第12章程序調(diào)試和編程技巧

1、第第1212章章 程序調(diào)試和編程技巧程序調(diào)試和編程技巧在編寫在編寫MATLAB程序時(shí)，難免會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，這時(shí)就需要對(duì)程程序時(shí)，難免會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤，這時(shí)就需要對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試。序進(jìn)行調(diào)試。MATLAB中，中，M文件的調(diào)試主要有兩種方文件的調(diào)試主要有兩種方法：直接調(diào)試法和工具調(diào)試法。法：直接調(diào)試法和工具調(diào)試法。編寫的程序在能夠完成特定的功能的情況下，還要對(duì)程序的編寫的程序在能夠完成特定的功能的情況下，還要對(duì)程序的性能進(jìn)行分析，例如運(yùn)算速度和效率等。在性能進(jìn)行分析，例如運(yùn)算速度和效率等。在MATLAB中中，采用，采用Profile工具對(duì)程序的性能進(jìn)行分析。在本章的最工具對(duì)程序的性能進(jìn)行分析。在本章的最后，介

2、紹了一些常用的編程技巧。后，介紹了一些常用的編程技巧。12.1 M12.1 M文件調(diào)試文件調(diào)試對(duì)于編程者來(lái)說(shuō)，程序出現(xiàn)錯(cuò)誤在所難免，尤其是在編寫多對(duì)于編程者來(lái)說(shuō)，程序出現(xiàn)錯(cuò)誤在所難免，尤其是在編寫多人參與的大型程序時(shí)，掌握常用的程序調(diào)試方法非常重人參與的大型程序時(shí)，掌握常用的程序調(diào)試方法非常重要。下面首先介紹出錯(cuò)信息，然后介紹常用的直接調(diào)試要。下面首先介紹出錯(cuò)信息，然后介紹常用的直接調(diào)試法和工具調(diào)試法等。法和工具調(diào)試法等。12.1.1 12.1.1 出錯(cuò)信息出錯(cuò)信息程序調(diào)試是一個(gè)很基礎(chǔ)也很重要的問(wèn)題。沒(méi)有人能一遍寫出程序調(diào)試是一個(gè)很基礎(chǔ)也很重要的問(wèn)題。沒(méi)有人能一遍寫出完全正確沒(méi)有錯(cuò)誤的程序。錯(cuò)

3、誤的程序大致分為以下三完全正確沒(méi)有錯(cuò)誤的程序。錯(cuò)誤的程序大致分為以下三類：類：拼寫錯(cuò)誤：比如應(yīng)該是拼寫錯(cuò)誤：比如應(yīng)該是sum( )，寫成了，寫成了smu( )。拼寫錯(cuò)誤非。拼寫錯(cuò)誤非常容易發(fā)現(xiàn)，在程序運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)會(huì)提示錯(cuò)誤。常容易發(fā)現(xiàn)，在程序運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)會(huì)提示錯(cuò)誤。語(yǔ)法錯(cuò)誤：比如語(yǔ)法錯(cuò)誤：比如6/0，輸出結(jié)果變?yōu)闊o(wú)窮大，輸出結(jié)果變?yōu)闊o(wú)窮大Inf。程序在運(yùn)行。程序在運(yùn)行時(shí)不一定會(huì)報(bào)錯(cuò)，但是輸出結(jié)果不正常。時(shí)不一定會(huì)報(bào)錯(cuò)，但是輸出結(jié)果不正常。邏輯錯(cuò)誤：這樣的錯(cuò)誤非常隱蔽，通常是對(duì)程序的算法考慮邏輯錯(cuò)誤：這樣的錯(cuò)誤非常隱蔽，通常是對(duì)程序的算法考慮不周全。程序可以正常執(zhí)行，但是輸出結(jié)果不符合預(yù)期不周全

4、。程序可以正常執(zhí)行，但是輸出結(jié)果不符合預(yù)期值。值。12.1.2 12.1.2 直接調(diào)試法直接調(diào)試法利用利用MATLAB編寫腳本文件或函數(shù)，非常靈活，得到的程序編寫腳本文件或函數(shù)，非常靈活，得到的程序也非常的簡(jiǎn)潔，比較容易閱讀和理解。對(duì)于不是很復(fù)雜也非常的簡(jiǎn)潔，比較容易閱讀和理解。對(duì)于不是很復(fù)雜的程序，可以使用直接調(diào)試法進(jìn)行程序的調(diào)試。的程序，可以使用直接調(diào)試法進(jìn)行程序的調(diào)試。（1）如果程序出錯(cuò)或給出警告信息，仔細(xì)分析出錯(cuò)或警告）如果程序出錯(cuò)或給出警告信息，仔細(xì)分析出錯(cuò)或警告信息，會(huì)得到出錯(cuò)的原因。信息，會(huì)得到出錯(cuò)的原因。 （2）在程序中，利用函數(shù)）在程序中，利用函數(shù)disp( )將函數(shù)將函數(shù)M

