);

s=‘’;

while~feof(fid)

line=fgetl(fid);

ifisempty(line)break

end

s=strvcat(s,line);

end

disp(s)運行結果：

functionM=magic(n)

%MAGICMagicsquare.

%MAGIC(N)isanN-by-Nmatrixconstructedfromtheintegers

%1throughN^2withequalrow,column,anddiagonalsums.

%ProducesvalidmagicsquaresforallN>0exceptN=2.5.2.3錯誤控制語句

錯誤控制語句try-catch-end的作用是在try之下的一個語句出現(xiàn)錯誤時跳出該語句體并執(zhí)行catch語句體，其基本調用格式為

try

語句體1

catch

語句體2

end

使用lasterr函數可以查詢最后的錯誤信息，查詢結果為空字符串時表示語句體1成功執(zhí)行。

【例】錯誤控制判斷。

在命令窗輸入：

>>n=4;

A=eye(3);

try

an=A(n,:),

catch

an=A(end,:),

end

lasterr運行結果：

an=

001

ans=

Indexexceedsmatrixdimensions.5.2.4程序終止語句

程序終止語句return用于終止當前的命令序列并返回正在被調用的函數，也可以用于終止keyboard方式。例如計算行列式的函數det.m中，利用程序終止語句return對于輸入矩陣為空的情況做了如下處理(即令空矩陣的行列式值為1并返回該函數)：

functiond=det(A)

%DETdet(A)isthedeterminantofA.

ifisempty(A)

d=1;

return

else

...

end

MATLAB提供了一系列用于文件輸入/輸出(I/O)的底層函數，這些函數是基于ANSI標準C語言I/O函數的。對文件進行底層I/O操作時，一般有以下三個步驟：

(1)打開文件；

(2)讀寫數據；

(3)關閉文件。

本節(jié)將主要介紹MATLAB的文件操作的三個步驟及需要用到的函數。5.3數據輸入/輸出5.3.1打開文件

對文件進行讀寫操作以前必須先打開文件。MATLAB的fopen函數用于打開文件，其調用格式如下：

fid=fopen(‘filename’,‘permission’)

其中參數filename為要打開的文件名，也可以在這個參數中指定文件的路徑信息。permission指定要對文件進行操作的方式，可以為以下任一字符串?！?‘r’：只讀方式。

●?‘w’：只寫方式。該方式將覆寫原有文件內容，若文件不存在，則生成新文件。

●?‘a’：追加方式。保留原有文件內容，在文件尾追加寫入數據。

●?‘r+’：可讀可寫方式。

●?‘w+’：清除文件內容或創(chuàng)建文件用于文件讀寫。

●?'a+'：可讀、追加方式。如果文件不存在，則創(chuàng)建該文件?！?‘W’：寫文件，寫的過程中不自動刷新文件內容，當關閉文件時保存所寫數據。

●?‘A’：以追加方式寫文件，過程中不自動刷新文件內容，當關閉文件時保存所寫數據。

通常情況下fopen默認以二進制方式打開文件，可以在permission后加?'b'?來顯式說明。若要以文本的方式打開文件，則給permission后加?'t'。如?'rb'?表示以二進制只讀方式打開文件，'w+t'?表示以文本可讀可寫方式打開文件。在UNIX系統(tǒng)上，文本和二進制方式并無區(qū)別，因此不用考慮加?'b'?加?'t'?的問題。

fid為fopen返回的一個文件標識符(fileidentifier)。fid為1表示標準輸出，為2表示標準錯誤。若文件打開失敗，則fid為-1，并且可以返回一個錯誤消息。下面給出一個打開文件的例子。

【例】

打開文件。在命令窗輸入：

>>fid=0;

whilefid<1

filename=input(‘Openfile:’,‘s’);

[fid,message]=fopen(filename,‘r’);

iffid==-1

disp(message)

end

end命令窗中將顯示：

Openfile:

如果輸入一個不存在的文件nofile.txt：

Openfile:nofile.txt

運行結果：

Nosuchfileordirectory

如果不輸入任何文件名：

Openfile:運行結果：

Cannotopenfile.Existence?Permissions?Memory?...

