009_lhs_rhs_in_Matlab中的左值和右值约定

news/2024/4/28 12:12:33/文章来源:https://blog.csdn.net/withstand/article/details/137131662

Matlab中的左值和右值约定

1. 左值和右值

我们在把Matlab作为计算器来使用时，有些时候会直接列出一个表达式，等着Matlab打印出计算结果。就这个简单的举动，在计算机科学中，也有一个高大上的名字，叫什么REPL（Read-Eval-Print Loop）。

你们以后如果在拿Matlab作为计算器使用，别人问你们在干什么，你们就可以说，我在利用Matlab的REPL功能进行快速原型开发与验证。

我在好多本书里看到对REPL的意义的解释，基本上都是这样的：REPL是一种交互式编程环境，它可以让你快速地输入表达式，然后立即看到计算结果。这种交互式的编程环境，可以让你快速地验证你的想法，快速地进行原型开发。关于REPL的意义，大厨们简直能写一本书，哦不，几本书。

但是作为一个计算器，Matlab最强大的不是能算一些数，它还能把中间的计算结果保存下来，然后再利用这些计算结果进行下一步的计算。这就涉及到了一个概念，叫做左值和右值。

a = 1;
b = 2;c = a + b;

在Matlab这样的语言中，变量不需要声明，变量的类型也不固定，虽然每个变量在赋值之后的确有一个类型。

在Matlab中，变量的大小和类型信息可以用whos命令查看。

whos

>> whosName      Size            Bytes  Class     Attributesa         1x1                 8  double              b         1x1                 8  double              c         1x1                 8  double

这跟我们在草稿纸上进行数字计算的时候，把中间结果写在草稿纸上，然后再利用这些中间结果进行下一步计算是一样的。只不过，我们通常会是这样。

在这里插入图片描述

高级计算器Matlab除了REPL功能之外，还提供了一种设定变量的值的功能。一个设定变量值的语句称为表达式。在Matlab中，表达式的一般形式是：

左值 = 右值

从这里，就可以定义左值和右值。

左值：左值是一个变量，它是一个存储位置，用来存储右值的计算结果。
右值：右值是一个表达式，它是一个计算过程，用来计算出一个值。

2. 作为左值的变量

那么那些东西可以作为左值呢？这就设计到另外一个概念，类型。在一个强类型的编程语言（计算环境）中，一个左值的类型是一个重要的概念，通过类型才能确定变量的存储位置的大小和存储方式。

从我们前面的whos命令的输出可以看到，Matlab中的变量有一个属性叫做Class，这个属性就是变量的类型。

那么，Matlab中的变量的类型有哪些呢？通过class函数可以查看一个变量的类型。查看help class可以看到Matlab中的数据类型。

>> help classclass  Return class name of object.S = class(OBJ) returns the name of the class of     object OBJ.Possibilities are:double          -- Double precision floating     point number array(this is the traditional     MATLAB matrix or array)single          -- Single precision floating     point number arraylogical         -- Logical arraychar            -- Character arraycell            -- Cell arraystruct          -- Structure arrayfunction_handle -- Function Handleint8            -- 8-bit signed integer arrayuint8           -- 8-bit unsigned integer arrayint16           -- 16-bit signed integer arrayuint16          -- 16-bit unsigned integer arrayint32           -- 32-bit signed integer arrayuint32          -- 32-bit unsigned integer arrayint64           -- 64-bit signed integer arrayuint64          -- 64-bit unsigned integer array<class_name>    -- MATLAB class name for MATLAB     objects<java_class>    -- Java class name for java     objects

从这里可以看到Matlab的基本数据类型。那么问题来了，作为左值的变量的类型从哪里来？

一个明显的来源就是从设置变量值的表达式中的右值的类型来决定，a = 1中1的类型是double，所以a的类型也是double。那么还有没有其他决定变量类型的方法呢？那就是Matlab的索引过程中的约定。

这里还有一个很奇怪的现象，就是Matlab没有数组或者矩阵类型。

约定：Matlab中的所有基础变量都是数组，最平常的就是size为1的数组。

>> cellfun(@class, {1, [1], [1,1], [1,1;1,1]}, 'UniformOutput', false)ans =1×4 cell 数组{'double'}    {'double'}    {'double'}    {'double'}

这个例子可以看到，这几个变量的类型都是double，他们的不同在于size。

>> cellfun(@size, {1, [1], [1,1], [1,1;1,1]}, 'UniformOutput', false)ans =1×4 cell 数组{[1 1]}    {[1 1]}    {[1 2]}    {[2 2]}

这里还可以看到，1和[1]是同一个东西。

>> 1 == [1]ans =logical1

这就是为什么Matlab的名字是Matrix Laboratory的原因，所有的基础变量都是矩阵，都作为数组来处理。

3. 作为左值的数组

当所有基础类型（数值、字符、逻辑）都是数组的时候，数组也可以作为左值。这个时候，前面我们所讲的索引的各个约定就有非常重要的作用了。

我们可以通过索引，把一个数组的一部分作为左值来赋值。这个实际上不是一个很简单的操作。

A = magic(3);A(1,1) = 1; % 单个元素的左值A(1,:) = 1; % 一行的左值A(:,1) = 1; % 一列的左值A(1:2,1:2) = 1; % 一个矩形区域的左值

这里的A(1,1)、A(1,:)、A(:,1)、A(1:2,1:2)都是左值，它们都是数组的一部分。这里还有一个并不简单的事情，就是这四个表达式的右边的值都是1，但是它们的大小是不同的。这就是Matlab的广播约定。

约定：当一个表达式的左值numel大于1，右值是size为[1,1]，右值会被拷贝到左值的每一个元素，称为广播。

对于上面这个例子中的矩阵索引构成的左值，是Matlab中的一个非常重要的特性。在这个赋值过程中，有两种情况：

右值的numel等于左值的numel，这个时候，右值会被依次拷贝到左值，这个顺序我猜测是按照sub2ind的顺序。
右值的numel等于1，这个时候，右值会被广播到左值的每一个元素。

4. 作为右值的表达式

Matalb表达式的右值，归根揭底就只有3种形式：

字面常量，比如1、'a'、true、[1,2,3]。
矩阵索引，比如A(1,1)、A(1,:)、A(:,1)、A(1:2,1:2)。
函数调用，比如sin(1)、magic(3)、ones(3,2)`。

那我们平常在Matlab中写的表达式，比如a + b、A * B中的+和*是什么呢？只需要在Matlab中输入help +就能看到+的帮助文档。

>> help ++   Plus.A + B adds arrays A and B. A and B must have the same size unless one is a scalar.A scalar can be added to a matrix of any size.C = PLUS(A,B) is called for the syntax 'A + B' when A or B is an object.See also: plus, minus, uplus, uminus, mtimes, times, rdivide, ldivide, power.

所有的运算符都是函数，这些函数都是Matlab的内置函数。