5、文件的中間結(jié)果文件的中間結(jié)果顯示出來(lái)。顯示出來(lái)。 （3）在單獨(dú)調(diào)試一個(gè)函數(shù)）在單獨(dú)調(diào)試一個(gè)函數(shù)M文件時(shí)，可以將該函數(shù)文件時(shí)，可以將該函數(shù)M文件文件修改為腳本修改為腳本M文件進(jìn)行調(diào)試。文件進(jìn)行調(diào)試。 （4）將程序的某些行通過(guò)注釋進(jìn)行屏蔽，在程序行的前面）將程序的某些行通過(guò)注釋進(jìn)行屏蔽，在程序行的前面輸入注釋符輸入注釋符%。 （5）在程序中需要調(diào)試的地方添加）在程序中需要調(diào)試的地方添加keyboard函數(shù)。函數(shù)。 12.1.3 12.1.3 工具調(diào)試法工具調(diào)試法在在MATLAB中，有強(qiáng)大的程序調(diào)試工具，可以在命令行窗口中，有強(qiáng)大的程序調(diào)試工具，可以在命令行窗口采用調(diào)試命令進(jìn)行調(diào)試，也可以采用采用調(diào)

6、試命令進(jìn)行調(diào)試，也可以采用Debugger工具在圖工具在圖形窗口中進(jìn)行程序的調(diào)試。下面分別進(jìn)行介紹。形窗口中進(jìn)行程序的調(diào)試。下面分別進(jìn)行介紹。1命令行為主的調(diào)試命令行為主的調(diào)試在命令行在命令行 窗口中輸入：窗口中輸入：help debug可以查看調(diào)試命令?？梢圆榭凑{(diào)試命令。dbstop設(shè)置斷點(diǎn)。設(shè)置斷點(diǎn)。dbclear清除斷點(diǎn)。清除斷點(diǎn)。dbcont從斷點(diǎn)處恢從斷點(diǎn)處恢復(fù)執(zhí)行。復(fù)執(zhí)行。dbstack調(diào)用堆棧。調(diào)用堆棧。dbstatus列出所有斷點(diǎn)。列出所有斷點(diǎn)。dbstep執(zhí)行一行或多行程序。執(zhí)行一行或多行程序。dbtype查看程序的代碼。查看程序的代碼。2圖形化程序調(diào)試圖形化程序調(diào)試12.1

7、.4 12.1.4 錯(cuò)誤處理錯(cuò)誤處理在程序運(yùn)行過(guò)程中，如果遇到警告或錯(cuò)誤，需要進(jìn)行處理。在程序運(yùn)行過(guò)程中，如果遇到警告或錯(cuò)誤，需要進(jìn)行處理。在在MATLAB中，可以采用中，可以采用trycatch語(yǔ)句來(lái)捕獲錯(cuò)誤。語(yǔ)句來(lái)捕獲錯(cuò)誤?？梢岳煤瘮?shù)可以利用函數(shù)error( )發(fā)出錯(cuò)誤信息，利用函數(shù)發(fā)出錯(cuò)誤信息，利用函數(shù)warning( )發(fā)出警告信息。發(fā)出警告信息。1使用使用trycatch語(yǔ)句語(yǔ)句2使用函數(shù)使用函數(shù)error( )3使用函數(shù)使用函數(shù)warning( )12.2 M12.2 M文件性能分析文件性能分析在在MATLAB中，通過(guò)程序的調(diào)試，可以改正程序中的語(yǔ)法錯(cuò)中，通過(guò)程序的調(diào)試，可以改正

8、程序中的語(yǔ)法錯(cuò)誤和邏輯錯(cuò)誤等。程序調(diào)試結(jié)束以后，用戶編寫的誤和邏輯錯(cuò)誤等。程序調(diào)試結(jié)束以后，用戶編寫的MATLAB程序可以正常運(yùn)行了，但可能并不是最優(yōu)的，程序可以正常運(yùn)行了，但可能并不是最優(yōu)的，運(yùn)行效率也不是最好的。這就需要對(duì)運(yùn)行效率也不是最好的。這就需要對(duì)MATLAB程序的性程序的性能進(jìn)行分析，并進(jìn)行優(yōu)化。能進(jìn)行分析，并進(jìn)行優(yōu)化。MATLAB提供的提供的M文件分析工具包括：文件分析工具包括：Code Analyzer工具工具和和Profiler工具，它們都有圖形操作界面，使用起來(lái)非常工具，它們都有圖形操作界面，使用起來(lái)非常的方便，下面進(jìn)行詳細(xì)的介紹。的方便，下面進(jìn)行詳細(xì)的介紹。12.2.1

