计算机软件及应用matlab5-程序设计课件

1、第五讲 Matlab程序设计（2）通信与信息工程学院20122013学年冬季学期第1页，共47页。8/4/20221 MATLAB作为一种高级语言，它不仅能以一种人机交互式的命令行的方式工作，还可以像BASIC、FORTRAN、C等其他高级计算机语言一样进行控制流的程序设计，即编制一种以 . m为扩展名的MATLAB程序（简称M文件）。 第2页，共47页。8/4/20222Matlab语言的开放性：Matlab适应各学科、专业研究的需要，提供了各种专业的工具箱。Matlab为实现与外部应用程序的“无缝”结合，提供了专门的应用程序接口API。七、应用程序接口API 第3页，共47页。8/4/20

2、223Matlab外部接口主要包括：MEX文件，外部程序调用接口；MAT文件，应用程序，数据输入输出接口；Matlab计算引擎函数库；Matlab与其它开发平台的接口，Visual C+、Visual Basic、Delphi、Powerpoint等等。第4页，共47页。8/4/20224MEX文件可应用于以下场合：已经存在的较大规模的C或Fortran程序可以比较容易的在matlab中加以调用，而无需重写成M文件。在matlab中运行不很有效的计算瓶颈（一般出现在不可避免的循环时），可以用C或Fortran重新编写后构成MEX文件解决。直接面向硬件编写的C或Fortran程序可以通过MEX被

3、matlab调用。1、MEX文件第5页，共47页。8/4/20225MEX文件是一种可在matlab中调用的C或Fortran语言的衍生程序， MEX文件的源码文件是由C或Fortran语言编写的。MEX文件经matlab编译器处理而生成二进制文件，可以被matlab解释器自动装载并执行的动态链接程序。这种文件在windows操作系统中使用后缀*.DLL。MEX文件使用极为方便，其调用方式与matlab内建函数完全相同，在命令窗口键入MEX 文件名。MEX文件的执行优先级高于M文件。MEX文件第6页，共47页。8/4/20226MEX文件的编译系统配置完成后，就可以使用命令对文件进行编译了。

4、MEX filenames同时Matlab系统为mex提供了参数，通过该命令参数可以让用户使用不同的选项文件对源文件进行编译，命令格式如下： Mex options filenames使用help mex查看。第7页，共47页。8/4/20227help mex MEX Compile MEX-function. MEX option1 . optionN sourcefile1 . sourcefileN objectfile1 . objectfileN libraryfile1 . libraryfileN Description: MEX compiles and links sour

5、ce files into a shared library called a MEX-file, executable from within MATLAB. The resulting file has a platform-dependent extension, as shown in the table below: solaris - .mexsol hpux - .mexhpux glnx86 - .mexglx glnxi64 - .mexi64 Mac OS X - .mexmac Windows - .dll第8页，共47页。8/4/202282、C MEX文件源程序的构成

6、一般形式的C源码程序不能直接被编译成在matlab中可以调用的MEX文件，只有按约定格式编写的C源码文件才能转化为有效的MEX文件。C语言MEX文件必须以#include “mex.h”为起首。C语言MEX文件一般有如下两个相对独立的子程序组成：“计算子程序”用于完成所需的计算；“接口子程序”是计算子程序和matlab空间的接口，用于两个不同内存空间的通信。“计算子程序”和“接口子程序”相对独立，它们可以分成两个程序，也可以共写在同一个程序中。 第9页，共47页。8/4/20229列出具有实现两个双精度实数标量加法的C+ MEX源码程序；对C+ MEX源码程序进行编译链接；在MATLAB中调用

7、生成的DLL文件。 “计算子程序”#include mex.hvoid myplus(double y,double x,double z)y0=x0+z0;第10页，共47页。8/4/202210“接口子程序”void mexFunction(int nlhs,mxArray *plhs, int nrhs,const mxArray *prhs)double *x,*y,*z;int mrows0,ncols0;int mrows1,ncols1; 第11页，共47页。8/4/202211mex exm.cpp a=0.111;b=0.222;c=exm(a,b) c = 0.3330 第