如果輸入正確的文件名existfile.txt(假設文件existfile.txt存在于當前路徑)：

Openfile:existfile.txt

則命令窗內不出現(xiàn)任何消息。5.3.2讀寫操作

1．讀寫二進制文件

fread函數用于讀取二進制文件，其基本調用格式為

A=fread(fid)

其中A為讀取數據返回的矩陣。

【例】讀取二進制文件。創(chuàng)建一個二進制文件char.bin，其內容如下：

TEST

R5Y

在命令窗輸入：

>>fid=fopen(‘char.bin’,‘r’);

A=fread(fid)‘

fclose(fid);運行結果：

A=

846983841310825389

繼續(xù)在命令窗輸入：

>>disp(char(A));

運行結果：

TEST

R5Y

A=fread(fid,SIZE)表示讀取fid所標識的文件，從當前文件指針所指位置開始的前SIZE個字節(jié)。打開文件后，文件指針的位置最初位于文件開始處。其中SIZE可以為以下任意一種格式：

●?N：讀取前N個字節(jié)，返回一個列向量。

●?inf：讀至文件尾部。

●?[M,N]：至多讀取M×N個數據到一個M×N的矩陣A中。按列順序將數據讀取到矩陣A中，不足的部分補零。N可以為inf，M不可以為inf。

A=fread(fid,SIZE,PRECISIOSIZE)表示讀取SIZE個PRECISIOSIZE字長的數據到

矩陣A中，其中SIZE為可選參數，PRECISIOSIZE一般為一個表示數據類型的字符串，默認情況下為?‘uint8’。表5-2列出了可以作為PRECISIOSIZE參數的字符串，其中不論

是MATLAB還是相應的C或Fortran語言的數據類型，都可以作為PRECISIOSIZE參數。

表5-3列出的字符串同樣可用，但是在不同平臺上它們的大小會有差異。表5-2通用精度類型表5-3與平臺有關的精度類型默認情況下fread返回的是一個double類型的矩陣，在PRECISIOSIZE參數中可以指定返回矩陣的數據類型：

‘source1=>source2’

該命令表示讀入的源數據格式為source1，返回的目的數據格式為source2。如果source1與source2相同，則該命令可以簡寫為

*source1例如：

‘uint8=>uint8’：以8位整數讀入數據，并將其保存在一個8位整數的矩陣中。

‘*uint8’：上面格式的簡寫形式，等價于?‘uint8=>uint8’。

‘bit4=>int8’：以4位整數讀入數據，并將其保存在一個8位有符號整數矩陣中。每4位整數變成一個8位整數。

'double=>real*4'：以double型讀入數據，并將其保存在一個32位浮點數矩陣中。

【例】以特定數據類型讀取二進制文件。

仍以文件char.txt為例，在命令窗輸入：

>>fid=fopen(‘char.bin’,‘r’);

A=fread(fid,‘uint8=>char’)‘

fclose(fid);

運行結果：

A=

TEST

R5Y

fread函數還可以指定在讀取過程中跳躍的字節(jié)數，其調用格式為

A=fread(fid,SIZE,PRECISIOSIZE,SKIP)

其中SIZE為可選參數，SKIP為跳躍的字節(jié)數。

【例】字節(jié)跳躍讀取二進制文件。

在命令窗輸入：

>>fid=fopen(‘char.bin’,‘r’);

A=fread(fid,‘uint8=>char’,1)‘

fclose(fid);運行結果：

A=

TS

RY

使用fwrite函數可將二進制文件寫到文件中，其調用格式如下：

●?count=fwrite(fid,A)：將矩陣A中的元素寫入到fid所標識的文件中去。count表示已經成功寫入元素的數目?！?count=fwrite(fid,A,PRECISION)：以指定的數據精度PRECISION，將矩陣A中的元素寫入fid所標識的文件中。PRECISION如表5-2所示。

●?count=fwrite(fid,A,PRECISION,SKIP)：以指定的數據精度PRECISION，指定的跳躍數SKIP，將矩陣A中的元素寫入到fid所標識的文件中。當PRECISION為?'bitN'?或?'ubitN'時，SKIP為跳躍的位數，其他情況為跳躍的字節(jié)數。

2．讀寫文本文件

fgetl函數和fgets函數常用于文本文件的讀取。

fgetl函數用于返回下一行文本的字符串且不保留換行符，其調用格式為

tline=fgetl(fid)

其中，fid為文件標識符，當成功讀取文件的下一行時，fgetl返回該行字符串到tline；當fgetl讀到文件末尾時，返回?-1；若讀取錯誤，則返回一個空字符串，可以用函數ferror獲取錯誤信息。

【例】利用fgetl函數讀取文件fgetl.m的內容。

在命令窗輸入：

>>fid=fopen(‘fgetl.m’);

while1

tline=fgetl(fid);

if~ischar(tline),break,end

disp(tline)

end

fclose(fid);運行結果：

functiontline=fgetl(fid)

%FGETLReadlinefromfile,discardnewlinecharacter.

