MATLAB面向对象编程——从入门到设计模式（第2版） 下载 pdf 百度网盘 epub 免费 2025 电子书 mobi 在线

本书分为4 部分：第1 部分是面向对象编程初级篇，主要介绍MATLAB 面向对象编程的基础知识和语法；第2 部分是面向对象编程中级篇，主要介绍面向对象编程的中高级概念，方便读者在编程中遇到问题时查询；第3 部分是设计模式篇，把面向对象的编程方法应用到实际问题中，并从实际问题中抽象出一般的解决方法，即设计模式；第4 部分是框架篇，主要介绍构建在面向对象和设计模式基础之上的MATLAB测试框架，包括单元测试框架和性能测试框架。

本书既可作为高等院校MATLAB 课程的辅助读物，也可作为从事科学计算、程序设计等工作的科研人员的参考用书。

第1 部分面向对象编程初级篇

第1 章面向过程编程和面向对象编程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.1

什么是面向过程编程. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 3

1.2

什么是面向对象编程. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 4

1.2.1

什么是对象. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 4

1.2.2

什么是类. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 4

1.2.3

什么是统一建模语言. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 6

1.3

面向过程编程有哪些局限性. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . 9

1.4

面向对象编程有哪些优点. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 13

第2 章MATLAB 面向对象编程入门. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . 16

2.1

如何定义一个类. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . 16

2.2

如何创建一个对象. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 17

2.3

类的属性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.3.1

如何访问对象的属性. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 19

2.3.2

什么是属性的默认值. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . 19

2.3.3

什么是常量属性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . 21

2.3.4

什么是非独立属性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 21

2.3.5

什么是隐藏属性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . 25

2.4

类的方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.4.1

如何定义类的方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 26

2.4.2

如何调用类的方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 27

2.4.3

点调用和函数调用类方法的区别. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . 29

2.4.4

什么是方法的签名. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 29

2.4.5

类、对象、属性和方法之间的关系. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . 32

2.4.6

如何用disp 方法定制对象的显示. . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.5

类的构造函数. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . 35

2.5.1

什么是构造函数. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . 35

2.5.2

如何在构造函数中给属性赋值. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . 36

2.5.3

如何让构造函数接受不同数目的参数. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . 36

2.5.4

什么是默认构造函数. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 37

2.5.5

用户一定要定义构造函数吗. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . 38

2.6

类的继承. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . 39

2.6.1

什么是继承. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 39

2.6.2

为什么子类构造函数需要先调用父类构造函数. . . . . . . . . . . . . .

. . . . 43

2.6.3

在子类方法中如何调用父类同名方法. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . 45

2.6.4

什么是多态. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 46

2.7

类之间的基本关系：继承、组合和聚集. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . 47

2.7.1

如何判断B 能否继承A . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

2.7.2

企鹅和鸟之间是不是继承关系. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . 48

2.7.3

如何把类组合起来. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 49

2.7.4

什么是组合聚集关系. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 51

2.8

Handle 类的set 和get 方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

2.8.1

什么是set 方法. . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

2.8.2

什么是get 方法. . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

2.9

类的属性和方法的访问权限. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . 56

2.9.1

什么是public、protected 和private 权限. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . 56

2.9.2

如何设置类的属性和方法的访问权限. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . 59

2.9.3

如何更细粒度地控制访问权限. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . 60

2.9.4

MATLAB 对属性访问的控制与C 和Java 有什么不同. . . . . . . . . . . . 62

2.10

clear classes 到底清除了什么. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . 63

2.11

对象根据类定义的改变而自动更新. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . 64

第3 章MATLAB 的句柄类和实体值类. . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . 66

3.1

引子：参数是如何传递到函数空间中去的. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . 66

3.2

MATLAB 的Value 类和Handle 类. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

3.2.1

什么是Value 类和Handle 类. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

3.2.2

Value 类对象和Handle 类对象复制有什么区别.

. . . . . . . . . . . . . . . . 72

3.2.3

Value 类对象和Handle 类对象赋值有什么区别.

