matlab面向对象

news2025/1/15 17:25:13

一、面向对象编程

1.1 面向过程与面向对象

区别：
- 面向过程的核心是一系列函数，执行过程是依次使用每个函数
- 面向对象的核心是对象（类）及其属性、方法，每个对象根据需求执行自己的方法以解决问题

对象：单个事务的抽象。也可理解为函数和数据的封装
面向对象的必要性：

1.2 对象的基本概念

类：一组相关的属性和行为的集合，是一个抽象的概念
- 抽象化：抽象代表现实世界中实体的行为
- 属性：存储在类中的数据和变量
- 方法：事物可以执行的操作或行为
- 初始化：构造一个类并指明固有属性的过程
对象：该类事物的具体表现形式，具体存在的个体

1.3 面向对象的三个特征

封装
- 一个对象就是一个封装了数据和操作这些数据的代码的实体
- 部分数据和方法只能通过内部访问，避免意外的修改
继承
- 可以复用现有类的所有功能，并在无需重新编写原来的类的情况下对这些功能进行拓展
- 提供了从特殊到一般的方法
多态
- 一个类实例的相同方法在不同情形有不同表现形式
- 不同的对象可以通过相同的操作来调用

1.4 MATLAB面向对象编程的用法

新建文件的时候直接新建一个类文件，会自动生成一个标准类模板：

classdef untitled
    %UNTITLED2 此处提供此类的摘要
    %   此处提供详细说明

    properties
        Property1
    end

    methods
        function obj = untitled(inputArg1, inputArg2)
            % 构造函数本身
            obj.Property1 = inputArg1 + inputArg2;
        end

        function outputArg = method1(obj, inputArg)
            % 方法
            outputArg = obj.Property1 + inputArg;
        end
    end
end

注意：

类名称要和文件名保持一致
properties关键字：类属性
methods关键字：方法
- 在methods里必须存在一个与类名相同的函数，这个函数的输出变量就是类产生的对象

1.5 实例

定义一只小狗；属性：名字、年龄；初始化：输入名字；方法1：让它坐下；方法2：询问年龄

classdef dog
    properties
        % 小狗的属性
        name
        age
    end 
    
    methods
        function obj = dog(name, age)
            % 构造函数
            obj.name = name;
            obj.age = age;
        end
        
        function sit(obj)
            % 让小狗坐下
            fprintf('%s is now sitting.\n', obj.name);
        end
    end
end

二、面向对象的基本操作

2.1 类的属性和方法

属性
- 属性的默认值 —— 在属性列表中指定
- 常量属性：用Constant声明
- 非独立属性：用Dependent声明，属性值是否取决于其他值
- 隐藏的属性：通过Hidden声明，用于隐藏内部细节，使对象更简洁
属性的访问权限
- 语法：（Set / Get）Access = private / protected / public
- private：只有该类的成员方法可以访问
- protected：只有该类的成员方法和该类的子类可以访问
- public：除该类和子类外，在类之外的函数或脚本中也可以访问
方法
- 构造函数Constructor
  - 构造函数和类的名称相同，用来创建类的实例
  - 一个类的定义中只能有一个构造函数
  - 构造函数只能有一个返回值，即新创建的对象

2.2 类的组合和继承

继承是为了提高代码复用性，但也要注重逻辑性

实例：有一个车辆类vehicle，现在要创建一个电动车类e_vehicle

vehicle.m

classdef vehicle < handle  
    properties
        make
    end
    properties(SetAccess=protected)
        car_miles = 0;
    end
    properties(Hidden)
        year
    end
    properties(Dependent)
        car_km
    end
    
    methods
        function obj = vehicle(year, make)
            obj.make = make;
            obj.year = year;
        end
        function descripe(obj)
            fprintf('%s made in %d.\n', obj.make, obj.year);
        end
        function run(obj, miles)
            obj.car_miles = obj.car_miles + miles;
        end
    end
end

e_vehicle.m

classdef e_vehicle < vehicle
    properties
        soc
    end
    properties(Constant)
        soc_per_mile = 1;   % 常量属性
    end
    
    methods
        function obj = e_vehicle(soc, year, make)
            obj = obj@vehicle(year, make); % 用@调用父类方法
            obj.soc = soc;
        end
        function run(obj, miles)
            run@vehicle(obj, miles);
            obj.soc = obj.soc - miles*obj.soc_per_mile;
        end
    end
end