%TLINE=FGETL(FID)returnsthenextlineofafileassociatedwithfile

%identifierFIDasaMATLABstring.Thelineterminatoris

NOT

%included.UseFGETStogetthenextlinewiththeline

terminator

%INCLUDED.Ifjustanend-of-fileisencountered,-1is

returned.

%%Ifanerroroccurswhilereadingfromthefile,FGETLreturns

anempty

%string.UseFERRORtodeterminethenatureoftheerror.

%

%MATLABreadscharactersusingtheencodingscheme

associatedwiththe

%file.SeeFOPENformoreinformation.

%

%FGETLisintendedforusewithfilesthatcontainnewline

characters.%Givenafilewithnonewlinecharacters,FGETLmaytakea

longtimeto

%execute.

%

%Example

%fid=fopen('fgetl.m');

%while1

%tline=fgetl(fid);%if~ischar(tline),break,end

%disp(tline)

%end

%fclose(fid);

%

%SeealsoFGETS,FOPEN,FERROR.

%Copyright1984-2005TheMathWorks,Inc.

%$Revision:5.15.4.5$$Date:2005/12/1223:25:45$

%try

[tline,lt]=fgets(fid);

tline=tline(1:end-length(lt));

ifisempty(tline)

tline='';

endcatch

ifnargin~=1

error(nargchk(1,1,nargin,‘struct’))

end

rethrow(lasterror)

end

fgets函數的功能和用法與fgetl函數基本相同，不同的是fgets函數保留換行符。

3．讀寫格式化文本數據

fscanf函數和fprint函數分別用于數據的格式化讀和寫。fscanf的調用格式為

[A,count]=fscanf(fid,FORMAT,SIZE)

該命令用于將fid所標識文件以FORMAT格式讀入到矩陣A中。參數SIZE決定讀取多少數據。SIZE可以為N、inf、[M,N]任一種格式，具體的同fread函數中的SIZE參數。count是一個可選參數，表示成功讀取的數據個數?！?%c：字符格式；

●?%s：字符串格式；

●?%d：有符號十進制整數；

●?%o：有符號八進制數；

●?%x：有符號十六進制數；

●?%u：無符號十進制整數；

●?%e,%f,%g：浮點數。

關于格式符的更多用法可以參見C語言參考手冊。函數fprintf可以將數據格式化寫入到文件中去，其調用格式為

count=fprintf(fid,FORMAT,A,...)

該函數將數據矩陣A以FORMAT格式寫入到fid所標識的文件中去。count表示已經成功寫入的字節(jié)數。FORMAT是格式符，這里的用法基本同fscanf中的FORMAT參數，不過可以在FORMAT中加入字符串或者轉義字符。常見的轉義字符如表5-4所示。表5-4轉義字符下面通過一個例子來說明fprintf函數的用法。

【例】fprintf函數的用法。

創(chuàng)建一個腳本文件，輸入如下代碼并運行：

x=0:.2:1;

y=[x;exp(x)];

fid=fopen(‘exp.txt’,‘wt’);

fprintf(fid,‘x:%6.2f\ty=%12.8f\n’,y);

fclose(fid)在命令窗輸入typeexp.txt命令查看結果：

>>typeexp.txt

x:0.00 y=1.00000000

x:0.20 y=1.22140276

x:0.40 y=1.49182470

x:0.60 y=1.82211880

x:0.80 y=2.22554093

x:1.00 y=2.71828183

4．文件定位

前面提到過文件指針的概念，這里將詳細介紹文件指針是如何在文件內部定位的。當打開文件時，操作系統(tǒng)通過一個文件指針來指示當前文件的位置。這個指針將決定對文件進行操作時，從文件的何處開始進行讀或寫操作。MATLAB提供了函數fseek、ftell，用于實現(xiàn)對文件指針的操作。

fseek函數用于設定文件指針的位置，其調用格式為

status=fseek(fid,OFFSET,ORIGIN)該函數將fid所標識的文件的文件指針，移到以ORIGIN為基點，以OFFSET為偏移量的位置。若操作成功，則status為0，否則status為?-1。

