LabVIEW学习记录4-局部变量、全局变量、共享变量

一、变量定义

  LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用于工程应用的图形化编程语言。在LabVIEW中，变量是用于存储和传输数据的元素。下面是对局部变量、全局变量和共享变量的简要说明：

1. 局部变量（Local Variables）：

• 局部变量只能在其所在的VI文件中使用，用于存储和传输该VI或图形化函数内部的数据。同样，它也具有可读和可写的属性，在局部变量的右键菜单中可更改其读写属性。实际上，使用局部变量可将前面板对象同时用作输入和输出。
• 局部变量多用于程序复杂或者连线困难的场合
• 在块图中，局部变量可以通过其名称或标签进行访问。

2. 全局变量（Global Variables）：

• 全局变量用于在一个工程项目中的多个文件之间进行数据交互。
• 全局变量保存在一个VI文件中，但这种类型的VI文件和普通的VI文件不一样，它只有前面板，而无程序框图，在前面板上可以放置多个控件，对应着多个全局变量，即在一个VI文件中可以存储多个全局变量。
  全局变量具有可读和可写的属性，在全局变量的右键菜单中可更改其读写属性。

3. 共享变量（Shared Variables）：

• 共享变量是LabVIEW提供的一种功能，允许在多个VI或实时目标之间共享数据。
• 共享变量是通过LabVIEW的“共享变量引擎”来管理的，该引擎提供了对网络变量、实时变量和I/O变量的支持。
• 共享变量可以在项目浏览器中进行定义和配置，包括其数据类型、访问权限和更新策略等。
• 在VI中，可以通过“共享变量”选板来访问和操作共享变量。
• 共享变量对于在分布式系统、实时系统或网络应用中实现数据共享和通信非常有用。

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二、内存分配

1. 局部变量

• 局部变量复制数据缓冲区的数据。从一个局部变量读取数据时，便为相关控件的数据创建了一个新的缓冲区。
• 局部变量的内存占用与其数据类型和大小直接相关。例如，一个存储大量数据的数组局部变量将占用更多的内存。
• 局部变量只在定义它们的VI或图形化函数的上下文中存在。当VI停止运行时，这些局部变量的内存会被自动释放。

2. 全局变量

• 从一个全局变量读取数据时，LabVIEW将创建一个数据的副本，保存于该全局变量中。
• 操作大型数组和字符串时，将占用相当多的时间和内存来操作全局变量。操作数组时使用全局变量尤为低效，原因在于即使只修改数组中的某个元素，LabVIEW仍对整个数组进行保存和修改。如一个应用程序中的不同位置同时读取某个全局变量，则将为该变量创建多个内存缓冲区，从而导致执行效率和性能降低。

3. 共享变量

• 共享变量的内存占用取决于其数据类型、大小和配置。共享变量引擎会管理这些变量的内存使用，并在需要时进行优化。
• 由于共享变量是在多个VI之间共享的，因此它们的内存占用可能会比局部变量更复杂。但是，LabVIEW的共享变量引擎通常能够高效地管理这些变量的内存使用。

  在优化LabVIEW程序的内存使用时，以下几点是值得注意的：

• 尽量减少不必要的局部变量和全局变量的使用，以减少内存占用。
• 对于大数据集，考虑使用数据流编程方式或“生产者/消费者”模式来分块处理数据，以降低内存占用。
• 定期检查程序中的内存使用情况，并找出潜在的内存泄露问题。
• 使用适当的内存释放节点（如“释放内存”和“清空图例”等）来释放不再使用的内存。
• 对于自定义的VI，确保在VI结束时释放所有分配的内存。