. . . . . . . . . . . . . . . . 73

3.2.4

Value 类对象和Handle 类对象当作函数参数有什么区别. . . . . . . . . . . . . 76

3.2.5

Value 类对象和Handle 类对象作为默认值有什么区别. . . . . . . . . . . . . . 77

3.2.6

什么情况下使用Value 类或Handle 类. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

3.3

类的析构函数（Destructor） . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

3.3.1

什么是对象的生存周期. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . 83

3.3.2

什么是析构函数. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . 84

3.3.3

对Object 使用clear 会发生什么. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

3.3.4

对Object 使用delete 会发生什么. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

3.3.5

什么情况下delete 方法会被自动调用. .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

3.3.6

出现异常时delete 函数如何被调用. .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

3.3.7

什么情况下用户需要自己定义一个delete 方法. . . . . . . . . . . . . . . . . 92

第4 章事件和响应. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

95

4.1

事件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . 95

4.1.1

什么是事件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 95

4.1.2

如何定义事件和监听事件. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . 96

4.1.3

为什么需要事件机制. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 97

4.2

发布者通知观察者，但不传递消息. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . 98

4.3

发布者通知观察者，并且传递消息. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . 100

4.4

删除listener . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

第5 章MATLAB 类文件的组织结构. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . 104

5.1

如何使用其他文件夹中类的定义. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . 104

5.2

如何把类的定义和成员方法的定义分开. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . 105

5.3

如何定义类的局部函数. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 106

5.4

如何使用Package 文件夹管理类. . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

5.4.1

Package 中的类是如何组织的. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . 108

5.4.2

如何使用Package 中的某个类. . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

5.4.3

如何导入Package 中的所有类. . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

5.5

函数和类方法重名到底调用谁. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . 109

5.6

Package 中的函数和当前路径上的同名函数谁有优先级. . . . . . . . . . . . 110

第6 章MATLAB 对象的保存和载入. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . 112

6.1

save 和load 命令. . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

6.1.1

对象的save 和load 操作. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

6.1.2

MAT 文件中保存了对象中的哪些内容. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . 112

6.1.3

如果类的定义在save 操作之后发生了变化.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

6.2

saveobj 和loadobj 方法. . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

6.2.1

如何定义saveobj 方法. . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

6.2.2

如何定义loadobj 方法. . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

6.3

继承情况下的saveobj 和loadobj 方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

6.3.1

存在继承时如何设计saveobj 方法. .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

6.3.2

存在继承时如何设计loadobj 方法. .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

6.4

什么是瞬态属性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . 123

6.5

什么是装载时构造（ConstructOnLoad） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

第7 章面向对象的GUI 编程：分离用户界面和模型. . . . . . . . . . . . . .

. . 127

7.1

如何用GUIDE 进行GUI 编程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

7.2

如何用面向过程的方式进行GUI 编程. . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129

7.3

如何用面向对象的方式进行GUI 编程. . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

4

MATLAB 面向对象编程——从入门到设计模式（第2 版）

7.4

模型类中应该包括什么. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 134

7.5

视图类中应该包括什么. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 135

7.6

控制器类中应该包括什么. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 138

7.7

如何把Model、View 和Controller 结合起来. . . . . . . . . . . . . . .

. . . 139

7.8

如何测试MVC 的GUI 程序. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

7.9

如何设计多视图的GUI 以及共享数据. . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

7.10

如何设计GUI 逻辑架构. . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

7.11

如何使用GUI Layout Toolbox 对界面自动布局. . . . . . . . . . . . . . . . 151

7.11.1

为什么需要布局管理器. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . 151

7.11.2

纵向布局器VBox 类. . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

7.11.3

横向布局器HBox 类. . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

7.11.4

选项卡布局器TabPanel 类. . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

7.11.5

网格布局器Grid 类. . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

7.11.6

GUI Layout 的复合布局. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . 157

7.11.7

把GUI Layout Toolbox 和MVC

模式结合起来. . . . . . . . . . . . . . . . 158

7.11.8

GUI Layout Toolbox 两个版本的说明. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 160

