MATLAB GUIDE程序设计参数在内部函数间及窗口间传递方式研究

陈建++张胜良++李鑫

摘 要：MATLAB具有高效科学的计算功能、友好的用户界面及功能丰富的应用工具箱，在众多科学领域得到了广泛的应用。MATLAB GUI具有学习起点低、易学易懂、开发周期短的优点，用户不必深入掌握面向对象的编程语言也能设计出精美的人机界面。深入探讨了MATLAB GUIDE程序设计中参数在内部函数间及窗口间传递的不同方式，结合实例阐述了各方式原理，讨论了其优缺点、使用范围和使用方法，以方便MATLAB GUIDE程序设计者检索查看并对其熟练掌握。

关键词：MATLAB GUIDE；内部函数；窗口；参数传递

DOIDOI：10.11907/rjdk.151537

中图分类号：TP301

文献标识码：A 文章编号文章编号：16727800（2015）009001205

基金项目基金项目：国家自然科学基金项目（51175473）；浙江省教育厅项目（Y201122752）

作者简介作者简介：陈建（1975-），男，山东泰安人，博士，浙江工业大学机械学院副教授、硕士生导师，研究方向为绿色设计及制造、可拓设计；张胜良（1987-），男，江苏徐州人，浙江工业大学机械学院硕士研究生，研究方向为绿色设计及制造；李鑫（1991-），女，湖南株洲人，浙江工业大学机械学院硕士研究生，研究方向为绿色设计及制造。

0 引言

GUI（Graphical User Interface， 图形用户界面）是指由窗口、菜单、对话框等各种图形对象组成的用户界面，提供一个友好的人机图形交互平台，用户通过一定的方法（如鼠标或键盘）选择、激活这些图形对象，使计算机产生某种动作或变化，例如实现符号运算、数值计算、图形处理等，具有友好性、操作方便的优点[1]。创建MATLAB GUI通常有两种方式[2]：①使用M文件直接利用句柄图形指令生成控件及其功能，移植性好，但是因为纯代码编写，工作量较大，一般需要设计者有丰富的经验[3]；②使用GUIDE（Graphical User Interface Development Environment， 图形用户界面开发环境），它提供了一系列工具用于建立GUI对象，这些工具极大简化了设计和创建GUI的过程，可快速完成GUI界面布局，自动对M文件编程，实现控件的功能扩展[410]。显然第二种方法操作方便、效率高，更适合写大型程序。本文讨论的参数在内部函数及窗口间的传递方式仅限于后者。

参数在内部函数及界面间的传递方式是MATLAB GUIDE程序设计的重点，也是难点，如果熟练掌握，会达到事半功倍的效果。笔者利用MATLAB GUIDE程序设计了“基于模糊AHPTOPSIS的绿色设计油锯评价系统”软件，如图1、图2所示，这里需要设置并处理大量的参数在内部函数及窗口间的传递。

图1 基于模糊AHPTOPSIS的绿色设计油锯评价系统

为了叙述的方便性和统一性，在本文中，Variable代表参数，Value代表参数值，Nameoffile代表文件名。本文只对涉及到的各类命令函数作简单介绍，具体使用方法请参阅参考文献[11]。另外，验证实例编程时，需要在COMMAND WINDOW输入以下代码，清除所有窗口，以防出现未知错误。

h=findall（0，'type'，'figure'）；

delete（h）；

1 参数在内部函数间传递方式

MATLAB GUIDE程序设计中，参数在内部函数间传递方式有多种，主要分为：handles/guidata、userdata、getappdata/setappdata、save/load、evalin/assignin、global函数等，为了形象具体地说明参数在内部函数间传递的程序设计，特用一个例子来说明。如图 3所示，其实现功能如下：在弹出菜单中选择一项，然后点击显示，右边文本就会显示选择的内容，这就涉及到了弹出菜单的数据如何传递到触控按钮的问题，其中，设置窗口tag：figure，设置弹出菜单tag：popupmenu/string：软件/导刊，设置触控按钮tag：pushbutton/enable：off，设置静态文本tag：text，其余采用默认设置。另外，GUIDE自动生成的M文件中，各函数除了下文添加了代码的函数外均采用默认代码。

