labview深入探索------全局變量、局部變量與內(nèi)存管理

很多教科書上都提示要慎用局部變量和全局變量，主要有以下幾個原因：

違背了數(shù)據(jù)流的編程
讀取局部變量需要拷貝數(shù)據(jù)
不能象SUBVI一樣可以重用數(shù)據(jù)BUFFER
不利于程序調(diào)試
容易引起競爭

我在論壇上看到很多初學(xué)者的程序，里面充滿了大量的局部變量，可以這樣說，當(dāng)你使用了過多的局部變量的時候，你的程序結(jié)構(gòu)是有問題的，在早期的LV版本中根本不存在全局變量和局部變量，同樣可以編制規(guī)模很大的程序，這說明局部變量和全局變量并不是必須的，LV提供了它們是因為在特定的情況下可以簡化編程。

當(dāng)我們使用SUBVI時，我們需要定義一個連接器，包括輸入輸出端子，調(diào)用VI的數(shù)據(jù)從輸入端子進(jìn)入，當(dāng)SUBVI未執(zhí)行完畢時，數(shù)據(jù)是不會流出到輸出端子的，因此，SUBVI可以重用調(diào)用VI的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。而局部變量可以在子VI的任何位置被讀寫，局部變量在同一一個VI中，全局變量可以在任何VI中，所以通常情況下，無法重用數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。

局部變量用于讀寫一個VI的前面板對象，對象是控制器或者指示器都可以，當(dāng)我們讀局部變量的時候，我們是在對象的當(dāng)前狀態(tài)，而對象在程序框圖中的其它位置，其它的線程可能連續(xù)寫這個對象，所以LABVIEW無法重用內(nèi)存，不得不拷貝數(shù)據(jù)到新的緩沖區(qū)中，如果數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)很大，就會占用相當(dāng)多的內(nèi)存。

很多情況下，局部變量都是可以避免的，看下面的例子。



上面圖中的設(shè)計方式，在很多初學(xué)的程序中經(jīng)常碰到，同樣的數(shù)據(jù)要傳到兩個VI中，并且有次序要求，因此采用了順序結(jié)構(gòu)。問題是根本沒有必要用局部變量，局部變量導(dǎo)致了數(shù)據(jù)的復(fù)制。





上面的兩個圖完成同樣的功能，一個仍然采用順序結(jié)構(gòu)，不過CLUSTER挪到了FRAME外面，通過隧道，將數(shù)據(jù)傳入到兩個子VI中，避免了使用局部變量。但是順序結(jié)構(gòu)本身也是效率比較低的，也是NI不建議過度使用的.

針對這個具體問題，最下面的是最好地解決方案，利用錯誤簇作為數(shù)據(jù)流實現(xiàn)了順序處理,避免使用局部變量。通過錯誤簇同時也有利于程序調(diào)試跟蹤.另外一個明顯的優(yōu)點是程序框圖更清晰明了,避免了在各個FRAME中進(jìn)行切換.


全局變量使用內(nèi)存的方式類似于局部變量,不同的是每次讀全局變量肯定要生成一份內(nèi)存拷貝,而局部變量是有可能重用緩沖區(qū)的.當(dāng)全局變量是一個比較大的數(shù)組或者字符串時,多處多次讀操作會造成大量的內(nèi)存復(fù)制,極大地占用內(nèi)存,導(dǎo)致運(yùn)行速度下降。

從使用方法的角度看，全局變量很向一個SUBVI（8。X后SUBVI也有了使用權(quán)限的問題，如私有，公有），可以被任何其它VI調(diào)用，但是有一個根本的不同，當(dāng)一個SUBVI正在被其他VI調(diào)用的時候，另外一個VI如果也在調(diào)用這個SUBVI，它必須等待這個SUBVI執(zhí)行完成后，（設(shè)置可重入的除外），因此，盡管LABVIEW是并行的，多線程的，但是具體到這個SUBVI，卻是有順序的，需要控制權(quán)的，因此，LABVIEW很容易對SUBVI進(jìn)行緩存重用。

所以，對全局變量，尤其是針對數(shù)組或者字符串，盡管它可以直接被調(diào)用，最好也要封裝成一個SUBVI來使用，這樣可以極大提高內(nèi)存使用效率，同時避免了競爭的問題。

在循環(huán)中調(diào)用全局變量尤其要注意，每次多全局變量的時候，LV必須先復(fù)制這個數(shù)據(jù)，看下面的例子


上面的兩個圖中，黑色的需要反復(fù)調(diào)用內(nèi)存管理器1000次，發(fā)生1000次內(nèi)存復(fù)制，而下面的只需要一次內(nèi)存復(fù)制。

如果COUNTER是一個龐大的數(shù)組，程序的運(yùn)行效率會有驚人的不同。

如果用SUBVI封裝全局變量，不如直接用FUNCTION GLOBAL，我在其他的文章中詳細(xì)介紹過。

局部變量和全局變量另外一個問題是數(shù)據(jù)競爭的問題。認(rèn)為任何時刻，該全局變量或者局部變量都可以被讀寫，這個問題在其它語言中也存在，所以要采用臨界或者互斥的方法來避免。

封裝成SUBVI，對調(diào)用者來說，就實現(xiàn)了互相排斥，任何時刻，只能有一個調(diào)用者使用這個SUBVI。

對于編程者來說，有很多方法可以避免全局變量。

使用FUNCTION GLOBAL（也叫LV2型全局變量）
使用隊列或者通告
使用用戶事件結(jié)構(gòu)
使用控件參考

既然說了全局變量有各種各樣的問題，但不是說全局變量是毫無用途的，我用全局變量最多的是用它來定義常量。

C語言中，可以用DEFINE來定義常量。
#define pi 3.14159

同理，我們可以把常量都放在同一個GLOBAL文件中。