第2 部分面向对象编程中级篇

第8 章类的继承进阶. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

163

8.1

继承结构下的构造函数和析构函数. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . 163

8.1.1

什么情况需要手动调用基类的构造函数. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . 163

8.1.2

什么情况可以让MATLAB 自动调用基类的构造函数. . . . . . . . . . . . . . 164

8.1.3

常见错误：没有提供默认构造函数. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . 166

8.1.4

在构造函数中调用哪个成员方法. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . 167

8.1.5

析构函数被调用的顺序是什么. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . 168

8.2

MATLAB 的多重继承. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . 169

8.2.1

什么情况下需要多重继承. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . 169

8.2.2

什么是多重继承. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . 170

8.2.3

构造函数被调用的顺序是什么. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . 172

8.2.4

多重继承如何处理属性重名. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . 172

8.2.5

多重继承如何处理方法重名. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . 174

8.2.6

什么是钻石继承. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . 175

8.2.7

如何同时继承Value 类和Handle 类. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

8.3

如何禁止类被继承. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 180

第9 章类的成员方法进阶. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

9.1

Derived 类和Base 类同名方法之间有哪几种关系. .

. . . . . . . . . . . . . . 182

9.1.1

Derived 类的方法覆盖Base 类的方法. . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . 182

9.1.2

Derived 类的方法可以扩充Base 类的同名方法. .

. . . . . . . . . . . . . . . 183

9.1.3

Base 类的方法可以禁止被Derived 类重写. .

. . . . . . . . . . . . . . . . . 184

9.2

什么是静态方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . 184

9.3

同一个类的各个对象如何共享变量. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . 186

9.3.1

什么情况下各个对象需要共享变量. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . 186

9.3.2

如何共享Constant 属性. . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

9.3.3

如何共享变量. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . 187

第10 章抽象类. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . 189

10.1

什么是抽象类和抽象方法. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 189

10.2

为什么需要抽象类. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 190

10.3

如何使用抽象类. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . 191

10.3.1

抽象类不能直接用来声明对象. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . 191

10.3.2

子类要实现所有的抽象方法. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . 192

第11 章对象数组. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. 195

11.1

如何把对象串接成数组. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 195

11.2

如何直接声明对象数组. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 196

11.3

如何使用findobj 函数寻找特定的对象.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

11.4

如何利用元胞数组把不同类的对象组合到一起. . . . . . . . . . . . . .

. . . 201

11.5

什么是转换函数. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . 203

11.6

如何利用转换函数把不同类的对象组合到一起. . . . . . . . . . . . . .

. . . 204

11.7

如何用非同类（Heterogeneous）数组盛放不同类对象. . . . . . . . . . . . . 205

11.7.1

为什么需要非同类数组. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . 205

11.7.2

含有不同类对象的数组类型. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . 207

11.7.3

使用非同类要避免哪些情况. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . 209

11.7.4

如何向量化遍历数组中对象的属性. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . 209

11.7.5

如何设计成员方法使其支持向量化遍历. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . 211

第12 章类的运算符重载. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

12.1

理解MATLAB 的subsref 和subsasgn 函数. . . . . . . . . . . . . . . . .

. 213

12.1.1

MATLAB 如何处理形如a(1,:) 的表达式. . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . 213

12.1.2

MATLAB 如何处理形如a{1,:} 的表达式. . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . 214

12.1.3

MATLAB 如何处理形如s.f 的表达式. . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . 215

12.2

如何重载subsref 函数. . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

6

MATLAB 面向对象编程——从入门到设计模式（第2 版）

12.3

如何重载subsasgn 函数. . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

12.4

什么情况下重载下标运算符. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . 218

12.5

如何重载plus 函数. . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

12.6

MATLAB 的Dispatching 规则是什么. . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220

12.7

如何判断两个对象是否相同. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . 221

12.8

如何让一个对象在行为上像一个函数. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . 223

12.9

MATLAB 中哪些运算符允许重载. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . 226

12.10

实例：运算符重载和量纲分析. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . 227

12.10.1

如何表示量纲. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . 227

12.10.2

需求和设计：加法和减法. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . 229

12.10.3

需求和设计：乘法和除法. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . 232

第13 章枚举类型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. 237

13.1

为什么需要枚举类型(Enumeration) . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 237