图2 基于模糊AHPTOPSIS的绿色设计油锯评价系统参数

图3 参数在内部函数间传递方式实例

1.1 handles/guidata

GUIDE中某一窗口的所有控件使用同一个handles结构体，handles结构体中保存了图形窗口中所有对象的句柄，可以使用handles获取或设置某个对象的属性。由于handles是个结构体，可以为它增加新的结构域，并可在该窗口对应的M文件各函数中共享调用，这就实现了参数在内部函数间的传递。

在回调函数中把参数存入handles的方式为：

handles=guidata（handles.figure）；

…

handles.variable=value；

…

guidata（handles.figure，handles）；

其中，handles=guidata（handles.figure）为该函数取之前的GUI数据，并保存到handles中，guidata（handles.figure，handles）用来更新handles结构，生成新的GUI数据。guidata任何时刻只能管理一个GUI数据，也就是说，任何GUI任何时刻只能有一个handles结构体，并且不能使用guidata存储除handles结构外的任何其它数据，否则，它会覆盖handles结构体，导致GUI不能运行[11]。这里有一点需要注意，经常有人引用opening函数中的guidata（hObject，handles）代替guidata（handles.figure，handles），在opening函数中，hObject是该窗口的句柄，而在回调函数中，hObject指的是该控件的句柄。当hObject不是窗口对象句柄时，MATLAB会将handles保存到hObject的父类窗口句柄中。为了保证句柄的一致性，避免未知的错误，推荐使用guidata（handles.figure，handles）。

另，handles不宜添加过多的用户数据，因为在GUIDE生成的M文件中，handles是每个回调函数的输入参数，这样会加大每个回调函数不必要的内存开销。

为了实现示例效果，可在弹出菜单和触控按钮的callback函数中添加如下代码：

function popupmenu_Callback（hObject， eventdata， handles）

handles=guidata（handles.figure）；%取得之前的GUI数据，并保存到handles中去

set（handles.pushbutton，'enable'，'on'）；%设置触控按钮可使用

v = get（handles.popupmenu，'value'）； % 确定选择弹出菜单的第几项

str=get（handles.popupmenu，'string'）；%获得弹出菜单的所有内容

switch v

case 1

handles.forshow=str{1}；%选择第一项，把字符串“软件”添加到handles结构体中

case 2

handles.forshow=str{2}；%选择第二项，把字符串“导刊”添加到handles结构体中

end

guidata（handles.figure，handles）；%更新handles结构，参数forshow被保存进去

function pushbutton_Callback（hObject， eventdata， handles）

set（handles.text，'string'，handles.forshow）；%使文本显示选择的内容

1.2 userdata

userdata方式用于存储用户定义的数据，可以为任何数据类型，直接通过对象的userdata属性进行各个callback之间的数据存取操作。虽然使用这种方法简单、安全性高[12]，但是每个对象仅能存取一个变量值，因此当同一对象存储多次变量时，先前的变量就会被覆盖掉，只保留最后一次存储的变量，因此UserData适用于存储简单、单一且读取不频繁的数据。使用方法：

首先将数据存储到一个特定的对象中，建议选定该窗口：

set（handles.figure，'userdata'，variable）

此时，variable数据就存在该窗口属性内：

variable= get（handles.figure，'UserData'）

取回变量，可在任意callback中获取该数据值。

1.3 getappdata/setappdata

Application数据保存在GUI对象的一个未公开属性Application Data内，该属性的值为一个结构体。一个GUI中，可同时存在多个Application数据，通常选择窗口对象作为Application数据的保存对象。与UserData的方式相比，明显克服了UserData的缺点，使一个对象能存取多个变量值，适用于变量多且读取不频繁的数据。使用方法：

setappdata（handles.figure，variable，value）

添加新的结构域variable到对象handles.figure的Application数据中，value可以为任何类型数据。

value=getappdata（handles.figure，variable）

获取对象handles.figure的Application数据中variable字段的值：

isappdata（handles.figure，variable）

判断对象handles.figure的Application数据中是否存在字段variable，存在返回1，否则返回0。

1.4 save/load

save函数将workspace中变量用二进制格式保存在当前工作目录的MAT文件下，可以使用load函数重新载入数据，其思想是将某参数的值先存到磁盘，等待用的时候再调用。当然，这种方式涉及到磁盘读写，速度会有影响，但却方便对所有的全局参数进行管理，且适用于大量数据的传递[12]。使用方法：