8、12页，共47页。8/4/2022123、matlab引擎技术Matlab引擎库函数可使用户在自编的应用程序中方便地实现对matlab的调用。用户自编的界面运行在前台，而matlab作为计算引擎运行在后台。引擎函数本身用C或Fortran编写。Matlab在其它语言编制的程序中被当作数学库程序调用，充分利用matlab指令简单、计算可靠的优点，大大节省用户的开发时间。第13页，共47页。8/4/202213 用C语言编写调用MATLAB引擎计算三次多项式根的源程序。 #include engine.hint PASCAL WinMain (HANDLE hInstance, HANDLE hP

9、revInstance, LPSTR lpszCmdLine, int nCmdShow)Engine *ep;mxArray *P=NULL,*r=NULL;char buffer301;double poly4=1,0,-2,5;if (!(ep=engOpen(NULL) fprintf(stderr,nCant start MATLAB enginen);return EXIT_FAILURE;第14页，共47页。8/4/202214mex -f D:MATLAB6p5binwin32mexoptsmsvc60engmatopts.bat exm.c 编译exm.c生成可执行文件exm

10、.exe。第15页，共47页。8/4/2022154、Matlab中ActiveX技术ActiveX技术是各种面向对象技术的集合。借助ActiveX技术，开发商和终端用户就能把来自不同商家的ActiveX组建无缝地集成在自己的应用程序中，从而完成特定的目的。避免低水平的重复开发。Matlab支持两种ActiveX技术： ActiveX控件封装集成和ActiveX自动化。ActiveX控件是指那些可视、可编程的集成于ActiveX容器的应用组件。最常见有Internet Explorer和Web Browser Control。第16页，共47页。8/4/202216ActiveX自动化使mat

11、lab能施控和受控于其它组件。当matlab受控于其它组件时，表现为自动化服务器。当matlab控制其它组件时，表现为自动化客户。matlab自动化服务器的功能包括：在matlab空间中执行命令；与matlab空间直接交换数据。matlab自动化客户的功能仅是matlab ActiveX控件封装集成功能的子集。第17页，共47页。8/4/202217第18页，共47页。8/4/202218第19页，共47页。8/4/202219第20页，共47页。8/4/202220第21页，共47页。8/4/202221八、M文件调试编写M文件时，错误在所难免。错误一般有两种：语法错误和运行错误。语法错误是

12、指变量名、函数名等的误写，标点符号的缺漏等。对于这类错误matlab能在运行时立即发现，终止执行，并给出相应的错误原因以及所在行号。运行错误是算法本身引起的，相对语法错误而言运行错误较难处理。第22页，共47页。8/4/202222 1、运行错误来源于算法模型与期望目标是否一致，程序模型是否与算法一致，涉及用户对期望目标原理的理解、对算法的理解，还涉及用户对matlab指令的理解，对程序流的理解，对matlab工作机理的理解。2、运行错误的表现形态较多，程序正常运行，但结果错误；程序不能正常运行而中断等。3、运行错误是动态错误。尤其是M函数文件，它一旦运行停止，其中间变量将被删除一空，错误查找

13、很难着手。运行错误难处理的原因在于：第23页，共47页。8/4/2022231、直接调试将重点怀疑语句行、指令行后的分号删除或改为逗号，使计算机结果显示于屏幕。在适当的位置，添加显示某些关键变量值的语句。利用echo命令，使运行时在屏幕上逐行显示文件内容。在程序的适当位置增添keyboard指令。当运行至keyboard指令时将暂停执行文件，并命令窗口出现K提示符。在K提示符后键入return命令，结束查看，原文件继续执行。第24页，共47页。8/4/2022242、调试器的使用Matlab不仅向用户提供了专门的指令调试工具，而且还提供了使用更为简便的图形调试器。它与M文件编辑器集成为一体。第