13.2

什么是枚举类型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . 241

13.3

枚举类型应用实例. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 243

13.3.1

枚举类型的属性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . 243

13.3.2

枚举类型的方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . 244

13.3.3

枚举类型对象数组. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 246

13.3.4

从基本数据类型中派生枚举类型. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . 247

第14 章超类. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . 249

14.1

什么是超类. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . 249

14.2

如何获得一个类的meta.class 对象.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250

14.3

meta.class 对象中有些什么内容. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . 252

14.4

如何手动克隆一个对象. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 253

14.5

如何使用matlab.mixin.Copyable 自动克隆一个对象. . . . . . . . . . . . . . 259

第3 部分设计模式篇

第15 章面向对象程序设计的基本思想. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265

15.1

单一职责原则. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . 266

15.2

开放与封闭原则. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . 268

15.3

多用组合少用继承原则. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 269

15.4

面向接口编程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . 271

第16 章创建型模式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

276

16.1

工厂模式：构造不同种类的面条. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . 276

16.1.1

简单工厂模式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . 276

16.1.2

工厂模式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 280

16.1.3

工厂模式总结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . 282

16.1.4

如何进一步去掉switch/if 语句. .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283

16.1.5

抽象工厂. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 285

16.1.6

抽象工厂模式总结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 287

16.2

单例模式：给工程计算添加一个LOG 文件. .

. . . . . . . . . . . . . . . . . 288

16.2.1

如何控制对象的数量. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 288

16.2.2

如何删除一个Singleton 对象. . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290

16.2.3

应用：如何包装一个对象供全局使用. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . 291

16.3

建造者模式：如何用MATLAB 构造一辆自行车.

. . . . . . . . . . . . . . . 293

16.3.1

问题的提出. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 293

16.3.2

应用：建造者模式为大规模计算做准备工作. . . . . . . . . . . . . .

. . . . . 297

16.3.3

建造者模式总结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . 298

第17 章装饰者模式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

302

17.1

装饰者模式的引入. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 302

17.2

面馆菜单代码. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . 304

17.3

装饰者模式总结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . 306

第18 章行为模式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. 308

18.1

观察者模式：用MATLAB 实现观察者模式.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . 308

18.1.1

发布和订阅的基本模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . 308

18.1.2

订阅者查询发布者的状态. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . 311

18.1.3

把发布者和订阅者抽象出来. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . 312

18.1.4

观察者模式总结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . 313

18.2

策略模式：分离图像数据和图像处理算法. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . 316

18.2.1

问题的提出. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 316

18.2.2

应用：更复杂的分离数据和算法的例子. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . 320

18.2.3

策略模式总结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . 321

18.3

遍历器模式：工程科学计算中如何遍历大量数据. . . . . . . . . . . . .

. . . 323

18.3.1

问题的提出. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 323

18.3.2

聚集和遍历器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . 324

18.3.3

遍历器模式总结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . 328

18.4

状态模式：用MATLAB 模拟自动贩卖机. .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . 329

18.4.1

使用if 语句的自动贩卖机. . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329

8

MATLAB 面向对象编程——从入门到设计模式（第2 版）

18.4.2

使用状态模式的自动贩卖机. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . 335

18.4.3

状态模式总结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . 340

18.5

模板模式：下面条和煮水饺有什么共同之处. . . . . . . . . . . . . .

. . . . . 341

18.5.1

抽象下面条和煮水饺的过程. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . 341

18.5.2

应用：把策略和模板模式结合起来. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . 346

18.5.3

模板模式总结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . 347

18.6

备忘录模式：实现GUI 的undo 功能. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348

18.6.1

如何记录对象的内部状态. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . 348

18.6.2

应用：如何利用备忘录模式实现GUI 的do 和undo 操作. . . . . . . . . . . . 351

18.6.3

备忘录模式总结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . 356

第4 部分框架篇

第19 章MATLAB 单元测试框架. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . 359

19.1

框架概述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . 359

19.2

基于函数的单元测试构造. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 359

19.3

getArea 函数的单元测试: 版本I . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361

19.4

getArea 函数的单元测试: 版本II 和版本III . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366