save nameoffile.mat variable1 variable2…variableN

把工作空间多个参数保存到名为nameoffile的MAT文件中，如果此前该MAT文件已存在，则写成save nameoffile.mat variable append。

return= load（'nameoffile.mat'）

将nameoffile.mat加载到工作空间，返回值return为一结构体，包括该MAT文件中的所有数据。

1.5 evalin/assignin

MATLAB通常的基本工作空间是base空间。MATLAB在程序运行过程中，将为每个函数分配其函数工作空间（从基本空间中分割出的一块， 以函数名作为其工作空间名），各个工作空间之间的变量不能直接引用，在函数退出后，该函数空间也就立即被注销。因此，对于函数文件，运行结果除输出变量返回到基本工作空间或其父工作空间（调用该函数的程序工作空间）之外，其它中间变量都不在基本工作空间或其父工作空间保留。为了得到某中间变量，可使用evalin/assignin函数，其优点是方法简单，但在维护工作时不能清除[12]。使用方法：

assignin（'base'，'variable'，value）

这样工作空间中就生成一个名字为variable的变量，保存有value数据。

evalin（'base'，'variable'）

得到工作空间变量variable的数据。

为了实现示例效果，可在弹出菜单和触控按钮的callback函数中添加如下代码：

function popupmenu_Callback（hObject， eventdata， handles）

set（handles.pushbutton，'enable'，'on'）；%设置触控按钮可使用

v = get（handles.popupmenu，'value'）；% 确定选择弹出菜单的第几项

str=get（handles.popupmenu，'string'）；%获得弹出菜单的所有内容

switch v

case 1

forshow=str{1}；%选择第一项，把字符串“软件”添加到handles结构体中

case 2

forshow=str{2}；%选择第二项，把字符串“导刊”添加到handles结构体中

end

assignin（'base'，'zsl'，forshow）；%工作空间中生成一个名字为zsl的变量，保存有forshow数据

function pushbutton_Callback（hObject， eventdata， handles）

forshow=evalin（'base'，'zsl'）；%得到工作空间变量zsl的数据，返回给forshow。

set（handles.text，'string'，forshow）；%使文本显示选择的内容

1.6 global函数

global函数方式是最简单的方式，但也是最容易出错的方式，其优点很明显：代码可读性好，代码运行效率高。因为通过函数传参数的方式，系统会浪费过多的时间在复制数据上，其缺点也很明显：如果你在一个地方修改了x值，那么所有x值就都变了，会出现未知错误。另外，全局变量破坏了程序的封装性。所以，global函数方式是最后考虑的方式，只适合在单窗口且全局变量较少或数据存取比较频繁时使用，多窗口且全局变量较多时应避免使用。使用方法：

在定义全局变量时，加一句 global variable；在调用全局变量前，加一句 global variable。

2 参数在窗口间传递方式

两个窗口间的结构分为顺序结构和主子结构，这是相对于某个参数是先定义在调用还是调用时再定义而言的。当窗口A运行时产生的参数在后来运行的窗口B中得到调用，则窗口A、B为顺序结构；当窗口A运行时，需运行窗口B得到其预定义数据或产生某参数以调用，则窗口A、B为主子结构，A为主窗口，B为子窗口。

2.1 顺序结构

MATLAB GUIDE程序设计中，参数在窗口间顺序传递方式有多种，主要分为：findall/guidata、save/load、global函数、setappdata/getappdata等，它们各有自己的优缺点，下文将进行具体阐述。为了形象具体地说明参数在顺序结构窗口间传递的程序设计，特用一个例子来说明，如图 4、图5所示，其实现功能如下：在窗口A的弹出菜单中选择一项后，窗口A消失，进入窗口B，点击显示，文本就会显示在窗口A选择的内容，这就涉及到窗口A中弹出菜单的数据如何传递到窗口B触控按钮的问题。其中，在窗口A中，设置窗口tag：figure1，设置弹出菜单tag：popupmenu1/string：软件/导刊，在窗口B中，设置窗口tag：figure2，设置触控按钮tag：pushbutton2，设置静态文本tag：text2，其余采用默认设置。另外，GUIDE自动生成的M文件中，各函数中除了下文添加了代码的函数外均采用默认代码。

