MATLAB的Structure数组
4 Structure数组
Structure数组也称结构数组，另外还有些书籍称作架构数组。结构是MATLAB提供的一种将选择的数据存储到一个实体的数据类型。一个结构可以由数据容器组成，这种容器叫做域，每个域中可以存储MATLAB支持的数据类型。用户可通过使用存储数据时指定的域名来对域中的数据进行访问。图3-1是一个包括了a、b和c等3个域的结构数组S的示意图。
结构中的每一个域都存储一个独立的MATLAB数组，这个数组可以属于任何一个MATLAB或者用户自定义的数据类型，而且可以具有任何合法的数组尺寸。结构中的一个域可以存储和另外一个域完全不同类型的数据，而且数据的尺寸也可以完全不同。例如图3-1所示的结构s的第1个域a中存储了1´6 double类型的数组，第2个域b中存储了1´5字符串类型的数组，第3个域c中存储了3´3 double类型的数组。
和MATLAB其他的数据类型相同，结构类型也是一个数组。在MATLAB中，结构类型称为struct，若干个结构组成的数组可以称为结构数组。和其他的MATLAB数据类型相同，结构数组可以具有任何尺寸。如图3-2所示，一个结构数组s由两个元素构成：s(1)和s(2)，每个元素都具有域a、b和c的结构。
图3-1 结构示意图
图3-2 结构数组示意图
结构数组具有很多优点，使用结构数组的理由如下。
（1）一般情况下使用结构数组（或者下面提到的元胞数组）的原因是在实际中需要存储多种混合的数据类型和尺寸。因为一般的MATLAB数组只能存储同样尺寸的同种数据类型的元素。结构数组和元胞数组就是重要的混合数据类型存储手段。
（2）一个结构还提供了在一个实体中存储特定数据的方法，这可以令用户对数据进行整体或者部分访问与操作。同时用户可以将函数直接运用于结构，在用户自定义的M文件函数之间进行数据传递，显示结构任何域中的值，或者进行支持结构类型的任何MATLAB操作。
（3）用户可以给数据以文字标签，这样在应用中可以清楚地对数据所包含的信息进行标注。
4.1 Structure数组的创建
结构数组的创建可以使用两种方法，一种是直接赋值的方法，另外一种是利用struct函数创建。
1．使用直接赋值法创建结构数组
每一个结构数组可以包含若干个域，而每个域又可以是不同类型的数据。所谓直接赋值法创建结构数组，就是采用直接定义结构数组的域，并将相应的数据值赋给该元素。
【例3-13】 直接赋值法创建结构数组示例，以结构数组保存员工资料数据。
>> employee.name='henry';
>> employee.sex='male';
>> employee.age=25;
>> employee.number=12345;
>> employee
employee =
name:'henry'
sex:'male'
age:25
number: 12345employee即是以结构类型存储的数据。结构还可以通过赋值的方式扩展为结构数组。例如在本例中添加员工lee的基本数据可以使用如下命令：
>> employee(2).name='lee';
>> employee(2).sex='female';
>> employee(2).age=23;
>> employee(2).number=98765;
>> employee(2)
ans =
name:'lee'
sex:'female'
age:23
number:98765
>> employee % 查看employee结构数组
employee =
1x2 struct array with fields:
name
sex
age
number
可以看出，在添加元素之后，employee成为了“1x2 struct”。
【例3-14】 直接赋值法创建含子域结构数组示例。
在结构数组的使用过程中，一个结构的域可以进一步存储子域，操作的方法和域相同，只需名称书写过程中用"."符号加上子域名即可。
>> green_house.name='一号房';
>> green_house.volume='2000 立方米';
>> green_house.parameter.temperature=...
[31.2 30.4 31.6 28.7;29.7 31.1 30.9 29.6]; %子域温度
>> green_house.parameter.humidity=...