19.5

测试的准备和清理工作: Test Fixture . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 369

19.6

验证方法: Types of Qualification . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . 371

19.7

测试方法论和用测试驱动开发. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . 375

19.7.1

开发流程概述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . 375

19.7.2

用测试驱动开发：fibonacci 例. .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377

19.7.3

用测试驱动开发：运算符重载和量纲分析. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . 381

19.8

基于类的单元测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 393

19.8.1

getArea 函数的基于类的单元测试. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . 393

19.8.2

MVC GUI 的基于类的单元测试. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . 395

第20 章MATLAB 性能测试框架. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . 401

20.1

为什么需要MATLAB 性能测试框架. . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 401

20.2

基于类的性能测试框架. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 403

20.2.1

构造测试类. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 403

20.2.2

测试结果解析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . 405

20.3

误差范围和置信区间. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 407

20.4

性能测试的适用范围讨论. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 410

附录

附录A 综合实例：如何把面向过程的程序转成面向对象的程序. . . . . . . . . . . 413

附录B MATLAB 高级数据结构：containers.Map . . . . . . . . . . . . . . . 425

B.1

containers.Map 简介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . 425

B.2

数组、元胞数组和结构体的局限性. . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . 426

B.3

用containers.Map 来记录电话号码簿. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428

B.4

containers.Map 的属性和成员方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . 429

B.5

containers.Map 的特点. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . 430

B.5.1

containers.Map 可以不断地扩张且不需要预分配. . . . . . . . . . . . . . . .

430

B.5.2

containers.Map 可以作为参数在函数内部直接修改. . . . . . . . . . . . . . .

431

B.5.3

containers.Map 可以增强程序的可读性. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . 431

B.5.4

containers.Map 提供对数据的快速查找. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . 431

B.6

containers.Map 的使用实例. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . 433

B.6.1

用来存放元素周期表. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 433

B.6.2

用来实现快速检索. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . 433

附录C MATLAB 高级数据结构：table . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435

C.1

table 简介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . 435

C.1.1

为什么需要table 数据结构. . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435

C.1.2

通过导入数据构造table 对象. . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436

C.1.3

调用table 构造函数来构造table 对象. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436

C.1.4

通过转换函数构造table 对象. . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437

C.2

访问table 中的数据. . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438

C.3

table 的操作. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . 439

C.3.1

删除行列. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 439

C.3.2

添加行列. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 440

C.3.3

合并table . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . 441

C.3.4

操作列数据. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 442

C.3.5

排序. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 444

C.3.6

筛选和查找. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 445

C.3.7

输出到文件. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 445

C.4

其他数据类型之间和table 相互转换. .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446

C.5

table 之间的操作. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 449

C.6

table 的属性和支持的操作. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . 452

10

MATLAB 面向对象编程——从入门到设计模式（第2 版）

附录D 对函数的输入进行检查和解析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454

D.1

为什么要对函数的输入进行检查. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . 454

D.2

validateattributes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . 454

D.2.1

validateattributes 的基本使用. . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . 454

D.2.2

validateattributes 的额外提示信息. . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . 455

D.2.3

validateattributes 支持的检查类型和属性. . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . 457

D.3

validatestring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . 458

D.4

inputParser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . 459

D.4.1

inputParser 的基本使用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . 459

D.4.2

inputParser 的可选参数和默认参数值设置. . . . . . . . . . . . . . . . .

. . 461

D.4.3

inputParser 和validateattributes 联合使用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462

D.4.4

inputParser 的参数名–参数值对的设置. . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . 462

D.4.5

inputParser 解析结构体的输入. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . 465

D.5

引子：为什么需要MATLAB 的单元测试系统.