图4 参数在顺序结构窗口 图5 参数在顺序结构窗口 间传递方式示例 间传递方式示例

2.1.1 findall/guidata

在A窗口，按照参数在内部函数间handles/guidata的传递方式，把传递变量保存到handles中。

在B窗口，进行如下步骤：

HandlesofAObject=findall（0，property1，value1，…）

在根对象内查找满足要求的窗口并返回所查找到的窗口句柄，要使查找的窗口具有唯一性，可利用该窗口的多个属性值或利用唯一属性值：

HandlesofAObject=guidata（HandlesofAObject）

获得窗口A的handles数据。

2.1.2 save/load

使用方法与参数在内部函数间传递方式相同，故不赘述。

2.1.3 global

使用方法与参数在内部函数间传递方式相同，故不赘述。

2.1.4 setappdata/getappdata

使用方法与参数在内部函数间传递方式大体相同，通常选择根对象作为Application数据的保存对象，使用方法：

setappdata（0，variable，value）

添加新的字段variable到根对象的Application数据中，value可以为任何类型数据。

value=getappdata（0，variable）

获取根对象的Application数据中variable字段的值。

isappdata（0，variable）

判断根对象的Application数据中是否存在字段variable，存在返回1，否则返回0。

2.2 主子结构

MATLAB GUIDE程序设计中，参数在窗口间主子传递的方式主要有利用GUIDE本身的varargin/varargout传递和利用waitfor函数传递。为了形象说明参数在主子结构窗口间传递的程序设计，特用一个例子来说明，如图 6、图7所示，其实现功能如下：在主窗口A中点击显示按钮，弹出子窗口B，在子窗口B中的弹出菜单中选择某一项后，窗口B消失，在窗口A中显示选择的内容，这就涉及到子窗口B弹出菜单的数据如何传递到主窗口A触控按钮的问题，其中，在窗口A中，设置窗口tag：figure1，设置触控按钮tag：pushbutton1，设置静态文本tag：text1；在窗口B中，设置窗口tag：figure2，设置弹出菜单tag：popupmenu2/string：软件/导刊，其余采用默认设置，另外，GUIDE自动生成的M文件各函数中除了下文添加了代码的函数外均采用默认代码。

图6 参数在主子结构窗口 图7 参数在主子结构窗口

间传递方式示例一 间传递方式示例二

2.2.1 利用GUIDE本身的varargin/varargou传递参数

GUIDE执行函数顺序为：Opening函数→Output函数→Callback函数，其中Opening函数和Output函数只会执行一次，执行完Opening函数，GUI窗口就被创建了，执行完Output函数就已经输出varargout了。若要GUI根据用户的操作来输出varargout，可以使用uiwait和uiresume，此时GUIDE执行函数顺序为：Opening函数→Callback函数→Output函数[11]。在窗口的OpenFcn中，如果不加uiwait，程序会直接运行到下面，执行OutputFcn，也就是说程序一运行，返回值就确定了，再在其它部分对handles.output作更改也没有效果了。加上uiwait，只有执行了uiresume后，才会继续执行到OutputFcn，在此之前用户有充分的时间设置返回值。使用方法：

在子窗口M文件中，假设子窗口的名称为subGUI，设想的参数输入输出为：[out1，out2，…，outN]=subGUI（in1，in2，…，inN）。

（1）在OpeningFcn函数中，读入参数，并用guidata保存，即：

handles.in1=varargin{1}；

handles.in2=varargin{2}；

…

handles.inN=varargin{N}；

guidata（hObject，handles）；

（2）在OpeningFcn函数的结尾加上uiwait（handles.figure2）。

（3）在窗口中控制程序结束的回调函数末尾加上uiresume（handles.figure2）。

（4）在子窗口的OutputFcn中设置要传递出去的参数，即

varargout{1}=handles.out1；

varargout{2}=handles.out2；

…

varargout{N}=handles.outN；

（5）末尾添加delete（handles.figure2）结束程序。

通过以上设置后，在主窗口就可以通过[out1，out2，…，outN]=subGUI（in1，in2，…，inN）的形式调用该子程序。在主窗口中调用子窗口时，主窗口不需要特别设置，同调用普通的函数一样。在打开子窗口的同时，主程序还可以响应其它控件，不需要担心子窗口的返回值被传错了地方。