參數ORIGIN為文件指針移動的基點，可以為以下字符串：

●?‘bof’：-1，文件起始位置；

●?‘cof’：0，指針當前位置；

●?'eof'：1，文件末尾。

OFFSET為文件的偏移地址，說明如下：

●?OFFSET>0：向文件末尾方向移動文件指針；

●?OFFSET=0：偏移地址為0，將文件指針移動到ORIGIN所指位置；

●?OFFSET<0：向文件起始位置移動文件指針。

例如，fseek(fid,8,'bof')表示從文件的起始位置?'bof'?處向文件末尾方向移動8個字符，結果如圖5-2所示。fseek(fid,0,'eof')表示將文件指針移動到文件末端。圖5-2文件定位示例

ftell函數用于獲取當前文件指針的位置，其調用格式為

position=ftell(fid)

如果position為?-1，則表示查詢當前文件指針位置不成功，可以用ferror獲取錯誤信息。5.3.3關閉文件

fclose函數用于關閉文件，這是執(zhí)行文件操作后必須執(zhí)行的操作，與fopen函數配套使用。前面的很多例子中已經使用過fclose函數，這里主要介紹fclose函數的其他調用格式：

●?status=fclose(fid)：當函數返回0時表示成功關閉文件，返回?-1時則表示關閉過程中發(fā)生錯誤。如果fid不標識一個已經打開的文件，或者為0(標準輸入)、1(標準輸出)、2(標準錯誤)，則fclose拋出一個異常?！?status=fclose(‘all’)：關閉除fid為0、1、2以外的所有文件。成功時返回0，否則返回?-1。

【例】打開文件、文件定位、讀寫二進制文件、關閉文件。

創(chuàng)建文件test1.dat，其內容為

Pine

applesandtea.

Orangutansandmonkeys,

Dragonflysorfleas.創(chuàng)建文件test2.dat，其內容為

Orangesandlemons,

要將text1.dat中第二行以后的數據寫入到text2.dat文件的尾端，在命令窗輸入：

>>fid1=fopen(‘test1.dat’,‘r’);

fseek(fid1,4,‘bof’);

A=fread(fid1,inf,‘uint32’);

fid2=fopen(‘test2.dat’,‘r+’);

fseek(fid2,0,‘eof’);

fwrite(fid2,A,‘uint32’);

fclose('all');要顯示改動后test2.dat文件的內容，在命令窗輸入：

>>typetest2.dat

運行結果：

Orangesandlemons,

applesandtea.

Orangutansandmonkeys,

Dragonflysorfleas.5.3.4更多文件I/O函數

除以上小節(jié)介紹的MATLAB底層文件I/O操作函數之外，在此基礎上，MATLAB針對不同的文件格式，提供了更為豐富的文件I/O函數。這些函數功能更為強大，使用也更方便。表5-5列出了MATLAB支持的可讀寫數據文件格式及相關函數。這些函數的具體使用方法較為簡單，此處不再贅述。表5-5MATLAB支持的可讀寫數據文件格式5.4.1程序的調試

編寫程序的過程中不免出現(xiàn)錯誤，調試錯誤的過程與編寫程序的過程同樣重要，因此掌握一定的調試技巧，對于提高編程效率是大有益處的。

MATLAB程序的錯誤主要有兩類：一類是語法錯誤，比如函數名拼寫錯誤、調用參數不匹配、標點符號丟失、關鍵字不完整等，一般這類錯誤在編譯期間即可被發(fā)現(xiàn)。5.4程序調試與優(yōu)化

MATLAB會給出錯誤警告的內容及相應行。根據錯誤信息就可以很容易地排除和修正這類錯誤。另一類錯誤是運行時錯誤。這類錯誤往往是由于邏輯錯誤而引起的，表現(xiàn)在程序運行結果與預想結果不一致，但編譯器卻無法給出錯誤所在。較語法錯誤來說，運行時錯誤更具隱蔽性，調試難度也較大。本小節(jié)主要針對運行時錯誤來介紹幾種調試的方法。

1．以命令行模式進行M文件調試

用命令行模式調試M文件，不僅快速便捷、功能強大，而且具有較好的通用性，適合于各種不同的平臺。表5-6列出了M文件的常用調試函數。表5-6常用調試函數下面對幾個常用的調試函數進行具體的介紹。