. . . . . . . . . . . . . . . . 466

参考文献. . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468

写在后. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . 469

徐潇：MathWorks开发部MATLAB架构C 高级软件工程师。计算物理学博士，研究方向为电子结构计算、密度泛函算法开发；计算机硕士，研究方向为图像处理。2004年，开始使用MATLAB，在科研编程中遇到了开发大型程序难以维护的困难，花了很多时间用于改进程序但效果总不尽如人意。2009年，开始使用MATLAB面向对象编程，发现工程进度被迅速加快，于是萌生了写一本介绍MATLAB 面向对象编程书的念头。2011年，在美国取得博士学位之后入职MathWorks，从理科科研工作者和多年的MATLAB爱好者，成为一名MATLAB语言的设计开发和实现的软件工程师。2016年，作者在MATLAB中文论坛开辟了技术专栏（http://www.ilovematlab.cn/forum-219-1.html），和大家分享*的行业应用技术和MATLAB编程理念，旨在推动软件工程中的现代手段在MATLAB科学工程计算项目中的使用，帮助科学家和工程师们更有效地解决复杂的科研问题。本书凝结了作者多年的科研和工作经验以及对MATLAB语言的理解，希望能对各种规模的科学工程计算项目的MATLAB使用者有所启发。

李远：本、硕毕业于北方交通大学，在美国的维克弗斯特大学取得物理学博士学位。2014年回国创建北醒（北京）光子科技有限公司，专注于固态激光雷达的研发和生产，产品应用于无人驾驶、无人机和机器人等领域。希望这本《MATLAB面向对象编程——从入门到设计模式（第2版）》能够给工程科学领域的工作者带来方便，尤其对于一些需要长期使用而且不断更新的程序。

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编辑推荐

本书是由MATLAB语言开发工程师撰写的MATLAB编程书籍，凝结了作者多年的科研和工作经验以及对MATLAB语言的深刻理解，旨在推动软件工程的手段在MATLAB科学工程计算项目中的应用，帮助科学家和工程师更有效的解决复杂的科研问题。

本书是市面上*由MATLAB语言开发工程师撰写的MATLAB编程书籍，凝结了作者多年的科研和工作经验以及对MATLAB语言的深刻理解，旨在推动软件工程的手段在MATLAB科学工程计算项目中的应用，帮助科学家和工程师更有效地解决复杂的科研问题。

第2版较第1版增加了100多页的内容，包括单元测试系统、高级数据结构、APP Designer等新版本中才有的内容，更全面，更实用。

本书上一版部分读者评论如下：

MATLAB大型程序开发，比市面上抄Help的书强太多。这本书主要是讲设计模式的，特别适合有用户界面、存储、计算等多个复杂功能模块的大型程序。用MATLAB的面向对象功能，比用c 之类开发速度能快很多，还能利用积累的MATLAB代码。

这书思路很好，要成为MATLAB高手，此书。

——北京网友，*网书评

实用，通俗易懂，强烈推荐， MATLAB 5年以上编程经验，强烈推荐这本书。

不同于市面上其他一些MATLAB书籍基本靠翻译Help文档，这本书的作者确实花了很多精力介绍自己的经验和理解。

在作者通俗易懂的案例下，我对于MATLAB面向对象编程技术有了更加深刻的理解，现在已经开始使用面向对象编程技术，

强烈推荐，MATLAB高级编程者使用此书。

——广东网友，*网书评

通俗易懂，极具实用价值，读得非常畅快。

——北京网友，*网书评

本书非常实用，之前一直使用面向过程编程，总是无法合理调节各项参数。看了面向对象才知道什么是高端优雅编程！

——江苏网友， *网书评

这本书我买了，以我仅上过一个学期的c 的水平来看 ，很适合初学者，思路较官方手册更简洁（对于入门足够）。我个人觉得，后边的模式设计又对工程来说给了很多设计思路上的指导。

——小木虫网友，程序语言论坛书评

作为一名学生，我一直很喜欢北航出的技术类书籍，不仅质量比较好，内容充实，与其他的书籍*的不同就是能从初学者学习的角度来阐述问题，是学习时不可多得的好书。本书也一样，由浅入深，逐层剖析，又不局限于编程和实现细节，加入了很多编程思想和方法，这是一般技术书籍不具备的。

