MATLAB程序设计语言(2.1)---变量的作用域

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MATLAB功能强大，编程方便，是国际广泛使用的计算软件。目前已有很多书籍介绍其在工程上的应用，但很少有从程序设计语言的角度写的书或文章。

MATLAB准备写一个系列，50~100篇左右。内容是笔者的心得，追求市面的书上没有的，都是有小程序作为案例的。上一篇阅读量极少，有没有可能是内容较多，程序较多，让人烦躁？补充这篇算是补救吧，采用短文章风格。

MATLAB将变量存储在工作空间内(workspace)，基工作空间(base workspace)保存MATLAB命令窗口或脚本中的变量。函数不使用基工作空间，每个函数有自己单独的工作空间，以实现数据的隔离保护。大多数情况下，MATLAB函数中的变量只能在函数中使用，而不能在其它函数和基工作空间使用，数据交互采用函数参数传递形式。

全局变量

global：global将变量申明为全局变量，注意的是，1）变量的申明必须在赋值前；2）全局变量在被引用前，需再次使用global声明。

persistent：persistent是一种特殊的全局变量，它仅对本很函数可见。运行下述函数多次，可发现其返回值每次递减。本命令类似于C语言下的static命令，值得注意的是，其初始化方法与C语言不同（static a=3;），而且此变量可以被clear functions命令（functions指具体的函数名）清除，除非在函数内增加mlock命令。

1   functionvariablescope

2   persistenta;

3   if(isempty(a)) a=3;end

4   a=a-1;

5   disp(a);

引用父（或基）工作空间

1   v = evalin('base', 'var');

其中evalin的第一个参数可以为’base’或’caller’，分别指基和父工作空间。

对基工作空间或父工作空间幅值

1   assignin('base', 'a', -1);

也可以使用：

1   evalin('base', 'a=-1;');

外部文件交换

采用外部文件交换可以跨越所有空间，在MATLAB内，save函数用于将本空间变量保存到文件中，load用于将变量导入本函数。

闭包

嵌套函数和匿名函数提供了一种称为闭包的能力。如下ode45的第一个参数为函数名，一般传入时间和自变量x，但有时需要传入更多的参数，这时可以使用λ函数（匿名函数）。

1   ode45(@(t, x, a) fun(t, x, a), tspan, x0, a)

值得注意的是，对于下述程序

1  a=3; b=@() a; b(), a=4; b()

其返回值均为3，这是因为b函数本身包括了被声明当时所处的环境，当外界环境改变时，它仍保留了当时的环境，这种保留当时环境的特性被称为闭包，它带来了一系列编程特性，将在讲函数型数据时详述。

自省

MATLAB变量大部分表现与C语言相同，但其实现机制完全不同。C语言运行时，对变量的引用只表现为地址的指针的引用，其源程序中的名称已完全消失。在MATLAB中，当对变量赋值时，变量存在一个标签，从而也多出了更多的自省的机制。

直接运行whos命令，可以打印所有的变量。如下命令将工作空间内所有变量压缩到一个结构体内：

1  a=whos; cellfun(@(s) evalin('caller', sprintf('W.%s=%s;',s,s)), {a.name});

如下命令查看某个变量是否存在：exist('want_known', 'var');

如下命令查看函数中输入或输出参数有几个：nargin, nargout

如下命令传入函数的可变输入或输出参数：vargin, vargout

如下命令查看父函数名称：mfilename, dbstack

如下命令查看函数参数传入时的真实名称：inputname, dbstack

例如vargin, vargout可以这样使用

matlab不支持a=b=c=d=e=f=g=1的赋值，一个一个赋值太麻烦，这时可以采用逗号分隔符

1   [a b c d e f g]=deal(1, 1, 1, 1, 1, 1, 1)

或写为

1   [a b c d e f g]=deal(1)

deal函数代码如下

deal.m, MATLAB自带程序, edit deal即可看到

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1   functionvarargout = deal(varargin)

2   ifnargin==1,

3     varargout = varargin(ones(1,nargout));

4       else

5         ifnargout ~= nargin

6           error('MATLAB:deal:narginNargoutMismatch',...

7                 'The number of outputs should match the number of inputs.')

8         end

9         varargout = varargin;

10       end

又如下述例子利用了跨域赋值和自省功能，可以在不返回值的情况下交换两输入参数。

1       functionexchangevar (a, b)

2       % 交换a、b变量的值

3       assignin('caller', inputname(1), b);

4       assignin('caller', inputname(2), a);

尽管MATLAB提供了更为丰富和方便的作用域控制功能，但编程序时并不建议使用。它使得函数逻辑复杂，程序更容易出错，调试更为困难，而且对于同一程序的同一形参，多次运行可能出现不同的返回值。在程序设计时常会追求一种引用透明性，即对同一程序同一形参的多次使用返回值均相同。这种理念引申出了一种不同于面向过程、面向对象的编程范式，称之为函数式编程，也将在后续介绍。函数式编程大家不一定要用，但学习后，对提高编程能力有所益处。

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