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第五章MATLAB的GUI程序设计
I程序的对象及相关概念
面向对象的程序设计，其程序是由对象组装起来的。
一个对象通常有自己的属性，事件和方法，它们都不是严格定义的。
按通常的理解，属性确定对象是什么，事件向对象发布消息使其处于活动状态，方法是对象的行为。
以下是它们的要点，大家要在实践中加以总结
1.对象是程序的基本元件。
2.对象通常有属性，属性确定该对象形（外观）。
3.对象通常有行为（方法），行为确定该对象做什么。
4.对象通常有事件，事件向对象传递消息。
5.通常可以为对象编写代码，该代码确定对象的行为。
6.程序中的对象通常处在静止状态，事件可以激活对象，处在活动状态的对象才有行为。
7.属性，事件和方法从属于一个确定的对象。
同一个对象可以有不同的属性，事件和方法，同样的属性，事件和方法也可以从属于不同的对象。
8.对象从属于程序，它通常不能单独运行。
一个程序把一组对象合理的组装起来，通过事件驱动它们。
9.对象有相对的独立性，同一个对象可以从属于不同的程序。
10.Matlab的对象有3类。
一是我们学习过的函数对象，它用函数句柄来表示；二是图形对象，它用各种图形句柄来表示，我们将在下面学习它的使用；三是外部对象，我们以后会学到。
IIMatlab的图形对象及其层次结构
Matlab的图形对象是其程序对象的一种，它是由图形句柄对象来表示的，简称为图形句柄。
图形句柄是Matlab创建图形用户界面（GUI）的基本元素。
这些图形对象及它们的层次结构如下
根屏幕（Root）
图形窗（Figure）
轴（Axes）控件（Uicontrol）菜单（Uimenu）
ImageLineRectangleTextLightPatchSurface
根屏幕（root）
“根屏幕”对应于计算机屏幕，它不需要创建，但可以设置属性值。
其它图形对象都是该对象的“子”。
图形窗（figure）
图形窗是显示图形的窗口，“根屏幕”下可以有多个图形窗，但只有一个是当前窗口。
控件（Uicontrol）
图形窗下的控件主要包括：
按钮，列表框，文件框，滑块等，它是人机交互界面的主要组成部分
菜单（Uimenu）
图形窗下的菜单是下拉式菜单，它是调用子程序的按钮。
轴（axis）
在图形窗口中，“轴对象”定义一个区域，该区域是图形窗的子，同时也是图像，光照，线条等对象的父。
所有绘图指令（如plot,surf,mesh和bar等）都可以创建轴对象。
如果图形窗中有多个轴对象，则只有一个是当前轴对象。
图像（Image）
在轴对象下，一个图像对象由数据矩阵和色数矩阵组成，根据矩阵的不同类型又分索引图像，灰度图像和全彩色图像。
线条（Line）
在轴对象下的“线条”对象为基本的图形元素，用于绘制二，三维图形等。
绘图指令Plot,plot3创建的就是图形对象。
块（Rectangle）
在轴对象下的“块”对象为带有边缘的多边形，绘图指令fill,fill3和contour3创建的是块对象。
文本（Text）
在轴对象下的“文本”对象表示字符串，title,xlabel,ylabel,gtext,text等都可以创建文本对象。
光照（Light）
在轴对象下的“光照”对象设置光源，以影响块和表面对象，用户可以设置光源属性控制颜色，位置和方向等。
表面对象（surface）
在轴对象下由绘图指令做的二三维图形都是表面对象。
III对象句柄属性及意义
1.对象句柄都有各自的属性。
不同的对象句柄也可以有相同的属性
2.每个属性通常都有自己的属性值，决定对象不同的特性。
它通常表现为该对象不同的外观。
3.对象用函数生成。
一个对象在生成时，同时赋予了其属性和属性值
4.对象的属性值，可用set函数改变，可用get函数获取
5.如果不改变属性值，当生成该对象时系统自动取属性的缺省值
6.如果改变属性值，则生成该对象时取该对象属性的当前值
例5.1用set函数对象的属性值
（1）用set函数设置根屏幕的颜色
sphere
set（0,'DefaultFigureColor','b'）;
sphere
（2）用set函数设置图形边沿的颜色
peaks;
h=get（gcf）
set（gcf,'DefaultSurfaceEdgeColor','r'）
peaks;shg
例5.2在两个轴对象上设置不同的属性
t=0:
pi/20:
2*pi;
s=sin（t）;
c=cos（t）;
figh=figure（'position',[30100800350],'DefaultAxesColor',[.8.8.8]）;
axh1=subplot（1,2,1）;gridon
set（axh1,'DefaultLineLineStyle','-.'）
line（'Xdata',t,'Ydata',s）
line（'Xdata',t,'Ydata',c）
text（'Position',[3.4],'string','Sine'）
text（'Position',[2.3],'string','Cosine','HorizontalAlignment','right'）
axh2=subplot（1,2,2）;gridon
set（axh2,'DefaultTextRotation',90）
line（'Xdata',t,'Ydata',s）
line（'Xdata',t,'Ydata',c）
text（'Position',[3.4],'string','Sine'）
