Matlab中的類定義 classdef

Matlab也可以寫面向對象的代碼，首先表現在可以定義類，以及可以繼承，使用類（class）有很多好處，其中一個重要的好處便是解決變量名衝突和讓函數、對象的結構清晰。class的static function可以在不定義類的實例直接調用類的成員函數，比如定義

classdef tools < handle
    methods (Static = true)
        function a = test(b, c)
            a = b + c;
        end
    end
end

然後可以直接通過

a = tools.test(b, c);

調用函數。

classdel是定義類名，後面的<是表示繼承，Matlab允許多重繼承，繼承自handle類，handle類定義了很多關於object的處理函數，例如addListener以及notify還有delete等對對象的函數，是一個抽象類，不能實例化，具體可以看一下參考文獻【2】。

類的方法是放在methods ...end裏面。

下面是一個稍微複雜的類的定義

classdef TensileData
   properties
      Material = 'carbon steel';
      SampleNumber = 0;
      Stress
      Strain
   end
   properties (Dependent)
      Modulus
   end
   
   methods
      function td = TensileData(material,samplenum,stress,strain)
         if nargin > 0
            td.Material = material;
            td.SampleNumber = samplenum;
            td.Stress = stress;
            td.Strain = strain;
         end
      end % TensileData
   end
   
   methods
      function obj = set.Material(obj,material)
         if ~(strcmpi(material,'aluminum') ||...
               strcmpi(material,'stainless steel') ||...
               strcmpi(material,'carbon steel'))
            error('Material must be aluminum, stainless steel, or carbon steel')
         end
         obj.Material = material;
      end % Material set function
      
      function modulus = get.Modulus(obj)
         ind = find(obj.Strain > 0); % Find nonzero strain
         modulus = mean(obj.Stress(ind)./obj.Strain(ind));
      end % Modulus get function
      
      function obj = set.Modulus(obj,~)
         fprintf('%s%d\n','Modulus is: ',obj.Modulus)
         error('You cannot set Modulus explicitly');
      end
      
      function disp(td)
         fprintf(1,'Material: %s\nSample Number: %g\nModulus: %1.5g\n',...
            td.Material,td.SampleNumber,td.Modulus);
      end % disp
      
      function plot(td,varargin)
         plot(td.Strain,td.Stress,varargin{:})
         title(['Stress/Strain plot for Sample ',num2str(td.SampleNumber)])
         xlabel('Strain %')
         ylabel('Stress (psi)')
      end % plot
   end
   
   methods (Access = 'private') % Access by class members only
      function m = CalcModulus(td)
         % Over-simplified calculation of Elastic Modulus
         ind = find(td.Strain > 0); % Find nonzero strain
         m = mean(td.Stress(ind)./td.Strain(ind));
      end % CalcModulus
   end
end % classdef

在上述代碼中，

classdef TensileData

　　...

end

是定義一個TensileData類。代碼：

 properties
      Material = 'carbon steel';
      SampleNumber = 0;
      Stress
      Strain
   end
 是定義這個類的屬性，也就是C++中類的成員變量。但是和C++不同的是，matlab中的類定義還有一個比較特別的地方的，就是定義依賴屬性，如下述代碼：

 properties (Dependent)
      Modulus
   end

這表示Modulus這個屬性是個依賴屬性，它的值是通過其他屬性計算得到的，其中Dependent的默認屬性值爲True。

它的值是通過下面函數實現的：

% Modulus get function

function modulus = get.Modulus(obj)
         ind = find(obj.Strain > 0); % Find nonzero strain
         modulus = mean(obj.Stress(ind)./obj.Strain(ind));
end

類的方法（函數）的定義是以methods ... end的的形式出現的。如下面的類方法的定義：

methods
      function td = TensileData(material,samplenum,stress,strain)
         if nargin > 0
            td.Material = material;
            td.SampleNumber = samplenum;
            td.Stress = stress;
            td.Strain = strain;
         end
      end 
end

該函數塊定義了TensileData構造函數方法。上述代碼中的最後一個方法 methods (Access = 'private')

中的Access = 'private'表示該方法僅能被類本身訪問和修改，是個私有成員方法。其中屬性Access又可分爲

SetAccess和GetAccess，屬性值和Access相同。

面向對象的使用必然導致程序的開銷變高，關於相關的討論可以看一下【1】：

封裝後的函數多次調用會話費相當長的時間

所以到底該不該封裝，還需取決於實際情況，如果函數本身特別簡單，並且會被循環調用，最好還是通過m文件函數的形式。之前MIT大牛給出了更多地建議

1. 雖然for-loop的速度有了很大改善，vectorization（向量化）仍舊是改善效率的重要途徑，尤其是在能把運算改寫成矩陣乘法的情況下，改善尤爲顯著。
2. 在不少情況下，for-loop本身已經不構成太大問題，尤其是當循環體本身需要較多的計算的時候。這個時候，改善概率的關鍵在於改善循環體本身而不是去掉for-loop。
3. MATLAB的函數調用過程（非built-in function）有顯著開銷，因此，在效率要求較高的代碼中，應該儘可能採用扁平的調用結構，也就是在保持代碼清晰和可維護的情況下，儘量直接寫表達式和利用built-in function，避免不必要的自定義函數調用過程。在次數很多的循環體內（包括在cellfun, arrayfun等實際上蘊含循環的函數）形成長調用鏈，會帶來很大的開銷。
4. 在調用函數時，首選built-in function，然後是普通的m-file函數，然後纔是function handle或者anonymous function。在使用function handle或者anonymous function作爲參數傳遞時，如果該函數被調用多次，最好先用一個變量接住，再傳入該變量。這樣，可以有效避免重複的解析過程。
5. 在可能的情況下，使用numeric array或者struct array，它們的效率大幅度高於cell array（幾十倍甚至更多）。對於struct，儘可能使用普通的域（字段，field）訪問方式，在非效率關鍵，執行次數較少，而靈活性要求較高的代碼中，可以考慮使用動態名稱的域訪問。
6. 雖然object-oriented從軟件工程的角度更爲優勝，而且object的使用很多時候很方便，但是MATLAB目前對於OO的實現效率很低，在效率關鍵的代碼中應該慎用objects。
7. 如果需要設計類，應該儘可能採用普通的property，而避免靈活但是效率很低的dependent property。如非確實必要，避免重載subsref和subsasgn函數，因爲這會全面接管對於object的接口調用，往往會帶來非常巨大的開銷（成千上萬倍的減慢），甚至使得本來幾乎不是問題的代碼成爲性能瓶頸。

參考文獻：

【1】http://zhiqiang.org/blog/it/class-wrapper-functions-in-matlab.html

【2】http://cn.mathworks.com/help/matlab/ref/handle.html?searchHighlight=handle

【3】http://www.cnblogs.com/magic-cube/archive/2011/11/08/2241580.html

【4】http://anony3721.blog.163.com/blog/static/5119742011911111232557/