在子窗口（subGUI.fig）的M文件中，添加如下代码：

function subGUI_OpeningFcn（hObject， eventdata， handles， varargin）

handles.output = hObject；

guidata（hObject， handles）；

uiwait（handles.figure2）；%暂停执行OutputFcn函数执行回调函数，直到resume命令出现

function varargout = subGUI_OutputFcn（hObject， eventdata， handles）

varargout{1} = handles.forshow；%输出参数为handles结构体中的forshow结构域，即在弹出菜单选中的内容

delete（handles.figure2）；%删除子窗口

function popupmenu2_Callback（hObject， eventdata， handles）

handles=guidata（handles.figure2）；%取得之前的GUI数据，并保存到handles中去

v = get（handles.popupmenu2，'value'）； % 确定选择弹出菜单的第几项

str=get（handles.popupmenu2，'string'）；%获得弹出菜单的所有内容

switch v

case 1

handles.forshow=str{1}；%选择第一项，把字符串“软件”添加到handles结构体中

case 2

handles.forshow=str{2}；%选择第二项，把字符串“导刊”添加到handles结构体中

end

set（handles.figure2，'visible'，'off'）；%设置子窗口不可见

guidata（handles.figure2，handles）；%更新handles结构，参数forshow被保存进去uiresume（handles.figure2）；%恢复执行OutputFcn函数

在主窗口（mainGUI.fig）的触控按钮的callback函数添加如下代码：

function pushbutton1_Callback（hObject， eventdata， handles）

forshow=subGUI；%函数subGUI的返回值赋给变量forshow

set（handles.text1，'string'，forshow）；%使文本显示选择的内容

2.2.2 利用waitfor函数

waitfor函数用来阻止程序执行，等待事件或条件的发生直到条件满足，程序继续执行。可以很好地利用waitfor这一特性来进行参数在主子窗口间传递。以前例说明：首先在子窗口B利用前文所述的handles/guidata，把传递的参数保存到handles中，然后在主窗口中点击触控按钮，弹出子窗口B，此时利用waitfor函数来阻止主窗口A运行，并对子窗口B进行操作，直到操作完毕（也就是满足了waitfor的条件），主窗口A继续运行，再次通过guidata函数完成主子窗口间的数据传递。

在子窗口（subGUI.fig）的弹出菜单callback函数添加如下代码：

function popupmenu2_Callback（hObject， eventdata， handles）

handles=guidata（handles.figure2）；%取得之前的GUI数据，并保存到handles中去

v = get（handles.popupmenu2，'value'）； % 确定选择弹出菜单的第几项

str=get（handles.popupmenu2，'string'）；%获得弹出菜单的所有内容

switch v

case 1

handles.forshow=str{1}；%选择第一项，把字符串“软件”添加到handles结构体中

case 2

handles.forshow=str{2}；%选择第二项，把字符串“导刊”添加到handles结构体中

end

guidata（handles.figure2，handles）；%更新handles结构，参数forshow被保存进去

set（handles.figure2，'visible'，'off'）；%设置子窗口不可见

在主窗口（mainGUI.fig）的触控按钮的callback函数添加如下代码：

function pushbutton1_Callback（hObject， eventdata， handles）

handlesofsubGUI =subGUI；%生成子窗口，返回其句柄

waitfor（subGUI，'visible'）；%程序暂停，直到在子窗口弹出菜单中选择一项

handlesofsubGUI =guidata（handlesofsubGUI）；%取得子窗口GUI的handles

forshow= handlesofsubGUI.forshow；%返回handlesofsubGUI结构体中结构域forshow

set（handles.text1，'string'，forshow）；%使文本显示选择的内容

3 结语

本文讨论了MATLAB GUIDE程序设计中参数在内部函数间及窗口间传递的不同方式，并结合实例阐述了各方式原理。受篇幅限制，部分示例略。不同的传递方式有各自的优缺点和适用范围，在应用时需结合具体情况选择。

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责任编辑（责任编辑：杜能钢）