——全文试读网友书评

书很好，对于习惯了面向过程的编程人，转换思路可以获取事半功倍的效果。特别是本书不仅介绍语法，更注重面向对象的思想。

——江苏网友，*网书评

这本书等了很久了。math一发朋友圈。就果断买了。

——北京网友，*网书评

这本书的阅读对象主要是初级用户。本人的知识结构比较老了，正式学的语言是Fortran，像C 、Java这些时髦语言了解较少，仅知道“面向对象编程”的说法，不了解其内涵。因项目需要，想采用MATLAB做二次开发软件的界面（对直观的图形显示要求较高），开始自学MATLAB。起初也看了许多入门的书籍，包括张志涌老师的那本，感觉知识点很多，通读起来比较困难。这本书出版后买了一本，作者作为MATLAB的资深应用者，通过通俗的例子（非专业）将面向对象的含义解释得很清楚，看完有一种豁然开朗的感觉，而且感觉上升了一个档次（当然仅是意识上，离实战还差得远）。

其实面向对象是一种思想，一种解决问题的思路和方法，无论做什么项目都用的到。开展项目前规划好其架构无疑是非常重要的。

——小木虫网友，程序语言论坛书评

关于MATLAB面向对象编程的非常推荐的一本书。

——安徽网友，*网书评

后面的介绍面向对象的功能真的很引人入胜。

——全文试读网友书评

粗略看了一遍，感觉不错，所选“面馆”的例子生动形象，贯穿始终，将面向对象的思想讲得很透彻，原来许多模棱两可的概念现在清楚了，感谢作者的辛勤劳动！

——ilovematlab论坛网友

书摘插图

前言

前言

本书第1 版的编写从2011年4 月开始，2015 年出版之后作者就开始准备第2 版的新内容，并于2016年11 月完稿。本书从理工科研究人员和学生的角度出发，分4 部分介绍MATLAB 面向对象编程。

编写本书的难点是，不仅需要介绍面向对象编程的思想和技巧，而且要让非计算机专业的读者领会为什么需要面向对象编程，它对我们的科研工作将有什么样的帮助，并且怎样把面向对象的思想应用到科研程序中。

本书的特点是：技术实用，重点突出，代码简单易读，内容讲解图文并茂。

一本技术书籍，纯粹的文字叙述是必要的，因为文字叙述是精确的；一本介绍编程的书，如果尽量提供例子代码，则能够帮助读者更深刻地理解文字概念；“一张图可胜过千言万语”，简洁明了的图表可以直观形象地表达文意。因此，本书不仅尽量使用通俗的语言和形象的图表阐述道理，以典型且简洁易读的代码作为例程，全面讲解MATLAB 面向对象编程从入门到设计模式，而且尽量让内容的编排更具可读性，以便带给读者更佳的阅读体验。

除此之外，本书还加入了大量的面向对象编程的统一建模图（Unified

Modeling Language），与所提供的代码相互对应，以反映代码中类、对象、属性、方法之间的关系。

为了平衡各专业的需求，书中所列举的例子大多是“通例”，而不是具体到某个专业领域的专题。但是作者也十分清楚，一本好书是要能够“深入骨髓”地解决读者所遇到的体的专业问题，好有对应的范例供参考。所以，在此也希望读者能够将“面向对象编程”的专业问题的程序以及产生的问题发布在MATLAB 中文论坛本书的版块（http://www.ilovematlab.cn/forum-219-1.html）上。日积月累，论坛上一定会有更多的MATLAB 面向对象编程范例可以参考，也会有更多的科研新人受益其中。

本书第1 版出版以后，读者在MATLAB 论坛中提了很多问题，根据这些问题我们修订了书中的部分内容，把大家都有疑问的地方解释得更详细一些。另外，本书还针对部分读者工作中的中大型工程计算问题提供了设计上的建议和指导。我们的经验是，只要读者愿意积极的思考，保持好奇心，善于探索，再辅以本书设计思想的指导，完全可以使用MATLAB完成工业级别的工程应用。这也是本书第4 部分——框架篇的由来。

由于作者水平有限，书中存在的错误和疏漏之处恳请广大读者和同行批评指正。本书勘误网址：http://www.ilovematlab.cn/thread-310165-1-1.html。

本书所有内容仅代表个人观点，与MathWorks

无关。

作者

2016 年11 月