text（'Position',[2.3],'string','Cosine','HorizontalAlignment','right'）
IV对象句柄的获取，设置与调用
例5.3mesh函数获取peaks图形的句柄，用get函数取图形的图柄（gcf）和轴柄（gca）。
clfreset;H_mesh=mesh（peaks（20））
H_grand_parent=get（get（H_mesh,'Parent'）,'Parent'）
disp（'图柄轴柄'）,disp（[gcfgca]）
说明：
H_mesh是图形peaks的句柄，H_grand_parent是图形窗口的句柄（它是peaks的grandfather），它的缺省值是gcf。
图柄H_mesh的father是轴柄，它的缺省值是gca。
例5.4低层指令绘图，获得句柄；获取同轴上字对象的句柄和相应对象类型。
clfreset,t=（0:
100）/100*2*pi;
H_line=line（'Xdata',t,'Ydata',sin（t））
text（pi,0.8,'\fontsize{14}sin（t）'）
H_c=get（get（H_line,'parent'）,'children'）
T=get（H_c,'Type'）
说明：
H_line=100.0005是y=sin（t）的图形句柄，H_c是轴柄（gca）的children的句柄，它有两个对象，一个是正弦曲线sin（t）（句柄值为100.0005）,另一个是文本“sin（t）”（其句柄值为102.0002）。
例5.5findobj指令的使用。
clfreset,t=（0:
pi/100:
2*pi）';tt=t*[111];yy=sin（tt）*diag（[0.511.5]）;
plot（tt,yy）,Hb=findobj（gca,'Color','r'）
点评：
1）作图函数（如mesh,line,plot）作出图形，通常可返回函数的句柄，用get函数可取得图形及其parent,children的句柄，gcf,gca,gco是预定义的句柄常量，可接受当前图形，轴和最近点击的图形句柄。
Hb=findobj（gca,'Color','r'）可获得当前轴下不同颜色的句柄。
2）图形上的不同对象对应于不同的句柄
3）以后会看到不同的图形句柄也可以组装成新的图形
例5.6对象属性的获取和设置
clfreset,x=0:
pi/12:
2*pi;
PN1={'Color','LineWidth','Marker'};
%设置属性名元胞数组
PV1={[100],5,'d'};%设置属性值
plot（sin（x）,cos（x）,PN1,PV1）%根据属性值画图
axissquare
PS.Color=[0.70.70];PS.LineWidth=2;
%用构架数组设置属性名和属性值
line（sin（7*x）,cos（7*x）,PS）;%根据属性值画图
说明：
如本例所示，可用元胞数组和构架数组来设置属性名和属性值
例5.7在不同对象上设置属性和属性值
（1）指令中直接指定线型或/和颜色：
clfreset,t=（0:
pi/50:
2*pi）';k=0.4:
0.1:
1;Y=cos（t）*k;
line（t,Y,'Color',[100],'LineStyle','-.'）
（2）轴对象属性'LineStyle'和'ColorOrder'的影响：
clfreset
set（gca,'ColorOrder',[000;0.70.70.7],'LineStyle','-|:
'）
line（t,Y）
（3）在“图对象”上，对轴的缺省属性'DefaultAxesLineStyleOrder'和'DefaultAxesColorOrder'设置所产生的影响
clfreset
set（gcf,'DefaultAxesLineStyleOrder','-|:
'）;
set（gcf,'DefaultAxesColorOrder',[100;001]）;
line（t,Y）
说明：
如本例所示，在图形的上级对象上对属性值的设置都会对该图形产生影响
例5.8高层绘图文件的形成
高层作图函数surf.m文件与低层作图指令surface的关系。
[surf.m]
functionh=surf（varargin）
cax=newplot;%建立图形窗和轴，并返回轴句柄
ifnargin==0
error（'Notenoughinputarguments.'）
%如果没有输入项（即surf），则显示出错信息
elseifnargin==1
%如果输入项只有一项，则进行以下测试
ifmin（size（varargin{1}））==1
%如果输入项只有一项，且该项是1维数组或多维数组的最小维数是
1，则显示以下错误信息
error（'Inputargumentmustbeamatrixnotavectororascalar'）
else
hh=surface（varargin{1}）;
%用surface函数画数据varargin{1}
（这里vargargin{1}至少是一个2维数组，且最小维数是大于1）的图形，并返回图形句柄
end
else
hh=surface（varargin{:
}）;
%输入项至少是两项时，用surface作图
end
if~ishold％如果不处在holdon状态，则进行以下操作
view（3）
gridon
end
ifnargout==1%如果输出宗量为1，则返回图形句柄
