labview深入探索------全局變量、局部變量與內存管理

很多教科書(shū)上都提示要慎用局部變量和全局變量，主要有以下幾個(gè)原因：

違背了數據流的編程
讀取局部變量需要拷貝數據
不能象SUBVI一樣可以重用數據BUFFER
不利于程序調試
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(mǎn)了大量的局部變量，可以這樣說(shuō)，當你使用了過(guò)多的局部變量的時(shí)候，你的程序結構是有問(wèn)題的，在早期的LV版本中根本不存在全局變量和局部變量，同樣可以編制規模很大的程序，這說(shuō)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(jiǎn)化編程。

當我們使用SUBVI時(shí)，我們需要定義一個(gè)連接器，包括輸入輸出端子，調用VI的數據從輸入端子進(jìn)入，當SUBVI未執行完畢時(shí)，數據是不會(huì )流出到輸出端子的，因此，SUBVI可以重用調用VI的數據緩沖區。而局部變量可以在子VI的任何位置被讀寫(xiě)，局部變量在同一一個(gè)VI中，全局變量可以在任何VI中，所以通常情況下，無(wú)法重用數據緩沖區。

局部變量用于讀寫(xiě)一個(gè)VI的前面板對象，對象是控制器或者指示器都可以，當我們讀局部變量的時(shí)候，我們是在對象的當前狀態(tài)，而對象在程序框圖中的其它位置，其它的線(xiàn)程可能連續寫(xiě)這個(gè)對象，所以L(fǎng)ABVIEW無(wú)法重用內存，不得不拷貝數據到新的緩沖區中，如果數據結構很大，就會(huì )占用相當多的內存。

很多情況下，局部變量都是可以避免的，看下面的例子。

上面圖中的設計方式，在很多初學(xué)的程序中經(jīng)常碰到，同樣的數據要傳到兩個(gè)VI中，并且有次序要求，因此采用了順序結構。問(wèn)題是根本沒(méi)有必要用局部變量，局部變量導致了數據的復制。

上面的兩個(gè)圖完成同樣的功能，一個(gè)仍然采用順序結構，不過(guò)CLUSTER挪到了FRAME外面，通過(guò)隧道，將數據傳入到兩個(gè)子VI中，避免了使用局部變量。但是順序結構本身也是效率比較低的，也是NI不建議過(guò)度使用的.

針對這個(gè)具體問(wèn)題，最下面的是最好地解決方案，利用錯誤簇作為數據流實(shí)現了順序處理,避免使用局部變量。通過(guò)錯誤簇同時(shí)也有利于程序調試跟蹤.另外一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)是程序框圖更清晰明了,避免了在各個(gè)FRAME中進(jìn)行切換.


全局變量使用內存的方式類(lèi)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存拷貝,而局部變量是有可能重用緩沖區的.當全局變量是一個(gè)比較大的數組或者字符串時(shí),多處多次讀操作會(huì )造成大量的內存復制,極大地占用內存,導致運行速度下降。

從使用方法的角度看，全局變量很向一個(gè)SUBVI（8。X后SUBVI也有了使用權限的問(wèn)題，如私有，公有），可以被任何其它VI調用，但是有一個(gè)根本的不同，當一個(gè)SUBVI正在被其他VI調用的時(shí)候，另外一個(gè)VI如果也在調用這個(gè)SUBVI，它必須等待這個(gè)SUBVI執行完成后，（設置可重入的除外），因此，盡管LABVIEW是并行的，多線(xiàn)程的，但是具體到這個(gè)SUBVI，卻是有順序的，需要控制權的，因此，LABVIEW很容易對SUBVI進(jìn)行緩存重用。

所以，對全局變量，尤其是針對數組或者字符串，盡管它可以直接被調用，最好也要封裝成一個(gè)SUBVI來(lái)使用，這樣可以極大提高內存使用效率，同時(shí)避免了競爭的問(wèn)題。

在循環(huán)中調用全局變量尤其要注意，每次多全局變量的時(shí)候，LV必須先復制這個(gè)數據，看下面的例子



上面的兩個(gè)圖中，黑色的需要反復調用內存管理器1000次，發(fā)生1000次內存復制，而下面的只需要一次內存復制。

如果COUNTER是一個(gè)龐大的數組，程序的運行效率會(huì )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介紹過(guò)。

局部變量和全局變量另外一個(gè)問(wèn)題是數據競爭的問(wèn)題。認為任何時(shí)刻，該全局變量或者局部變量都可以被讀寫(xiě)，這個(gè)問(wèn)題在其它語(yǔ)言中也存在，所以要采用臨界或者互斥的方法來(lái)避免。

封裝成SUBVI，對調用者來(lái)說(shuō)，就實(shí)現了互相排斥，任何時(shí)刻，只能有一個(gè)調用者使用這個(gè)SUBVI。

對于編程者來(lái)說(shuō)，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(hù)事件結構
使用控件參考

既然說(shuō)了全局變量有各種各樣的問(wèn)題，但不是說(shuō)全局變量是毫無(wú)用途的，我用全局變量最多的是用它來(lái)定義常量。

C語(yǔ)言中，可以用DEFINE來(lái)定義常量。
#define pi 3.14159

同理，我們可以把常量都放在同一個(gè)GLOBAL文件中。