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三、竞争状态

  两段或更多代码并行执行并访问同一部分内存时会引发竞争状态。如果代码是相互独立的，就无法判断LabVIEW按照何种顺序访问共享资源。竞争状态会引起不可预期的结果。例如，两段独立的代码访问同一个队列，但是用户未控制LabVIEW访问队列的顺序，这种情况下会引发竞争状态。
  竞争状态随着程序运行的时间因素而改变，因此具有一定的危险性。操作系统、LabVIEW版本和系统中其他软件的改变均会引起竞争状态。 如改动了VI的时间要素（例如，更新操作系统或LabVIEW版本），请检查访问同一部分数据的并行代码，并使用定时条件来控制哪一部分代码首先执行。

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四、变量创建及简单使用示例

4.1 局部变量

4.1.1 局部变量的创建

  局部变量是依托于前面板上的某个控件存在的，在LabVIEW中可以通过下面两种方式为某个控件创建局部变量：

1. 在控件对象上面单击鼠标右键，选择“创建”–>“局部变量”；
2. 在程序框图右键菜单的函数模板上创建，在函数模板中选择“编程”–>“结构”–>“局部变量”，将局部变量放到程序框图中后，鼠标左键单击该图标，选择该局部变量对应的前面板上的某个控件即可，如下图所示：
   
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4.1.2 局部变量的编程实例

  下面是一个简单的例子，该例计算两个数a和b的和，将结果在显示控件c上进行显示，要求程序开始运行时，控件a和控件b的初始值分别设为1和2，其前面板如下图所示：

4.2 全局变量

4.2.1 创建

  在LabVIEW中可以通过多种方式创建全局变量。

1. 第一种：在LabVIEW编程环境中，选择菜单“文件”–>“新建……”，弹出新建文件对话框，如下图所示：

在上图中选择全局变量，即可打开一个全局变量的VI程序，当然这个VI程序只有前面板，在前面板上放置你需要的变量控件，每个变量控件即可代表一个全局变量，如下图所示：

2. 第二种：如果已经打开了一个普通的VI程序，可以在程序框图右键菜单的函数模板上创建，在函数模板中选择“编程”–>“结构”–>“全局变量”，如下图所示：

将全局变量放到程序框图中后，双击该图标，通过这种方法同样可打开一个只包含前面板的VI全局变量程序，后续操作同第一种方法相同。

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4.2.2 调用

  如果要在一个VI程序中使用全局变量，可通过下面三种方法将全局变量导入到当前VI的程序框图中：

1. 由函数模板中的“选择VI…”子模板打开选择用户程序对话框，选择已经保存的全局变量VI程序，此时将在框图程序中显示全局变量的数据端口。
2. 如果已经打开了全局变量的VI文件，可拖动该VI文件前面板右上角的全局变量图标到当前程序框图中，此时将在框图程序中显示全局变量的数据端口。
3. 若未打开全局变量的VI文件，也可以在存储全局变量VI文件的目录中，拖动该文件到当前程序框图中，此时也会在框图程序中显示全局变量的数据端口。
4. 如果在全局变量VI文件中建立了多个控件，可通过操作工具在全局变量的图标上单击，在列出的所有变量对象中选择所需的对象进行操作即可。

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4.2.3 编程实例

  使用上面已经创建的文件“MyGloableVar.vi”文件，在该文件中包含了两个全局变量，分别为“全局变量a”和“全局变量b”，下面写两个简单的VI程序，分别读取和写入这两个全局变量的值，以这种方式验证通过全局变量可以实现不同程序之间的数据交互。

• 读取全局变量程序“ReadGloableVar.vi”的前面板和框图程序如下图所示：
  
• 写入全局变量程序“WriteGloableVar.vi”的前面板和框图程序如下图所示：
  
    为演示方便，这两个程序中未添加任何控制程序运行的结构，所以可通过点击工具栏上的“连续运行”按钮，同时运行两个程序，修改“WriteGloableVar.vi”前面板上两个控件的值，可以在“ReadGloableVar.vi”的前面板上实时观察到这两个全局变量的值。从运行结果上可以说明，通过全局变量可以实现在不同程序之间实现数据的交互了。

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4.3 共享变量

参考链接：使用共享变量
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