h=hh;
end
例5.9演示高层指令mesh,surf等指令是如何由surface衍生而得。
clfreset,t=（0:
20）/20;
r=2.5-cos（2*pi*t）;[x,y,z]=cylinder（r,40）;
fc=get（gca,'color'）;
h=surface（x,y,z,'FaceColor',fc,'EdgeColor','flat','FaceLighting','none','EdgeLighting','flat'）;
view（3）;gridon
图9.4-1低层指令产生的网线图
set（h,'FaceColor','flat','LineStyle','-','EdgeColor',[.8.8.8]）
图9.4-2通过属性重置获得着色曲面图
set（h,'FaceColor','interp','MeshStyle','column'）
图9.4-3通过重置获得新型瀑布水线图
例5.10任意布置子图和轴外注释
本例演示：
axes轴位框设计、rectangle的运用、及轴外注释（图9.5-2）。
所谓轴外注释，实际上是使用了两个轴位框。
一个轴位框充满全部图形窗，其坐标框被隐去，而只写注释文字。
而另一个比较小的轴位框用于绘图。
从外表看去，注释就处于那小轴位框的外部。
clf
zeta2=[0.20.40.60.81.0];n=length（zeta2）;%该段录入数据
fork=1:
n;Num{k,1}=1;Den{k,1}=[12*zeta2（k）1];end
S=tf（Num,Den）;
t=（0:
0.4:
20）';
[Y,x]=step（S,t）;%step是一个函数，产生函数值y
tt=t*ones（size（zeta2））;%tt是作图数据点
clfreset,H=axes（'Position',[0,0,1,1],'Visible','off'）;%定义轴H
str{1}='\fontname{隶书}二阶系统阶跃响应';%以下定义字符串
str{2}='y（t）=1-\beta^{-1}e^{-\zetat}sin（\betat+\theta）';
str{3}='';str{4}='\fontname{隶书}其中：
';
str{5}='\beta=（1-\zeta^{2}）^{0.5}';
str{6}='\theta=arctg（\beta/\zeta）';
str{7}='\zeta=.2,.4,.6,.8,1';
set（gcf,'CurrentAxes',H）%把轴H放置到当前图形窗（figure）上
text（0.01,0.73,str,'FontSize',12）%把字符串str放置到指定位置
h1=axes（'Position',[0.45,0.45,0.5,0.5]）;%定义新轴h1
ribbon（tt,Y,0.4）%在新轴上用ribbon函数作图
set（h1,'XTickLabelMode','manual','XTickLabel','0|0.4|0.8|1.2'）;
%对x轴按指定数据标号，并作网格线
set（h1,'ZTickLabel','0|1.0|2.0'）;
set（get（h1,'XLabel'）,'String','\zeta\rightarrow','Rotation',17.5）
%对x轴标号，以下两句类似
set（get（h1,'YLabel'）,'String','\leftarrowt','Rotation',-25）
set（get（h1,'Zlabel'）,'String','z\rightarrow'）
h2=axes（'Position',[0.03,0.08,0.27,0.27]）;
%定义新轴h2
plot（tt,Y）
h3=axes（'Position',[0.37,0.04,0.63,0.32]）;
%定义新轴h3
set（h3,'Xlim',[0,1.2],'Ylim',[0,0.5]）
%设置x,y轴的范围，数据比，及颜色
set（h3,'DataAspectRatio',[111]）
set（h3,'ColorOrder',[0,0,0]）
set（h3,'Visible','off'）%h3不可见
hh1=rectangle（'Position',[0.5,0.2,0.4,0.2],'Curvature',[0,0]）;
%在h3上的指定位置做图（Curvature=[0,0]表示矩形）
hh2=rectangle（'Position',[0.2,0.26,0.08,0.08],'Curvature',[1,1]）;
%在h3上的指定位置做图（Curvature=[1,1]表示园）
xx1=0.05:
0.01:
0.2;xx2=0.28:
0.02:
0.5;%以下取新数据点
xx3=0.9:
0.02:
1.1;xx4=0.24:
0.02:
1;
yy5=0.1:
0.02:
0.26;yy6=0.1:
0.02:
0.3;
yy1=0.3*ones（size（xx1））;yy2=0.3*ones（size（xx2））;
yy3=0.3*ones（size（xx3））;yy4=0.1*ones（size（xx4））;
xx5=0.24*ones（size（yy5））;xx6=ones（size（yy6））;
%以下按新数据点画线，并标注文字
line（xx1,yy1）;line（xx2,yy2）;line（xx3,yy3）;line（xx4,yy4）;