(1)?dbstop函數用于在M文件中設置斷點，其調用格式如下：

●?dbstopinMFILEatLINENO：在M文件MFILE的第LINENO行處設置斷點。這里的LINENO處若為注釋，則斷點設為該段注釋結束后的下一行程序段。

●?dbstopinMFILEatLINENO@N：設置程序在執(zhí)行到MFILE的第LINENO行，第N個匿名函數處停止。

●?dbstopinMFILEatLINENO@NifEXPRESSION：如果EXPRESSION為真，則設置dbstopinMFILEatLINENO@N?！?dbstopiferror：當執(zhí)行M文件遇到錯誤時，停止運行程序到產生錯誤的行，并使程序進入調試狀態(tài)。這里的錯誤不包括try…catch語句中檢測到的錯誤，用戶不能再運行產生錯誤行以后的程序。

●?dbstopifcatcherror：基本同上，不同的是這里包括try…catch語句中檢測到的錯誤。

●?dbstopiferroridentifier：當程序遇到信息為identifier的錯誤時，程序停止在產生錯誤的行，其他同命令dbstopiferror?！?dbstopifwarning：當執(zhí)行M文件遇到警告時，程序暫停在產生錯誤的行并進入調試狀態(tài)。執(zhí)行此命令后可以用dbcont或dbstep恢復執(zhí)行程序。

●?dbstopifnaninf或dbstopifinfnan：當執(zhí)行M文件遇到無窮值或者非數值時，程序暫停并進入調試狀態(tài)。

(2)?dbclear函數用于清除M文件中的斷點，其調用格式如下：

●?dbclearall：清除所有M文件中的斷點。

●?dbclearinMFILE：清除MFILE文件中的所有斷點。

●?dbclearinMFILEatLINENO：清除MFILE文件中第LINETO行的斷點。

●?dbclearinMFILEatLINENO@N：清除MFILE文件第LINENO行，第N個匿名函數中設置的斷點?！?dbclearinMFILEatSUBFUN：清除在MFILE文件子函數SUBFUN中的所有斷點。

●?dbcleariferror：清除由命令dbstopiferror或dbstopiferroridentifier設置的斷點。

●?dbclearifcaughterror：清除由命令dbstopifcaughterror或dbstopifcaughterroridentifier設置的斷點。

●?dbclearifwarning：清除由命令dbstopifwarning或dbstopifwarningidentifier設置的斷點。

●?dbclearifnaninf或dbclearifinfnan：清除由命令dbstopifnaninf或dbstopifinfnan設置的斷點。

(3)?dbcont函數用于從斷點處恢復繼續(xù)執(zhí)行程序，直到遇到下一個斷點或者錯誤，或者程序執(zhí)行完畢返回基本工作區(qū)間，其調用格式為dbcont。

(4)?dbstep函數用于從當前斷點處恢復，步進地執(zhí)行程序，其調用格式如下：

●?dbstep：執(zhí)行當前斷點處的下一行程序。dbstep會忽略當前行所調用函數中的斷點。

●?dbstepNLINES：該命令將執(zhí)行到當前斷點所在行的下NLINES行程序處，若中間程序行有斷點，則執(zhí)行到斷點處?！?dbstepin：執(zhí)行下一行程序，若此行有函數的調用，則進入該函數內部，否則同dbstep。

●?dbstepout：該命令運行完函數的剩余部分，程序停留在離開函數處。

(5)?dbstatus函數用于查看所有斷點的情況，其調用格式如下：

●?dbstatus：列出所有文件中的斷點。

●?dbstatusMFILE：列出MFILE文件中所有的斷點信息。●?s=dbstatus：該表達式以一個M×1的結構形式返回所有斷點信息，各字段信息如下：

■?name：文件名。

■?file：包含有斷點的文件的路徑。

■?line：斷點行號向量。

■?anonymous：在line字段中的行號向量對應的匿名函數序列向量。如某斷點行有第2個匿名函數，則其對應的匿名函數序列為2?！?expression：與line中行對應的斷點條件表達式字符串向量。

■?cond：條件字符串，如?‘error’，‘caughterror’，‘warning’

