MATLAB 变量传递和惰性赋值

Question

我知道在 Matlab 中，将新变量分配给现有变量时会进行“惰性”评估。如：

array1 = ones(1,1e8);
array2 = array1;

array1 的值不会被复制到array2，除非array2 的元素被修改。

由此我假设Matlab中的所有变量实际上都是值类型并且都是通过值传递的（尽管使用了惰性求值）。这也意味着变量是在调用堆栈上创建的。

好吧，我不是在评判它处理变量的方式，尽管我从未见过第二种编程语言这样做。我的意思是，对于可能较大的数据结构（例如数组），将其视为值类型并按值传递似乎不是一个好主意。尽管懒惰的评估节省了空间和时间，但对我来说似乎很奇怪。您可能有一个用于变异（而不是初始化或赋值）变量的表达式，从而导致内存不足错误。据我所知，在 C 中，数组名称实际上是指针，而在 Fortran 中，数组是通过引用传递的。大多数现代语言都将数组作为引用类型。

那么，谁能告诉我为什么 Matlab 使用这种不常见的方式来实现数组。在 Matlab 中，真的没有或不能在堆上创建任何东西吗？

顺便说一下，我已经询问了一些有经验的 Matlab 用户。他们只是说一旦创建变量他们就永远不会更改它，并使用函数调用来创建新变量。这意味着所有可变数据都被视为不可变的。用这种方式编程有什么收获或损失吗？

Answer 1

您使用 C 和 FORTRAN 等编程语言中的术语以令人困惑的方式表达您的问题，这些术语在应用于其他语言时会产生误导。

按值传递或按引用的变量与具有值语义或引用语义。

在 C 中，变量可以通过值传递，也可以使用指针通过引用传递。

MATLAB 没有指针。无论您被告知什么，MATLAB 总是按值传递变量。由于它没有指针，因此询问它是按值传递变量还是按引用传递变量是没有意义的——它必须是按值传递。

不过，MATLAB 变量可以具有值语义或引用语义。在 MATLAB 中，具有引用语义的变量称为 句柄 变量。

强调一下——即使变量是按值传递的，它也可以具有值或引用语义。

当你创建一个常规变量时：

>> a = 1;

变量a 具有值语义。这意味着如果您从中创建另一个变量然后更改原始变量，则新变量不会更改。

>> b = a;
>> b
b =
     1
>> a = 2;
>> b
b =
     1

但是，例如，如果您创建一个图形：

>> f = figure;

变量f 具有引用或句柄语义。这意味着如果您从中创建另一个变量然后更改原始变量，那么新变量也会更改。

>> get(f, 'Name')
ans =
     ''
>> g = f;
>> set(f, 'Name', 'hello')
>> get(g, 'Name')
ans =
hello

当您使用 MATLAB OO 类定义自己的变量类型时，您可以通过从内置类 handle 继承类来指定该类的对象是否具有值或引用/句柄语义。

作为值类实例的对象的行为类似于上面的a；作为句柄类实例的对象的行为类似于上面的f。 而且它们总是按值传递。

我猜你问题的根本原因：但我建议你看看如何创建句柄类。它们可能会为您提供您希望实现的可变行为（即，能够在不显着增加内存的情况下传递它、获取它的副本，并且它始终引用相同的底层事物）。

如果与您交谈过的“有经验的 MATLAB 用户”只使用值变量，那么他们会损失很多 - 使用句柄变量通常更方便。而且我敢打赌，他们在没有意识到的情况下使用它们 - 几乎所有 MATLAB Handle Graphics 都依赖于句柄变量，例如上面的 f。

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相信以上是对MATLAB变量语义的完整解释。还有一些其他的皱纹让人们感到困惑，但它们与上述并不矛盾：

1. 虽然 MATLAB 具有按值传递的行为（如上所述，这与变量是否具有值或引用语义不同），但它也具有 lazy 或 copy- on-write 行为。您在问题中对此进行了描述，因此您显然知道它在做什么，但这只是一种优化，与传递行为或变量语义不同。

1234563在某些情况下（特别是在myfun 内对x 执行的操作必须能够就地完成，例如算术或三角函数，而不是矩阵运算，例如' 会改变尺寸）。但同样，这只是一种优化，它不会改变变量的语义。

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PS 还有一件事——不要再考虑堆栈和堆了； MATLAB 中并没有真正的类比，因为您无法真正控制变量存储在哪个内存区域。