labview深入探索------全局變量、局部變量與內存管理

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者的程序，里面充滿了大量的局部變量，可以這樣說，當你使用了過多的局部變量的時候，你的程序結構是有問題的，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，調用VI的數據從輸入端子進入，當SUBVI未執行完畢時，數據是不會流出到輸出端子的，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，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，無法重用數據緩沖區。

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，當我們讀局部變量的時候，我們是在對象的當前狀態，而對象在程序框圖中的其它位置，其它的線程可能連續寫這個對象，所以LABVIEW無法重用內存，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，在很多初學的程序中經常碰到，同樣的數據要傳到兩個VI中，并且有次序要求，因此采用了順序結構。問題是根本沒有必要用局部變量，局部變量導致了數據的復制。

上面的兩個圖完成同樣的功能，一個仍然采用順序結構，不過CLUSTER挪到了FRAME外面，通過隧道，將數據傳入到兩個子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，利用錯誤簇作為數據流實現了順序處理,避免使用局部變量。通過錯誤簇同時也有利于程序調試跟蹤.另外一個明顯的優點是程序框圖更清晰明了,避免了在各個FRAME中進行切換.


全局變量使用內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.當全局變量是一個比較大的數組或者字符串時,多處多次讀操作會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SUBVI（8。X后SUBVI也有了使用權限的問題，如私有，公有），可以被任何其它VI調用，但是有一個根本的不同，當一個SUBVI正在被其他VI調用的時候，另外一個VI如果也在調用這個SUBVI，它必須等待這個SUBVI執行完成后，（設置可重入的除外），因此，盡管LABVIEW是并行的，多線程的，但是具體到這個SUBVI，卻是有順序的，需要控制權的，因此，LABVIEW很容易對SUBVI進行緩存重用。

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SUBVI來使用，這樣可以極大提高內存使用效率，同時避免了競爭的問題。

在循環中調用全局變量尤其要注意，每次多全局變量的時候，LV必須先復制這個數據，看下面的例子



上面的兩個圖中，黑色的需要反復調用內存管理器1000次，發生1000次內存復制，而下面的只需要一次內存復制。

如果COUNTER是一個龐大的數組，程序的運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介紹過。

局部變量和全局變量另外一個問題是數據競爭的問題。認為任何時刻，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，對調用者來說，就實現了互相排斥，任何時刻，只能有一個調用者使用這個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
使用用戶事件結構
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。