或?‘naninf’。

■?identifier：當cond是?'error'，'caughterror'?或者?'warning'?時，該字段為信息類別字符串向量。

(6)?dbtype函數用于顯示帶有行號的M文件內容，其調用格式如下：

●?dbtypeMFILE：顯示指定文件MFILE的內容并帶有行號信息。

●?dbtypeMFILEstart:end：顯示指定文件MFILE從start到end行之間的內容并帶有行號信息。

(7)?dbstack函數用于顯示當前斷點所在的M文件名和產生斷點的行號，并且以執(zhí)行順序列出，其調用格式如下：

●?dbstack：顯示函數調用堆棧中的文件名及行號信息。●?dbstack(N)：省略堆棧前N個函數的調用信息。

●?dbstack(‘-completenames’)：顯示堆棧中函數文件的路徑、文件名與行號。

●?[ST,I]=dbstack：執(zhí)行此命令后，其中ST以一個M×1的結構體形式返回堆棧信息。各字段信息如下：

■?file：出現(xiàn)函數的文件名，如果沒有文件，則這個字段為空。

■?name：文件中的函數名。

■?line：函數行號。

I為返回的當前工作區(qū)間索引。

【例】dbstack的使用。

在調式模式下，如果輸入：

K>>dbstack

運行結果：

Incollatzplotat6

>Intestat1如果輸入：

K>>dbstack(1)

運行結果：

>Intestat1

如果輸入：

K>>dbstack(‘-completenames’)

運行結果：

InF:\Matlab\work\collatzplot.m>collatzplotat6

>InF:\Matlab\work\test.m>testat1如果輸入：

K>>[ST,I]=dbstack

運行結果：

ST=

file:‘collatz.m’

name:‘collatz’

line:6

I=1

(8)?dbquit函數用于退出調試模式，其調用格式如下：

●?dbquit：退出調試模式，所有斷點仍有效。如果調試文件1并跳轉到文件2，執(zhí)行該命令將終止文件1和文件2的調試狀態(tài)。如果在調試文件1的同時也在調試文件2，則運行一次dbquit只能將其中之一退出調試模式。

●?dbquit(‘all’)或dbquitall：一次性終止所有文件的調試狀態(tài)。

2．以GUI方式調試M文件

用戶可以選擇用GUI方式進行M文件的調試，這種方式更加直觀和方便。新建一個M文件，在編譯器主菜單Debug選項的下拉菜單中可以看到如圖5-3所示的各種調試命令。圖5-3GUI方式調試主菜單的部分調試命令在調試工具欄中也有相對應的圖標，如圖5-4所示。

下面將對這些命令作簡要的介紹。

●?Step：單步執(zhí)行。對應工具欄上的按鈕圖標，快捷鍵為F10，對應的調試命令為dbstep。

●?Stepin：單步執(zhí)行，遇到函數則跳轉到函數內部。對應工具欄上的按鈕圖標，快捷鍵為F11，對應的調試命令為dbstepin。圖5-4調試工具欄●?Stepout：跳出函數內部。對應工具欄上的按鈕圖標，快捷鍵為Shift+F11，對應的調試命令為dbstepout。

●?Continue：繼續(xù)執(zhí)行。對應工具欄上的按鈕圖標，快捷鍵為F5，對應的調試命令為dbcont。

●?GoUntilCursor：運行程序直到光標所在的行?！?Set/ClearBreakpoint：設置或清除斷點。對應工具欄上的按鈕圖標，快捷鍵為F12，對應的調試命令為dbstop/dbclear。

●?Set/ModifyConditionalBreakpoint…：設置或修改當前光標所在行的條件斷點。單擊此命令會彈出如圖5-5所示的對話框，在文字框中可輸入條件表達式。同調試命令dbstopinMFILEatLINENOifEXPRESSION，其中LINENO即光標所在行，EXPRESSION即條件表達式。圖5-5MATLABEditor對話框●?Enable/DisableBreakpoint：使斷點有效/失效。

●??ClearBreakpointsinAllFiles：對應工具欄上的按鈕

圖標，對應的調試命令為dbclearall。

●?StopifError/Warnings…：單擊該菜單項會彈出如圖5-6所示的對話框，相應的調試命令在相應選項后面的括號中均有注明。圖5-6StopifError/WarningsforAllFiles對話框●

ExitDebugMode：對應工具欄上的按鈕圖標，快捷鍵為Shift+F5，對應的調試命令為dbquit。

●在工具欄的左端還有一個下拉列表框。當程序處于調試狀態(tài)時該框被激活。這個下拉列表框中顯示了函數的調用關系，對應于調試命令中的dbstack。

3．調試輔助函數

前面介紹了通過命令調試程序以及通過GUI調試程序的方法。另外MATLAB還提供了一些調試輔助函數，可以幫助用戶更快地發(fā)現(xiàn)問題的所在。調試輔助函數的功能描述如表5-7所示。表5-7調試輔助函數5.4.2程序的優(yōu)化