14、25页，共47页。8/4/202225图形式调试器第26页，共47页。8/4/2022263、程序性能优化Matlab主要的缺点是运行速度慢。Matlab6.5开始启用JIT（just in time）和加速器（accelerator）。程序优化包括两个步骤：找出耗时最多的程序瓶颈；用更好的程序取代瓶颈程序。第27页，共47页。8/4/202227提高matlab运行速度的有效措施循环向量化。尽量减少使用for（while），代之以向量化的数组运算。如：尽可能采用matlab提供的函数指令。k=0;for t=0:pi/20:2*pi;k=k+1;y(k)=cos(t);endt=0:pi/2

15、0:2*pi;y=cos(t);第28页，共47页。8/4/202228循环内数组的预配置。尽量避免数组在循环中的不断动态配置。采用MEX文件执行循环。在循环不可避免又特别费时的情况下，建议用户把该循环采用非解释执行的MEX文件表达。尽量采用M函数文件替代M命令文件。每次运行命令文件都必须把程序装入内存，然后逐句解释执行，十分费时。函数文件一旦被运行就驻留在内存中，因此较省时。尽量使用save和load命令实施数据的保存和获取。当数据交换既能采用save和load命令，又能采用I/O函数实现，应尽可能使用save和load命令。提高matlab运行速度的有效措施第29页，共47页。8/4/20

16、2229九、图形用户界面制作(GUI)用户界面(graphical user interface)指人与计算机之间交互作用的工具或方法。图形用户界面是由窗口、光标、按键、菜单、文字说明等对象构成的一个用户界面。用户通过一定的方法选择激活这些图形对象，使计算机实现特定功能。Matlab设计的演示程序demo是使用图形界面的最好范例。第30页，共47页。8/4/2022301、GUI设计原则简单性simplicity一致性consistency习常性familiarity第31页，共47页。8/4/2022312、GUI设计步骤明确设计任务，分析主要功能，绘制书面草图。上机制作静态界面。编写程序。

17、第32页，共47页。8/4/2022323、M文件制作图形用户界面第33页，共47页。8/4/202233str=fontname隶书 归一化二阶系统的阶跃响应曲线;text(0.12,0.93,str,fontsize,13);h_fig=get(H,parent);set(h_fig,unit,normalized,position,. 0.1,0.2,0.7,0.4);h_axes=axes(parent,h_fig,unit,. normalized,position,0.1,0.15,0.55,0.7,. xlim,0 1.5,ylim,0 1.8,fontsize,8);第34页，

18、共47页。8/4/202234h_text=uicontrol(h_fig,style,text,. unit,normalized,position,. 0.67,0.73,0.25,0.14,horizontal,. left,string,输入阻尼系数,z=);h_edit=uicontrol(h_fig,style,edit,. unit,normalized,position,. 0.67,0.59,0.25,0.14,horizontal,left,. callback,z=str2num(get(gcbo,string);,. t=0:0.1:15;,. for k=1:leng

19、th(z);,. y(:,k)=step(1,1 2*z(k) 1,t);,. plot(t,y(:,k);,. if length(z)1,hold on,end,. end;,. hold off,);第35页，共47页。8/4/202235h_push1=uicontrol(h_fig,style,push,. unit,normalized,position,. 0.67,0.37,0.12,0.15,string,. grid on,callback,grid on);h_push2=uicontrol(h_fig,style,push,. unit,normalized,posit

20、ion,. 0.67,0.15,0.12,0.15,string,. grid off,callback,grid off);第36页，共47页。8/4/202236界面菜单H_fig=figure第37页，共47页。8/4/202237菜单的隐去和显示隐去菜单set(H_fig,MenuBar,none);显示菜单set(gcf,MenuBar,figure);第38页，共47页。8/4/202238添加用户菜单h_menu=uimenu(gcf,label,color);第39页，共47页。8/4/202239制作下拉菜单 h_submenu1=uimenu(h_menu,label,Blue,.callback,set(gcf,Color,blue); h_submenu2=uimenu(h_menu,label,Red,.callback,set(gcf,