[62.1 59.5 57.7 61.5;62.0 61.9 59.2 57.5]; %子域湿度
green_house =
name: '一号房'
volume: '2000 立方米'
parameter: [1x1 struct]
本例中域parameter所存储的就是一个结构，在parameter中包括子域。
>> green_house.parameter % 显示域的内容
ans =
temperature: [2x4 double]
humidity: [2x4 double]
>> green_house.parameter.temperature % 显示子域中的内容
ans =
31.2000 30.4000 31.6000 28.7000
29.7000 31.1000 30.9000 29.6000
2．使用struct函数创建结构数组
除了直接赋值之外，用户还可以使用struct函数创建结构数组。struct函数可以根据指定的域及其相应的值创建结构体数组。此函数的—般形式为：
str_array=struct(‘filed1’,{val1},’filed2’,{val2}…)
str_array=struct(‘filed1’,val1,’filed2’,val2…)
其中'filed1'为域名，val1为该域的值，可能是一个标量或元胞数组，而使用的元胞数组必须具有相同的尺寸。
【例3-15】 使用struct函数创建结构数组示例1。
>>student=struct('name','henry','age',25,'grade',uint16(1)) % 创建结构数组
student =
name:'henry'
age:25
grade: 1
>> whos
Name Size Bytes Class Attributes
student 1x1 548 struct
>>student=struct('name',{'richard','jackson'},...
'age',{23,24},'grade',{2,3}) %创建结构数组
student =
1x2 struct array with fields:
name
age
grade
>> whos
Name Size Bytes Class Attributes
student 1x2 924 struct
>>student=struct('name',{},'age',{},'grade',{})
student =
0x0 struct array with fields:
name
age
grade
>> whos
Name Size Bytes Class Attributes
student 0x0 192 struct
【例3-16】 使用struct函数创建结构数组示例2。
>> s = struct('a', {{1 4 7 2 9 3}, 'Anne'},...
'b', {'James', pi}, ...
'c', {magic(3), (1:7)'}); % 使用struct函数创建结构数组
>> s(1)
ans =
a:{[1] [4] [7] [2] [9] [3]}
b:'James'
c: [3x3double]
>> s(2)
ans =
a:'Anne'
b:3.1416
c: [7x1double]
另外需要注意的是：在MATLAB中，符号"{}"是用来表示元胞数组的（这点将在下一节介绍），而在结构数组的赋值过程中，符号"{}"则被用来进行参数传递，如果要将元胞数组赋值给结构数组，则应使用符号"{{}}"。
4.2 Structure数组的寻访
本小节介绍如何通过使用域名和下标对结构数组进行寻访。
1．一般结构和域下标
最一般的对结构数组进行存储和寻访的方法是：
structName(sRows, sCols, ...).fieldName(fRows,fCols, ...)
即在结构数组名后面通过下标对数组中的某一个结构进行寻访，然后通过使用小数点"."+域名对域进行寻访。
如果结构是一个标量，则可省略结构名中的下标：
structName.fieldName(fRows, fCols, ...)
2．多层结构数组的寻访
在实际应用中，经常需要在一个域中设置多个子域，甚至进行多层的嵌套，这些子域中可以存储MATLAB支持的数组类型。表3-5列出了寻访多层结构数组的语法。
表3-5 多层结构数组的寻访
元素类型寻访语法元素类型寻访语法
结构数组S
域A中为一般数组
S(3,15).A(5,25)结构数组S
域A中为元胞数组
子域B中为一般数组
S(3,15).A{5,20}.B(50,5)
结构数组S
域A中为元胞数组
S(3,15).A{5,20}结构数组S
域A中为一般结构
子域B中为元胞数组
S(3,15).A.B{5,20}
结构数组S
域A中为一般数组
子域B中为一般数组
S(3,15).A(5,20).B(50,5)
3．结构数组寻访技巧
在结构数组的寻访过程中，使用以下技巧有一定的帮助作用。
使用whos函数来查看正在处理的数据的类型和尺寸。结合这些信息，用户可以更准确地对需要的数据进行寻访。
仅输入表达式中等号右边的部分，充分利用默认结果变量名ans。这样通过不指定输出结果的数据类型，可以尽量避免指定结果类型所造成的错误，用户可以使用输出结果中MATLAB软件决定的数据类型，这样在输出结果中可以看出需要采用哪种方式来对数据进行寻访。
另外用户还可以分步对多层结构数组进行寻访，而不是一次性寻访。例如可以将表达式S(5,3).A(4,7).B(:,4)分解成以下形式：
>> x = S(5,3).A; % x是一个结构数组
>> y = x(4,7).B; % y 也是一个结构数组
>> z = y(:,4) % z 是一个一般数组
