MATLAB面向对象编程：从入门到设计模式（第2版）

　　MATLAB面向对象编程—从入门到设计模式（第2版）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。

　　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，和大家分享新的行业应用技术和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。

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