2.2 函数Functions：接口与复用的进化

2.2 函数 Functions：接口与复用的进化

本节摘要：函数为计算提供了命名的接口与隔离的工作区，是 Matlab 程序复用的基本单位。本节讲函数定义语法、多输入多输出、nargin 默认参数、子函数与私有函数，以及从脚本抽取函数的重构手法。

复制粘贴的代价

脚本时代处理重复的办法是复制代码块改参数。三个副本时尚可忍受，第十个副本出现时，原始逻辑发现一个 bug，你要改十处——漏一处就是潜伏的错。函数解决的就是这个问题：逻辑写一次，参数换着调。Moler 最初没打算做语言，但用户规模把接口与封装的需求压了过来，函数于 1990 年代初成为一等公民。

定义与调用

function [rms, peak] = statFeat(x, fs)
% STATFEAT 计算信号的基本统计特征
%   [rms, peak] = statFeat(x, fs) 返回均方根与峰值
    if nargin < 2
        fs = 1000;                 % 默认采样率
    end
    x = x(:);                      % 强制列向量，防御式写法
    rms  = sqrt(mean(x.^2));
    peak = max(abs(x));
end
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要点逐条看：函数名与文件名一致；返回值放在左侧方括号；nargin 记录实际传入参数个数，用于默认值——这是 Matlab 没有"默认参数语法"时代的标准解法（R2019b 之后可用 arguments 块，是同一需求的现代演化）；注释紧贴函数头的部分会进帮助系统，help statFeat 能看到。

调用：

[r, p] = statFeat(randn(1, 2000));
r2 = statFeat(randn(1, 2000), 500);    % 指定采样率
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工作区隔离与变量遮蔽

函数内部变量与外界完全隔离：外界传值进来，函数返回值出去，中间状态不泄漏。好处是函数内部的 x 不会覆盖你工作区的 x；代价是只返回写进函数头的东西，函数里画了图可以，但改了输入矩阵外界是看不见的（值传递语义）。

一个文件里可以排多个函数：第一个是主函数（对外可见），后面的子函数只能被同文件调用——小型工具模块常用这招，把辅助计算藏进同一文件，不污染搜索路径。

💡 关键直觉：判断一段代码该不该抽成函数，看两件事——它会不会被第二处调用，它有没有独立到值得一个名字。二者占其一就抽。

图 脚本与函数的工作区对比

从脚本到函数的一次重构

第 2.1 节的谱分析脚本，重构后拆成"参数脚本 + 信号生成函数"：

function x = genNoisySine(f0, fs, T, noiseAmp)
    t = 0 : 1/fs : T - 1/fs;
    x = sin(2*pi*f0*t) + noiseAmp * randn(size(t));
end
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脚本里只剩 x = genNoisySine(50, 1000, 2, 0.3); 一行。生成逻辑从此只有一份，改噪声模型只动一处——这就是复用压力推动演化的最小完整样本。

接口设计对比：三种写法的取舍

同一个"加权平均"功能，三种接口风格摆在一起看，取舍会具体很多。第一种无校验，调用方全责；第二种 nargin 默认值，日常够用；第三种 arguments 块，校验与默认值一体化，R2019b 起的推荐写法：

function y = wavg3(x, w)
% 第三种：arguments 块，参数即契约
    arguments
        x (:,:) double
        w (1,:) double {mustBeEqualSize(x, size(w))}
    end
    y = sum(x .* w, 2) ./ sum(w);
end
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function y = wavg1(x, w)
% 第一种：裸接口，两行完事
    y = sum(x .* w) / sum(w);
end
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我的倾向是对外接口一律上 arguments：多写五行，换来的是调用方传错参数时在门口就收到人话报错，而不是在第三层内部调用里炸出一串栈。nargin 写法在老代码里仍将长期存在，读懂它的能力不能丢。

常见错误与排错

函数相关的报错集中在三处。一是"未定义函数或变量"但函数文件明明在——九成是文件名与函数名不一致，或者文件不在当前文件夹和搜索路径上；which statFeat 能直接告诉你 Matlab 到底解析到了哪个同名函数，排查同名冲突时是第一命令。二是输出数量不匹配：函数头声明了两个输出，调用时一个变量接不住会报错，用 nargout 在函数内适配可变输出数量是正统解法。三是匿名函数与句柄的混淆：f = @(x) x^2 定义的句柄捕获的是定义时刻的工作区快照，之后在外面改同名变量并不影响它——这个"快照语义"与直觉相悖，闭包场景下要特意留意。

边界情况：可变输入与递归

varargin 处理不定长输入，聚合统计类函数常需要它：

function s = sumAll(varargin)
    s = 0;
    for k = 1:numel(varargin)
        s = s + sum(varargin{k});
    end
end
% sumAll([1 2], 5, rand(2)) 输出 12.70 左右（rand 部分随种子变化）
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递归在 Matlab 里可用但要克制：默认递归上限五百层，深递归改写成循环几乎总是更快；真正适合递归的是分形绘制、树结构遍历这类天然分形的结构，此时记得给终止条件留足余量，别卡在上限附近。

本节要点回顾

• 函数 = 命名接口 + 隔离工作区，值传递、状态不外泄；
• 多输出 + nargin 默认值是经典接口配方，arguments 块是现代替代；
• 子函数藏辅助逻辑，单文件即小模块；
• 函数头注释即文档，help 直接可读；
• 重构方向：脚本渐薄、函数渐厚。