line（xx5,yy5）;line（xx6,yy6）
line（0.17,0.3,'Marker','>','MarkerFaceColor','k'）
line（0.47,0.3,'Marker','>','MarkerFaceColor','k'）
line（1.1,0.3,'Marker','>','MarkerFaceColor','k'）
line（0.24,0.23,'Marker','^','MarkerFaceColor','k'）
line（0.17,0.35,'Marker','+'）
text（0.27,0.23,'-'）
text（0.05,0.35,'u（t）'）
text（1,0.35,'y（t）'）
text（0.6,0.26,'s{^2}+2{\zeta}s'）;
xx7=0.56:
0.02:
0.84;yy7=0.3*ones（size（xx7））;line（xx7,yy7）
text（0.68,0.35,'1'）
点评：
1）在同一个图形窗口（Figure）可以设置几个轴（h1,h2,h3），它们的位置由图形窗口（Figure）的轴H设定，如：
h1=axes（'Position',[0.45,0.45,0.5,0.5]）
这里（0.45,0.45）是h1相对于H的位置，而（0.5,0.5）是h1中x,y轴的长度。
2）每一个图形都是在一个确定的轴下作出的。
在同一个图形窗口上的多个轴，只有一个处在激活状态，图形总是在当前激活的轴下画出的。
3）set（h1,'XTickLabelMode','manual','XTickLabel','0|0.4|0.8|1.2'）一句，是在h1轴上设定x轴的刻度。
4）下面的语句是取h1轴上x坐标轴的句柄，并对文字进行标注和旋转
set（get（h1,'XLabel'）,'String','\zeta\rightarrow','Rotation',17.5）
5）下面的语句是作矩形对象，Position后面的参数是位置和大小；Curvature后面的参数是指形状,[0,0]表示矩形，[1,1]表示园。
hh1=rectangle（'Position',[0.5,0.2,0.4,0.2],'Curvature',[0,0]）;
V图形用户界面（GUI）制作
Matlab程序的用户界面，可以用图形句柄通过代码来制作，也可以GUI（GraphicUserInterface）编辑器来制作，或二者结合起来做。
我们分别用下面的例子来加以说明
一.用代码来制作GUI界面
例5.11对于传递函数为
的归一化二阶系统，制作一个能绘制该系统单位阶跃响应的图形用户界面。
本例演示：
（A）图形界面的大致生成过程；
（B）静态文本和编辑框的生成；
（C）坐标网格控制键的形成；
（D）如何使用该界面。
（1）产生图形窗和轴位框：
如图5.1-1所示。
clfreset
%set（0,'DefaultFigureColor','b'）
H=axes（'unit','normalized','position',[0,0,1,1],'visible','off'）;
%建立轴,并取轴句柄H
set（gcf,'currentaxes',H）;%在当前图形窗口上安置坐标轴H
str='\fontname{隶书}归一化二阶系统的阶跃响应曲线';
text（0.12,0.93,str,'fontsize',13）;%在H上，相对于左下角的取值
h_fig=get（H,'parent'）;%取H的父句柄h_fig=gcf
set（h_fig,'unit','normalized','position',[0.1,0.2,0.7,0.4]）;
%设置图形窗口h_fig的位置[0.1,0.2,0.7,0.4]（相对于轴H?
）
h_axes=axes（'parent',h_fig,...
'unit','normalized','position',[0.1,0.15,0.55,0.7],...
'xlim',[015],'ylim',[01.8],'fontsize',8）;
%在H窗口上指定位置画新轴
图5.1-1产生坐标轴
（2）在坐标框右侧生成作解释用的“静态文本”和可接收输入的“编辑框”：
如图10.1-2所示。
h_text=uicontrol（h_fig,'style','text',...
'unit','normalized','position',[0.67,0.73,0.25,0.14],...
'horizontal','left','string',{'输入阻尼比系数','zeta='}）;
%在图形窗口（h_fig）指定位置[0.67,0.73,0.25,0.14]上生成文本标签
h_edit=uicontrol（h_fig,'style','edit',...
'unit','normalized','position',[0.67,0.59,0.25,0.14],...
'horizontal','left',...
'callback',[...
'z=str2num（get（gcbo,''string''））;',...
't=0:
0.1:
15;',...
'fork=1:
length（z）;',...
'y（:
k）=step（1,[12*z（k）1],t）;',...
'plot（t,y（:
k
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