Labview程序設(shè)計(jì)模式

1、LabVIEW程序設(shè)計(jì)模式，這個(gè)相對(duì)學(xué)術(shù)化的詞語(yǔ)是對(duì)一系列用于LabVIEW程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的歸納和總結(jié)。在建造房子時(shí)，需要針對(duì)房子的用途設(shè)計(jì)整個(gè)房屋的架構(gòu)，確保房子在這個(gè)架構(gòu)上的堅(jiān)固性和可建造性。寫程序時(shí)同樣如此，不同的應(yīng)用需要使用不同的程序設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。例如我們?cè)贚abVIEW中構(gòu)建一個(gè)用戶界面型程序時(shí)，往往首先在背面板中加入一個(gè)大的while循環(huán)以使程序持續(xù)運(yùn)行。如果需要響應(yīng)用戶界面事件則還需要加入一個(gè)Event事件結(jié)構(gòu)。那么我們是否曾經(jīng)考慮過(guò)以下的這些問(wèn)題：(1)     應(yīng)用中是否存在并行響應(yīng)的情況？如在持續(xù)的數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，是否需要同時(shí)響應(yīng)

2、單擊菜單的事件？(2)     底層獲取的數(shù)據(jù)如何與上層的數(shù)據(jù)顯示部分進(jìn)行數(shù)據(jù)交互？(3)     上層的界面如何受底層程序的控制？(4)     同一個(gè)循環(huán)中采用哪種方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換？是局域變量、全局變量、共享變量還是移位寄存器？(5)     程序是否具有可擴(kuò)展性？(6)     如果程序運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)生系統(tǒng)錯(cuò)誤或者硬件通訊錯(cuò)誤，是否會(huì)停止運(yùn)行

3、？待錯(cuò)誤排除后是否會(huì)繼續(xù)運(yùn)行？(7)     如何組織程序中的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)？是否需要采用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)？(8)     如何記錄測(cè)試數(shù)據(jù)并生成報(bào)表？如何保存用戶配置參數(shù)？(9)     如何處理程序運(yùn)行中的斷電情況？重新啟動(dòng)時(shí)的繼續(xù)運(yùn)行？數(shù)據(jù)的最低丟失？(10) 如何實(shí)現(xiàn)運(yùn)行過(guò)程的采樣觸發(fā)和多點(diǎn)采樣的同步？當(dāng)然，也許只是使用LabVIEW臨時(shí)地調(diào)試或開(kāi)發(fā)某個(gè)小的應(yīng)用，無(wú)需考慮上述的問(wèn)題。但是，如果使用LabVIEW開(kāi)發(fā)一個(gè)典型應(yīng)用的程

4、序卻無(wú)法回避這些問(wèn)題。因此，有必要對(duì)各種程序開(kāi)發(fā)的應(yīng)用進(jìn)行歸納和總結(jié)，提取它們對(duì)應(yīng)的LabVIEW程序結(jié)構(gòu)中的共性。此外，針對(duì)這些共性研究哪種結(jié)構(gòu)更加適合于應(yīng)用。這些結(jié)論綜合起來(lái)就形成了程序設(shè)計(jì)的模式。對(duì)于初學(xué)者而言，理解和掌握程序設(shè)計(jì)模式往往能起到事半功倍的效果；而對(duì)高級(jí)用戶而言，歸納各種程序設(shè)計(jì)模式又能夠不斷完善程序中遇到的問(wèn)題，并衍生一套符合特定應(yīng)用的特有的程序設(shè)計(jì)模式。狀態(tài)機(jī)是一種最為經(jīng)典的程序設(shè)計(jì)模式，在LabVIEW 7.1（含）之前它幾乎統(tǒng)治了大部分的LabVIEW主程序。最基本的狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖 1所示。狀態(tài)是狀態(tài)機(jī)運(yùn)行的經(jīng)脈，在開(kāi)始使用狀態(tài)機(jī)模式撰寫程序時(shí)需要將應(yīng)用分