实例化一个e_vehicle对象ev
```
ev=e_vehicle(95,2020,'yiqi')
```
假设跑了10英里（调用ev的方法run），查看ev的里程
```
ev.run(10)
ev.car_miles
```
跑了10英里后，电量减少了，ev.soc查看从95变成了85

2.3 句柄类和实体类

handle类是遵循句柄语义的所有类的超类
- 句柄是引用handle类的对象的变量
- 多个变量可以引用同一个对象
handle类是抽象类，无法直接创建该类的实例。可使用handle类派生其他类，可以使其实例为句柄对象的具体类
```
classdef MyHandleClass < handle		% 表示MyHandleClass类继承于handle类
 	...
end
```
值类（实体类，Value）：
- 构造函数返回一个与其赋值变量相关联的对象
- 复制行为会创建一个独立的副本
- 值类对象在方法中修改后需要返回对象本身
句柄类：
- 构造函数返回一个句柄对象，该对象是对所创建对象的引用
- 复制的句柄指向同一块内存，不会创建副本
- 函数对作为输入参数传递的句柄对象进行修改后，不必返回该对象

例子：

值类dog_value.m

classdef dog_value
    properties
        % 小狗的属性
        name
        age
    end 
    
    methods
        function obj = dog_value(name, age)
            % 构造函数
            obj.name = name;
            obj.age = age;
        end
        
        function sit(obj)
            % 让小狗坐下
            fprintf('%s is now sitting.\n', obj.name);
        end
    end
end

句柄类dog_handle.m（代码与值类一样，名称不同而已，定义时加上handle）

classdef dog_handle < handle
    properties
        % 小狗的属性
        name
        age
    end 
    
    methods
        function obj = dog_handle(name, age)
            % 构造函数
            obj.name = name;
            obj.age = age;
        end
        
        function sit(obj)
            % 让小狗坐下
            fprintf('%s is now sitting.\n', obj.name);
        end
    end
end

分别创建两种类的实例
复制值类dv，会创建一个独立的副本，即dv_copy与dv是相互独立的，互不影响
- 将dv的age修改成10，但是dv_copy的age没改变
复制句柄类dh，句柄指向同一块内存，不会创建副本，即修改其中一个的属性就会影响到另外一个
- 修改dh的年龄，dh_copy的年龄也被修改了
值类对象在方法中修改后需要返回对象本身
- 在值类dog_value.m中添加一个方法set_age用于修改年龄
  - 如下图这样添加是无法修改的，因为值类对象在方法中修改后需要返回对象本身
```
function set_age(obj, age)
	% 修改年龄
	obj.age = age;
end
```
  - 正确的是：
    - 调用的时候如果只是执行dv.set_age这个方法，dv的age并不会被修改，因为没有返回对象本身
- 正确的是dv = dv.set_age(2)，这样才能修改dv的age
```
function obj = set_age(obj, age) % 修改后需要返回对象本身
	% 修改年龄
	obj.age = age;
end
```
相比之下，句柄类就会更简单一些
- 直接添加如下方法，不需要返回对象本身
```
function set_age(obj, age)
	% 修改年龄
	obj.age = age;
end
```
- 调用方法set_age后，dh对象的age即被修改
判断对象是否相等
- 对于handle类
  - 可以用**==和isequal**判断是否指向同一块内存（句柄复制）
  - 可以用isequal判断指向不同内存的对象是否属性一致
- 对于value类
  - 不支持使用==判断相等关系，但可以进行运算符重载
  - 可以用isequal判断相等关系