labview深入探索------全局变量、局部变量与内存管理

很多教科书上都提示要慎用局部变量和全局变量，主要有以下几个原因：

 违背了数据流的编程
读取局部变量需要拷贝数据
不能象SUBVI一样可以重用数据BUFFER
不利于程序调试
容易引起竞争
 

我在论坛上看到很多初学者的程序，里面充满了大量的局部变量，可以这样说，当你使用了过多的局部变量的时候，你的程序结构是有问题的，在早期的LV版本中根本不存在全局变量和局部变量，同样可以编制规模很大的程序，这说明局部变量和全局变量并不是必须的，LV提供了它们是因为在特定的情况下可以简化编程。

当我们使用SUBVI时，我们需要定义一个连接器，包括输入输出端子，调用VI的数据从输入端子进入，当SUBVI未执行完毕时，数据是不会流出到输出端子的，因此，SUBVI可以重用调用VI的数据缓冲区。而局部变量可以在子VI的任何位置被读写，局部变量在同一一个VI中，全局变量可以在任何VI中，所以通常情况下，无法重用数据缓冲区。

局部变量用于读写一个VI的前面板对象，对象是控制器或者指示器都可以，当我们读局部变量的时候，我们是在对象的当前状态，而对象在程序框图中的其它位置，其它的线程可能连续写这个对象，所以LABVIEW无法重用内存，不得不拷贝数据到新的缓冲区中，如果数据结构很大，就会占用相当多的内存。

很多情况下，局部变量都是可以避免的，看下面的例子。



上面图中的设计方式，在很多初学的程序中经常碰到，同样的数据要传到两个VI中，并且有次序要求，因此采用了顺序结构。问题是根本没有必要用局部变量，局部变量导致了数据的复制。



上面的两个图完成同样的功能，一个仍然采用顺序结构，不过CLUSTER挪到了FRAME外面，通过隧道，将数据传入到两个子VI中，避免了使用局部变量。但是顺序结构本身也是效率比较低的，也是NI不建议过度使用的.

针对这个具体问题，最下面的是最好地解决方案，利用错误簇作为数据流实现了顺序处理,避免使用局部变量。通过错误簇同时也有利于程序调试跟踪.另外一个明显的优点是程序框图更清晰明了,避免了在各个FRAME中进行切换.


全局变量使用内存的方式类似于局部变量,不同的是每次读全局变量肯定要生成一份内存拷贝,而局部变量是有可能重用缓冲区的.当全局变量是一个比较大的数组或者字符串时,多处多次读操作会造成大量的内存复制,极大地占用内存,导致运行速度下降。

从使用方法的角度看，全局变量很向一个SUBVI（8。X后SUBVI也有了使用权限的问题，如私有，公有），可以被任何其它VI调用，但是有一个根本的不同，当一个SUBVI正在被其他VI调用的时候，另外一个VI如果也在调用这个SUBVI，它必须等待这个SUBVI执行完成后，（设置可重入的除外），因此，尽管LABVIEW是并行的，多线程的，但是具体到这个SUBVI，却是有顺序的，需要控制权的，因此，LABVIEW很容易对SUBVI进行缓存重用。

所以，对全局变量，尤其是针对数组或者字符串，尽管它可以直接被调用，最好也要封装成一个SUBVI来使用，这样可以极大提高内存使用效率，同时避免了竞争的问题。

在循环中调用全局变量尤其要注意，每次多全局变量的时候，LV必须先复制这个数据，看下面的例子



上面的两个图中，黑色的需要反复调用内存管理器1000次，发生1000次内存复制，而下面的只需要一次内存复制。

如果COUNTER是一个庞大的数组，程序的运行效率会有惊人的不同。

如果用SUBVI封装全局变量，不如直接用FUNCTION GLOBAL，我在其他的文章中详细介绍过。

局部变量和全局变量另外一个问题是数据竞争的问题。认为任何时刻，该全局变量或者局部变量都可以被读写，这个问题在其它语言中也存在，所以要采用临界或者互斥的方法来避免。

封装成SUBVI，对调用者来说，就实现了互相排斥，任何时刻，只能有一个调用者使用这个SUBVI。

对于编程者来说，有很多方法可以避免全局变量。

使用FUNCTION GLOBAL（也叫LV2型全局变量）
使用队列或者通告
使用用户事件结构
使用控件参考

既然说了全局变量有各种各样的问题，但不是说全局变量是毫无用途的，我用全局变量最多的是用它来定义常量。

C语言中，可以用DEFINE来定义常量。
#define pi   3.14159

同理，我们可以把常量都放在同一个GLOBAL文件中。