如何编写函数M文件：从入门到实践

函数M文件是由文本编辑器所创建的外部文本文件，同脚本M文件一样，不进入命令窗口。函数M文件不是独立执行的文件，它能够接受用户输入的参数进行计算，并将计算结果作为函数的返回值返回给调用者，但是在函数内存在的中间变量不出现在MATLAB工作空间。

事实上，MATLAB中含有多种不同类型的函数文件：内装函数文件、系统M函数文件、系统MEX函数文件、用户自定义MEX函数文件和用户自定义M函数文件。另外，用户还可通过编写函数M文件来扩展MATLAB的功能。

图3.1　用脚本文件绘制花瓣图案

1.函数M文件的结构

一个完整的函数M文件的结构如下：

因此，函数M文件通常由以下五个部分构成：

（1）函数定义语句

函数定义语句的格式为：

它表明该M文件包含一个函数，并且定义了函数名、输入和输出参数。

例如，“function f＝fact（n）”就是函数fact的定义语句，存储在名为fact.m文件中。其中，function为关键词；f为输出参数；fact为函数名；n为输入参数。

函数文件可以带有多个输入和输出参数，如function［x，y，z］＝sphere（theta，phi，rho）；也可以没有输入或输出参数，如function sphere（x）。

【注】函数名和文件名必须相同。

（2）H1帮助行

H1帮助行是紧接函数定义语句后一行的注释语句，反映了M文件概括性的信息，一般包含大写的函数文件及功能简要描述。用户可以通过lookfor命令搜索所需函数，lookfor命令只检索和显示H1行，详见1.2.3小节。

例如，在MATLAB命令行窗口中输入下面的命令：

在MATLAB的命令窗口中就会显示：

（3）帮助文本

帮助文本紧接在H1帮助行之后，用于详细介绍函数的功能和用法及其他说明，更重要的是，为用户自己的函数文件建立查询信息。用户可以通过命令help查询函数，在命令行窗口中查询函数的说明信息时，窗口会显示H1行与帮助文本的内容（help命令的使用详见1.2.3小节）。

例如，在MATLAB命令行窗口中输入下面的命令：

在MATLAB的命令窗口中就会显示：

（4）函数体

函数体是M文件的主要部分，完成函数的功能。在函数体中可以完成调用函数、流程控制、计算、赋值、注释等内容。

（5）注释语句

注释语句以%（百分号）开头，可以出现在一行的开始，也可以跟在一条可执行语句的后面，但必须在同一行。书写代码时，添加注释语句可以增加程序可读性，并且注释语句在编译程序时会被忽略，不会影响编译速度和程序运行速度。

【例3.2】　编写函数文件求解n！。

在程序编辑窗口中编写以下语句，并以jch.m为名存入相应的子目录。

在MATLAB命令行窗口中输入下面的命令：

MATLAB会出现相应的结果：

下面利用编写的jch函数来求解s＝1！+2！+…+n！。

【例3.3】　设可逆矩阵A，编写同时求，A2，A-1，A′的函数M文件。

在程序编辑窗口中编写以下语句，并以comp4.m为名存入相应的子目录。

在MATLAB命令行窗口中输入下面的命令：

MATLAB会出现相应的结果：(www.xing528.com)

2.函数变量

MATLAB的变量不仅可以分为输入变量、输出变量和函数内部变量，还可以分为局部变量、全局变量和永久变量。

（1）局部变量

在函数M文件内部声明并使用的变量均是局部变量，它和MATLAB工作区中的同名变量的存储位置不同，是完全不同的变量。

每个函数都有自己的局部变量，这些变量存储在各自函数独立的工作区中，与其他函数的变量及主工作区中的变量分开存储。函数内部变量仅能在函数调用执行期间被使用，一旦函数调用结束，其占用的内存空间将被自动释放，内部变量随之删除。因此，除了函数返回值，被调用函数不改变工作区中其他变量的数值。

而脚本文件与函数文件不同，脚本文件没有独立的工作区。通过命令行窗口调用脚本文件时，脚本文件分享主工作区；当函数调用脚本文件时，脚本文件分享主调函数的工作区。如果脚本中改变了工作区中变量的值，则在脚本文件调用结束后，该变量的值发生改变。

【例3.4】　局部变量的示例。

在程序编辑窗口中编写以下语句，并以local.m为名存入相应的子目录。

在MATLAB命令行窗口中输入下面的命令并得出结果。

从上面的结果可知，函数调用结束后，执行whos无变量信息输出。因此，函数调用结束后，函数内部变量不改变主工作区中变量的值。

（2）全局变量

用户为了在整个MATLAB工作空间进行函数间变量的操作与数据共享，需要使用全局变量，可通过global函数来定义全局变量。全局变量的声明格式如下：

其含义是将变量1和变量2这两个变量定义为全局变量。

与局部变量不同，全局变量可以在定义该变量的全部工作区中有效。当在一个工作区内改变变量的值时，该变量在其他工作区中的变量值也同时发生改变。需要注意的是，任何函数在使用全局变量前必须先声明，即便是在命令行窗口中也不例外。如果一个M文件中包含的子函数需要访问全局变量，则需要在子函数中声明该变量；如果用户需要在命令行窗口中访问该变量，也需在命令行窗口中声明该变量。

值得注意的是，变量名的书写是区分大小写的，习惯上用大写字母来定义全局变量。

（3）永久变量

除了局部变量和全局变量外，MATLAB中还有一类变量被声明为persistent，译为永久变量。这类变量在函数退出时不被释放，当函数再次被调用时，这些变量保留上次函数退出时的数值。永久变量的声明格式如下：

例如：

永久变量具有以下特点：

永久变量与全局变量类似，但是只能在M文件内部定义，它的范围被限制在声明变量的函数内部，不允许其他函数对其进行改变。

只有该变量从属的函数能够访问该变量。

当函数运行结束时，永久变量的值保留在内存中。只要M文件还在MATLAB的内存中，永久变量就存在。因此，当用户再次调用该函数时，可再次利用这些永久变量。

3.函数参数的可调性

函数调用的变量不可多于函数M文件中所规定的输入和输出变量。如果输入与输出变量数多于M文件的函数定义句中所规定的数目，则调用时自动返回一个错误。

在命令窗口中，函数调用的一般格式为：

例如：

在调用函数时，MATLAB用nargin和nargout两个函数分别记录调用该函数时的输入实参和输出实参的个数。只要在函数文件中包含这两个函数，就可以准确地知道该函数文件被调用时的输入、输出参数个数，从而决定如何处理函数。

在函数体内部用nargin（或nargout）确定用户提供的输入（或输出）参数个数。在函数体外部用nargin（或nargout）确定一个给定的函数的输入（或输出）参数的个数。如果函数的参数的数目是可变的，则返回一个负值。

函数的具体使用如下：

nargin（），nargout（）：返回输入、输出参数个数。

nargin（fun），nargout（fun）：返回fun函数的输入、输出参数个数。

【注】nargin（）和nargout（）是函数而不是变量，用户不能对其进行重新赋值。

【例3.5】　nargin的用法示例。

在程序编辑窗口中编写以下语句，并以charray.m为名存入相应的子目录。

在MATLAB命令行窗口中输入下面的命令并得出结果。