9、Code Analyzer12.2.1 Code Analyzer工具工具在在MATLAB中，可以利用中，可以利用Code Analyzer工具來(lái)分析程序中工具來(lái)分析程序中的錯(cuò)誤和性能等。在以前的的錯(cuò)誤和性能等。在以前的MATLAB版本中叫版本中叫M-lint，基，基本功能類似，只是名稱不一樣。本功能類似，只是名稱不一樣。用戶首先采用用戶首先采用M文件編輯器打開(kāi)要分析的文件編輯器打開(kāi)要分析的M文件，然后選擇文件，然后選擇M文件編輯器中文件編輯器中Tool菜單下的菜單下的Code Analyzer選項(xiàng)，如圖選項(xiàng)，如圖12.8所示。其中菜單所示。其中菜單MATLAB Compiler Messag

10、e Default Setting將將Code Analyzer工具設(shè)置為默認(rèn)值，單工具設(shè)置為默認(rèn)值，單擊菜單擊菜單Show Code Analyzer Report，會(huì)在瀏覽器窗口，會(huì)在瀏覽器窗口中顯示分析報(bào)告。中顯示分析報(bào)告。12.2.2 Profiler12.2.2 Profiler分析工具分析工具在在MATLAB中，采用中，采用Profiler工具對(duì)工具對(duì)MATLAB代碼進(jìn)行分析代碼進(jìn)行分析。用戶可以在。用戶可以在MATLAB的主界面中單擊菜單的主界面中單擊菜單Desktop| Profiler，顯示，顯示Profiler工具。在工具。在Run this code后面輸入后面輸入程序文

11、件名或程序語(yǔ)句后，通過(guò)單擊按鈕程序文件名或程序語(yǔ)句后，通過(guò)單擊按鈕Start Profiling進(jìn)行程序的性能分析。進(jìn)行程序的性能分析。12.3 12.3 編程技巧編程技巧由于由于 MATLAB 語(yǔ)言是一種解釋性語(yǔ)言，有時(shí)語(yǔ)言是一種解釋性語(yǔ)言，有時(shí) MATLAB 程程序的執(zhí)行速度不是很理想。下面給出了一些編程的技巧序的執(zhí)行速度不是很理想。下面給出了一些編程的技巧，例如：盡量采用向量運(yùn)算來(lái)代替循環(huán)，對(duì)于大型的矩，例如：盡量采用向量運(yùn)算來(lái)代替循環(huán)，對(duì)于大型的矩陣預(yù)先給出維數(shù)等。陣預(yù)先給出維數(shù)等。12.3.1 12.3.1 程序執(zhí)行時(shí)間程序執(zhí)行時(shí)間在在MATLAB中，可以對(duì)程序進(jìn)行計(jì)時(shí)，從而獲得程序

12、的執(zhí)行中，可以對(duì)程序進(jìn)行計(jì)時(shí)，從而獲得程序的執(zhí)行時(shí)間。在本書(shū)第時(shí)間。在本書(shū)第2章的章的2.3.4節(jié)，給出了節(jié)，給出了3種計(jì)時(shí)方法，分種計(jì)時(shí)方法，分別是別是1）采用函數(shù)）采用函數(shù)tic和和toc進(jìn)行計(jì)時(shí)；進(jìn)行計(jì)時(shí)；2）利用函數(shù)）利用函數(shù)etime進(jìn)行計(jì)時(shí)；進(jìn)行計(jì)時(shí)；3）利用）利用cputime進(jìn)行計(jì)時(shí)。進(jìn)行計(jì)時(shí)。如果程序不小心進(jìn)入死循環(huán)，或者計(jì)算時(shí)間太長(zhǎng)，用戶可以如果程序不小心進(jìn)入死循環(huán)，或者計(jì)算時(shí)間太長(zhǎng)，用戶可以在命令窗口中使用在命令窗口中使用Ctrl+c來(lái)中斷當(dāng)前程序的執(zhí)行。來(lái)中斷當(dāng)前程序的執(zhí)行。12.3.2 12.3.2 編程技巧編程技巧（1）在利用）在利用MATLAB編程時(shí)，應(yīng)盡量避免使