5、為若干個(gè)狀態(tài)。下面以圖中的應(yīng)用為例說(shuō)明基本狀態(tài)機(jī)的使用?！緫?yīng)用1】前面板具有3個(gè)按鈕（Control）和1個(gè)波形顯示控件Chart（Indicator），功能分別是：1)        開(kāi)始采集：Label是start，單擊后開(kāi)始進(jìn)行模擬數(shù)據(jù)采集程序（這里使用隨機(jī)數(shù)代替）。2)        關(guān)于：Label是dialog，單擊后彈出對(duì)話框以說(shuō)明這個(gè)程序的版權(quán)、幫助等信息。3)     

6、   停止：Label是stop，單擊后停止程序的運(yùn)行。4)        Chart：用于顯示獲取的隨機(jī)數(shù)。這是一個(gè)非常簡(jiǎn)單的應(yīng)用，但是具有一定的代表性。根據(jù)要求，該應(yīng)用至少包含以下5種狀態(tài)結(jié)構(gòu)。1)        Initial：初始化狀態(tài)；2)        Idle：空閑狀態(tài)，用于響應(yīng)各種用戶界面操作；3) &

7、#160;      acquire：采集狀態(tài)，用于持續(xù)模擬采集數(shù)據(jù)；4)        about：用于彈出關(guān)于和幫助對(duì)話框；5)        stop：停止?fàn)顟B(tài)，退出循環(huán)并中止程序。(a)    背面板(b)    前面板圖 1 基本的狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)背面板仔細(xì)分析圖中的基本狀態(tài)

8、機(jī)，可以看出狀態(tài)始終貫穿整個(gè)應(yīng)用程序，并由移位寄存器進(jìn)行值的寄存和傳遞。當(dāng)前狀態(tài)分支的結(jié)果將決定下一個(gè)狀態(tài)，如圖中的Idle狀態(tài)。在這個(gè)狀態(tài)中，程序?qū)⒆詣?dòng)檢測(cè)前面板的三個(gè)按鈕是否被按下。如果start被按下，則進(jìn)入acquire狀態(tài)；如果dialog被按下，則進(jìn)入about狀態(tài)；如果stop被按下，則進(jìn)入stop狀態(tài)；否則如果沒(méi)有任何按鈕被按下，則仍然進(jìn)入當(dāng)前的Idle狀態(tài)繼續(xù)檢測(cè)。在acquire狀態(tài)中，為了保證程序的重復(fù)采集使得下一個(gè)狀態(tài)仍然為acquire，但是這樣會(huì)導(dǎo)致程序無(wú)法停止（中斷采集）。于是需要在acquire狀態(tài)分支中加入stop的探測(cè)，如果stop被按下，則不再進(jìn)入acqu

9、ire狀態(tài)而直接進(jìn)入stop狀態(tài)。從應(yīng)用1可以看出，基本狀態(tài)機(jī)模式大體上能夠滿足主程序結(jié)構(gòu)的需要。該模式能夠很好地使得應(yīng)用程序的各個(gè)功能以狀態(tài)的方式有順序地執(zhí)行，并且保證了程序的可讀性（以狀態(tài)圖的方式顯示清晰明了）和擴(kuò)展性（日后只需要擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)即可擴(kuò)展相應(yīng)的功能）。事例中使用的是“string”型結(jié)構(gòu)來(lái)標(biāo)記狀態(tài)，事實(shí)上也可以使用其它的數(shù)據(jù)類型替換，如ring、numeric或enum。從嚴(yán)格意義而言，ring并不屬于一種數(shù)據(jù)類型，它只是一種特殊的numeric性，其性質(zhì)與numeric基本上一樣。盡管ring與enum控件從外觀上看是一樣的，如圖 2所示，但是它們實(shí)質(zhì)上是不同的。主要體

