MATLAB绘图基础4：MATLAB函数

参考书：《$\mathrm{MATLAB}$与学术图表绘制》(关东升)。

4.函数

4.1 定义函数

1. 创建新函数文件

   % 1.函数文件：
   % 1.1 函数文件包含一个或多个函数的定义;
   % 1.2 函数文件包含函数头,用于指定函数名称和输入参数,如:function output = function1(input);
   % 1.3 函数文件中的代码用于执行特定任务,并通常包含在函数体中;
   % 1.4 函数文件允许我们封装和组织功能性代码,以重复使用和模块化;
   % 1.5 函数文件通常具有与其函数名称相同的文件名,如:function1.m;
   
   
   % 2.脚本文件：
   % 2.1 脚本文件包含一系列MATLAB命令和语句,通常没有函数定义;
   % 2.2 脚本文件的代码从上到下的顺序依次执行;
   % 2.3 脚本文件用于执行特定的任务或操作,但不封装在函数中;
   % 2.4 脚本文件通常用于进行数据处理、可视化、分析等任务,而不是定义函数;
   % 2.5 脚本文件的文件名通常反映其目的或内容,但不需要与其中的代码相匹配;
   

2. 编写函数头

   % 编写函数头的语法：
   function output = function1(input1, input2)
   
   % function：MATLAB关键字,用于定义函数;
   % output：函数的输出参数,可以定义一个或多个输出参数;
   % function1：函数的名称;
   % input1,input2,...：函数的输入参数,可以定义零个或多个输入参数;
   

3. 编写函数体及返回结果

   % 编写函数体语法:
   
   % 函数体
   % 编写执行任务的代码
   
   % 示例:
   % num1、num2：输入参数;
   % addFunction：函数名称;
   % result：输出参数;
   function result = addFunction(num1, num2)		% 定义函数头;
   
   result = num1 + num2;							% 定义函数体;
   

4. 保存文件：保存文件时，确保文件名和函数名称匹配；

5. 调用函数

6. 函数示例：

   % 函数名应见名知义,此处为示例不求细节;
   % ch04_01function.m
   function result = ch04_01function(num1, num2)
   
   result = num1 + num2;
   

   % ch04_01.m
   % 调用自定义函数;
   iNumber1 = 100;
   iNumber2 = 200;
   
   addResult = ch04_01function(iNumber1,iNumber2);
   addResult
   
   % ch04_01.m结果:
   % addResult =
   
   %   300
   

4.2 变量作用域

• $\mathrm{MATLAB}$中，变量的作用域指的是变量在代码中可见和可访问的范围；
• $\mathrm{MATLAB}$分为局部变量作用域和全局变量作用域：
  • 局部变量作用域：局部作用域中的变量称为局部变量，只在其定义的函数或脚本内部可见和访问；
  • 全局变量作用域：全局作用域中的变量称为全局变量，在整个$\mathrm{MATLAB}$工作环境中可见和可访问；
• $\mathrm{MATLAB}$中变量作用域遵循的规则：
  • 在函数内部定义的变量通常为局部变量，只能在该函数内部访问；
  • 在函数外部定义的变量通常为全局变量，可以在整个$\mathrm{MATLAB}$工作环境中访问；
  • 函数可以访问全局变量，但频繁使用全局变量可能会引起命名冲突和代码维护问题；
  • 某些情况下，可以使用$\mathrm{global}$关键字将全局变量引入函数的局部作用域中，但需要谨慎使用；