13、用循環(huán)。編程時(shí)，應(yīng)盡量避免使用循環(huán)。（2）如果必須使用多重循環(huán)，但是兩個(gè)循環(huán)執(zhí)行的次數(shù)不）如果必須使用多重循環(huán)，但是兩個(gè)循環(huán)執(zhí)行的次數(shù)不同，則建議在外循環(huán)執(zhí)行循環(huán)次數(shù)少的，內(nèi)循環(huán)執(zhí)行循同，則建議在外循環(huán)執(zhí)行循環(huán)次數(shù)少的，內(nèi)循環(huán)執(zhí)行循環(huán)次數(shù)多的。這樣也可以顯著提高速度。環(huán)次數(shù)多的。這樣也可以顯著提高速度。（3）對(duì)于大型矩陣，如果預(yù)先定維，會(huì)減少程序的執(zhí)行時(shí)）對(duì)于大型矩陣，如果預(yù)先定維，會(huì)減少程序的執(zhí)行時(shí)間，提高程序的運(yùn)算效率。間，提高程序的運(yùn)算效率。在程序中，給大型矩陣動(dòng)態(tài)的確定維數(shù)，花費(fèi)的時(shí)間非常多在程序中，給大型矩陣動(dòng)態(tài)的確定維數(shù)，花費(fèi)的時(shí)間非常多。建議在定義大矩陣時(shí)，首先用。建議在定義大矩

14、陣時(shí)，首先用 MATLAB 的內(nèi)在函數(shù)，的內(nèi)在函數(shù)，如函數(shù)如函數(shù)zeros( )或或ones( )對(duì)之先進(jìn)行定維，然后再進(jìn)行賦對(duì)之先進(jìn)行定維，然后再進(jìn)行賦值處理，這樣會(huì)顯著減少所需的時(shí)間的。值處理，這樣會(huì)顯著減少所需的時(shí)間的。（4）在編寫程序時(shí)，優(yōu)先考慮）在編寫程序時(shí)，優(yōu)先考慮MATLAB的內(nèi)在函數(shù)。的內(nèi)在函數(shù)。（5）如果用戶想繼續(xù)提高程序的效率，可以考慮采用更加）如果用戶想繼續(xù)提高程序的效率，可以考慮采用更加有效的算法。有效的算法。（6）此外，還可以嘗試采用）此外，還可以嘗試采用Mex 技術(shù)。技術(shù)。12.3.4 12.3.4 小技巧小技巧下面給出在利用下面給出在利用MATLAB編程時(shí)，可能會(huì)

15、用到的一些小技巧編程時(shí)，可能會(huì)用到的一些小技巧。在有些時(shí)候這些小技巧，也能起到事半功倍的效果。在有些時(shí)候這些小技巧，也能起到事半功倍的效果。（1）對(duì)于）對(duì)于M文件的命名，盡量不要用簡(jiǎn)單的英文單詞，最好文件的命名，盡量不要用簡(jiǎn)單的英文單詞，最好是由大小寫英文字母、數(shù)字和下劃線等組成。是由大小寫英文字母、數(shù)字和下劃線等組成。（2）在調(diào)試程序時(shí)，經(jīng)常要屏蔽掉多行程序，可以在選定）在調(diào)試程序時(shí)，經(jīng)常要屏蔽掉多行程序，可以在選定程序后，按快捷鍵程序后，按快捷鍵Ctrl+r將這些程序行注釋掉。將這些程序行注釋掉。（3）快捷鍵）快捷鍵Ctrl+c可以中斷正在執(zhí)行的操作。可以中斷正在執(zhí)行的操作。（4）使用）使用Tab鍵補(bǔ)全函數(shù)名或文件名。鍵補(bǔ)全函數(shù)名或文件名。（5）在命令行窗口中，使用上下光標(biāo)鍵）在命令行窗口中，使用上下光標(biāo)鍵和和，將歷史記錄，將歷史記錄中的命令復(fù)制到輸入位置。中的命令復(fù)制到輸入位置。（6）使用文本編輯器的）使用文本編輯器的cell模式，能使程序更加清晰。模式，能使程序更加清晰。 12.4 12.4 本章小結(jié)本章小結(jié)本章給出了在本章給出了在MATLAB編程時(shí)，程序調(diào)試的方法，包括命令編程時(shí)，程序調(diào)試的方法，包括命令行下的直接調(diào)試法和工具調(diào)試法。