10、現(xiàn)為以下7點(diǎn):針對(duì)基本狀態(tài)機(jī)模式的第（13）個(gè)問(wèn)題，需要對(duì)模式進(jìn)行改進(jìn)。本節(jié)將一一分析這些問(wèn)題對(duì)應(yīng)的解決方案，并最終形成一種新的狀態(tài)機(jī)模式消息隊(duì)列型狀態(tài)機(jī)模式。(1)     狀態(tài)的分類不清晰。這是一個(gè)涉及各個(gè)狀態(tài)分類管理的問(wèn)題，是一個(gè)組織問(wèn)題。我們可以做一個(gè)類比，在一個(gè)書(shū)桌上有許多種類的書(shū)籍（通信、計(jì)算機(jī)、機(jī)械、法律等），這些書(shū)都擺放在書(shū)桌上很整齊。但是我們?cè)趯ふ乙槐緯?shū)時(shí)并不會(huì)覺(jué)得很迅速和隨意，因?yàn)闀?shū)籍的擺放是無(wú)序的，每次尋找書(shū)籍我們不得不從第一本開(kāi)始瀏覽直至找到我們想要的書(shū)籍?；蛟S可以做一些改變，我們?cè)O(shè)置一些書(shū)立，將不同種類的書(shū)使用書(shū)立分開(kāi)

11、。并且在書(shū)立上標(biāo)明這些書(shū)籍表示的種類。這樣我們?cè)趯ふ夷骋环N書(shū)籍時(shí)就不需要從第一本書(shū)開(kāi)始尋找了，只需要找到對(duì)應(yīng)的書(shū)立，在這些書(shū)立中尋找即可。讓我們回到程序，并給程序的狀態(tài)設(shè)置一些“書(shū)立”。如圖 4所示，系統(tǒng)共有9個(gè)有效狀態(tài)（UI Initial、Data Initial、Instr Initial、Temperature、Power、FFT、JTFA、Data Clean、Exit）。如果把這些狀態(tài)混在一起，我們需要找到某一個(gè)狀態(tài)時(shí)會(huì)比較困惑和麻煩。如同上面所述，將這些狀態(tài)分為4類并設(shè)置了4個(gè)“書(shū)立”（Initial、Acquire、Analyse、System）分隔這些狀態(tài)。在實(shí)際的

12、狀態(tài)控制中，需要確保程序只會(huì)進(jìn)入實(shí)際的狀態(tài)中運(yùn)行而不會(huì)進(jìn)入到“書(shū)立”分支中，因此對(duì)每個(gè)“書(shū)立”加入了“-”以示區(qū)別。圖 4 狀態(tài)分類盡管我們只是進(jìn)行了少量的修改，但是這的確有利于程序狀態(tài)的組織和閱讀，尤其是當(dāng)程序具有很多個(gè)狀態(tài)的時(shí)候。(2)     缺乏數(shù)據(jù)共享和錯(cuò)誤處理機(jī)制。在層疊式的順序結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)在幀之間的傳遞是靠“順序局域變量”實(shí)現(xiàn)的。那么如果在case結(jié)構(gòu)中如何傳遞不同分支的數(shù)據(jù)呢？這個(gè)問(wèn)題似乎很容易解決，使用局域變量，全局變量或共享變量都能夠解決，但是這些并不是最優(yōu)的解決方案。因?yàn)樯鲜龅姆绞綍?huì)明顯系統(tǒng)運(yùn)行的內(nèi)存空

13、間和時(shí)間。由于狀態(tài)機(jī)的基本組成元素除了case結(jié)構(gòu)之外還有循環(huán)，因此可以使用移位寄存器來(lái)傳遞數(shù)據(jù)。如圖 5所示。圖 5 狀態(tài)機(jī)中的數(shù)據(jù)傳遞圖 5使用移位寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和傳遞，將所有的數(shù)據(jù)封裝在一個(gè)簇中并對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)命名，這樣在使用數(shù)據(jù)時(shí)就可以使用“Unbundle by name”或“bundle by name”。需要說(shuō)明的是，即使使用一個(gè)數(shù)據(jù)需要共享，仍然希望采用簇的封裝形式，這樣當(dāng)后續(xù)需要增加擴(kuò)展數(shù)據(jù)的時(shí)候并不會(huì)影響現(xiàn)有的數(shù)據(jù)引用。(3)     每一個(gè)狀態(tài)分支只能夠決定后面的一個(gè)狀態(tài)，而無(wú)法決定