4.3 嵌套函数

• 嵌套函数是在一个$\mathrm{MATLAB}$函数内定义的函数，通常用于帮助组织和封装代码，提高代码的可读性和可维护性；

• 嵌套函数主要作用：

  • 模块化代码：嵌套函数使代码更具模块化，将大型函数分解为更小、更易管理的部分，有助于降低代码的复杂性，使代码更易于理解和维护；
  • 隐藏实现细节：嵌套函数的作用范围限于包含它的主函数，即它的实现细节对外部代码是隐藏的，有助于保护函数的私有数据和实现细节，同时提供公共接口供外部使用；
  • 避免全局变量：嵌套函数可以访问其父函数的变量，不必使用全局变量，有助于减少全局变量的使用，提高代码的封装性和可维护性；
  • 代码重用：嵌套函数可以在同一文件中被多个函数调用，从而促进代码重用，减少重复编写相同代码；
  • 提高代码可读性：使用嵌套函数，可以将相关的功能和操作组织成逻辑单元，提高代码的可读性，每个嵌套函数可以专注于执行特定任务，使代码更易理解；
  • 降低命名冲突的风险：嵌套函数的作用范围有限，可以使用与其函数相同的名称而不引起命名冲突；

• 嵌套函数特点：

  • 嵌套函数定义在包含它的外部函数内；
  • 内部函数可以访问外部函数的局部变量和输入参数；
  • 内部函数可以独立于外部函数进行测试和调试；

• 嵌套函数示例：

  % ch04_02function.m
  % 函数名应见名知义,此处为示例不求细节;
  
  % 外部函数定义;
  function ch04_02function(iNum1,iNum2)
      % 外部函数的局部变量
      iResult1 = iNum1 + iNum2;
      
      % 嵌套函数定义
      function iResult2 = innerFunction1(iNum3,iNum4)
          % 内部函数访问外部函数的局部变量z
          iResult2 = iNum3 + iNum4 + iResult1;
      end
      
      function iResult3 = innerFunction2(iNum5,iNum6)
          iResult3 = iNum5 + iNum6 - iResult1;
      end
  
      % 调用嵌套函数
      innerResult1 = innerFunction1(100, 200);
      innerResult2 = innerFunction2(100, 200);
      
      disp(['外部函数的结果:' num2str(iResult1)]);
      disp(['嵌套函数1的结果:' num2str(innerResult1)]);
      disp(['嵌套函数2的结果:' num2str(innerResult2)]);
  end
  

  % ch04_02function函数调用结果：
  外部函数的结果:300
  嵌套函数1的结果:600
  嵌套函数2的结果:0
  

4.4 函数句柄

• $\mathrm{MATLAB}$的函数句柄是一种数据类型，用于表示函数的引用；

• 函数句柄允许我们将函数作为参数传递给其他函数，或将函数存储在变量中供稍后调用；

• $\mathrm{MATLAB}$函数句柄包括：普通函数句柄和匿名函数句柄；

  • 普通函数句柄：用于引用已经存在的、具有显式名称的函数；
  • 匿名函数句柄：没有显式函数名称的函数，通常用于简单的、一次性的任务，通过@符号创建；

• 普通函数句柄示例：

  % ch04_03function.m
  % 函数名应见名知义,此处为示例不求细节;
  
  % 创建一个函数,计算输入值的平方和;
  function result = ch04_03function(iNum1, iNum2)
      result = iNum1^2 + iNum2^2;
  end
  

  % ch04_03.m
  
  % 创建一个名为squareHandle的函数句柄,指向ch04_03function函数;
  % 通过@符号创建函数句柄,通过squareHandle可以调用ch04_03function函数;
  squareHandle = @ch04_03function;
  
  % 使用函数句柄squareHandle调用函数,以inputNumber作为输入参数;
  inputNumber = 100;
  calResult = squareHandle(inputNumber, inputNumber);
  
  disp(['函数输入值为:' num2str(inputNumber)]);
  disp(['函数句柄调用结果为:' num2str(calResult)]);
  
  % ch04_03.m执行结果：
  % 函数输入值为:100
  % 函数句柄调用结果为:20000
  

• 匿名函数句柄示例：

  % ch04_04.m
  clear;
  clc;
  
  % 创建匿名函数,计算两个数的平方和;
  squareAdd = @(iNum1, iNum2) iNum1^2 + iNum2^2;
  
  % 调用匿名函数;
  calResult = squareAdd(100, 200);
  disp(['平方和计算结果:' num2str(calResult)]);
  
  % ch04_04.m计算结果:
  % 平方和计算结果:50000