本小節(jié)將介紹如何利用優(yōu)化工具分析和改進程序的性能，以及如何編寫性能較高的MATLAB程序語言。

1．使用M-LintCodeCheckReport工具

M-LintCodeCheckReport(代碼檢查報告)工具可用于檢查代碼中可能存在的錯誤和問題，并且會向用戶提出改進代碼的建議。在當前路徑窗口中單擊按鈕，將打開M-LintCodeCheckReport窗口，窗口中顯示的是當前路徑下所有M文件的代碼分析結果。單擊文件名超鏈接可以打開文件，單擊文件行號超鏈接可以打開文件并定位到檢查存在問題的代碼行，如圖5-7所示。圖5-7M-LintCodeCheckReport窗口如果對文件進行了改動，保存改動后單擊RerunThisReport，可以更新顯示改動后的分析報告。

下面給出了獲取M-Lint信息的其他方法，通過這些方法同樣可以得到M-Lint信息，只是信息的形式不同：

●在M文件編輯/調試器界面的主菜單中選擇Tools>M-Lint>ShowM-LintReport來訪問M-Lint代碼分析報告。

●使用mlint函數分析指定文件并在命令窗內顯示信息，或使用mlintrpt運行mlint并以Web瀏覽器方式顯示M-Lint代碼分析報告。

●使用自動M-Lint代碼分析校正，可以在編寫代碼的過程中不停地對代碼進行檢查。

2．使用Profiler進行優(yōu)化

MATLAB提供的M文件Profiler可以用于實現(xiàn)程序性能的優(yōu)化。Profiler是一個基于profiler函數返回結果的GUI。Profiler可以幫助用戶決定如何修改代碼以提高程序的性能。

Profiling是一種測量程序耗費時間的方法。使用MATLABProfiler可以確定代碼中最耗費時間的函數，從而決定是否要調用這些函數或者盡可能地減少調用。這在決定一個特定函數調用次數是否合理時十分有用。由于程序通常有很多層，而代碼不能夠明確地調用最耗時間的函數。程序代碼中的函數可能調用了其他耗費時間的函數，因此決定調用哪個函數非常重要。通過profiling可以分析程序性能，并且可以對程序進行以下優(yōu)化：

●避免因疏忽帶來的不必要的計算。

●改變算法以避免耗費大量時間的函數。

●存儲結果，避免下次調用時重復計算。用戶可以通過以下方法中的任意一種來打開Profiler：

●在MATLAB桌面主菜單上選擇Desktop>Profiler。

●在MATLAB桌面工具欄上單擊Profiler按鈕。

●對于一個MATLAB編輯/調試器中的文件，選擇Tools>OpenProfiler。

●選中歷史命令窗口中的一條或多條語句，在右鍵菜單上選擇ProfileCode。

●在命令窗輸入命令：profileviewer。

使用命令profileviewer打開Profiler，如圖5-8所示。圖5-8Profiler瀏覽器接下來可以按照以下步驟運行profiling：

(1)在Profiler的Runthiscode字段輸入將要運行的語句或文件名。

(2)單擊StartProfiling或者在語句輸入完畢時按回車鍵，啟動profiling。

【例】使用Profiler。

打開Profiler，在Runthiscode字段輸入如下語句：

[t,y]=ode23(‘lotka’,[0100],[20;20])

單擊StartProfiling，運行結果如圖5-9所示。圖5-9使用Profiler分析代碼圖5-9所示的ProfileSummary報告中顯示了所有函數執(zhí)行統(tǒng)計以及每個被調用函數的統(tǒng)計：

●?FunctionName：調用到的函數或子函數列表。第一次顯示時，這些函數將按它們耗費時間的多少從大到小排列。單擊FunctionName超鏈接后，可以將函數按字母表順序

排列。

●?Calls：函數被調用的次數。單擊Calls超鏈接后則按它們被調用次數的多少從大到小排列。●?TotalTime：每個函數總共耗費的時間，包含所有被調用的子函數。單擊TotalTime超鏈接后可以按它們耗費時間的多少從大到小排列。

●?SelfTime：每個函數總共耗費的時間，不包含所有被調用的子函數。單擊SelfTime超鏈接后可以按它們耗費時間的多少從大到小排