14、一個(gè)狀態(tài)序列（多個(gè)狀態(tài)）。在基本狀態(tài)機(jī)中之所以存在這個(gè)問(wèn)題是因?yàn)闋顟B(tài)的傳遞使用的是Scalar（標(biāo)量）形式，如果需要傳遞一個(gè)狀態(tài)序列，很明顯可以使用隊(duì)列或數(shù)組進(jìn)行狀態(tài)的傳遞。在LabVIEW程序設(shè)計(jì)模式中將這種具備處理狀態(tài)序列的狀態(tài)機(jī)稱為“消息隊(duì)列型狀態(tài)機(jī)”，它是在基本狀態(tài)機(jī)基礎(chǔ)上的改進(jìn)。顧名思義，這種模式就像銀行辦理業(yè)務(wù)時(shí)排隊(duì)一樣采用隊(duì)列的方式。當(dāng)儲(chǔ)戶進(jìn)入銀行時(shí)，首先到叫號(hào)機(jī)處領(lǐng)取號(hào)碼進(jìn)行排隊(duì)（進(jìn)入隊(duì)列）并等待。然后，當(dāng)前面的儲(chǔ)戶辦理完業(yè)務(wù)后就可以到相應(yīng)的窗口辦理業(yè)務(wù)（退出隊(duì)列）。事實(shí)上，這種方式在現(xiàn)代生活中隨處可見(jiàn)。在LabVIEW中至少有兩種實(shí)現(xiàn)消息隊(duì)列的方法。如圖 6所示。前

15、者使用數(shù)組函數(shù)實(shí)現(xiàn)隊(duì)列元素的入列和出列；后者使用隊(duì)列函數(shù)實(shí)現(xiàn)隊(duì)列元素的入列和出列。二者都能夠?qū)崿F(xiàn)隊(duì)列的有序操作和狀態(tài)的序列變化。圖 6 消息隊(duì)列型狀態(tài)機(jī)模式本節(jié)解決了基本狀態(tài)機(jī)模式中的（1）（3）個(gè)問(wèn)題，為了更好地比較和使用這些特點(diǎn)，特使用一個(gè)實(shí)例說(shuō)明消息隊(duì)列型狀態(tài)機(jī)的使用過(guò)程?！緫?yīng)用2】本例要模擬一個(gè)自動(dòng)販賣機(jī)的工作過(guò)程。它的一次正常交易過(guò)程為：投幣選擇需要購(gòu)買的商品找?guī)?，?dāng)幣值不足或商品已經(jīng)銷售完畢時(shí)則無(wú)法購(gòu)買。程序的前面板如圖 7所示。在販賣機(jī)的左上側(cè)有4個(gè)按鈕。(1)     1USD：?jiǎn)螕魰r(shí)表示投入1美元

16、的貨幣，2USD和5USD類同；(2)     Change Back：表示找零，也就是將目前剩余的貨幣退還給用戶。程序的右側(cè)是5個(gè)按鈕，表示5種不同類別的可樂(lè)（這里均使用了可口可樂(lè)的圖標(biāo)），每種可樂(lè)的價(jià)格均是1美元?？蓸?lè)的下面數(shù)字表示販賣機(jī)中剩余的該商品的數(shù)量，初始為每種20瓶。Current money顯示販賣機(jī)中剩余的貨幣數(shù)，你可以繼續(xù)購(gòu)買可樂(lè)或者選擇退回。單擊Stop按鈕將退出應(yīng)用程序。本例將使用本節(jié)介紹的消息隊(duì)列狀態(tài)機(jī)模式解決這個(gè)應(yīng)用（也可以使用其它的設(shè)計(jì)模式）。系統(tǒng)的功能并不復(fù)雜，關(guān)鍵是要判斷販賣機(jī)中的剩余錢數(shù)和剩余的貨物數(shù)以決定交

17、易是否成功。圖 7 自動(dòng)販賣機(jī)前面板程序背面板如圖 8所示。系統(tǒng)分為5個(gè)狀態(tài)，并分為2大類。(1)     第一類：Initiala)        UI Initial：前面板界面的初始化。b)        Data Initial：數(shù)據(jù)的初始化。(2)     第二類：Systema) 

18、60;      Idle（Default）：空閑狀態(tài)。b)        CheckMoney：販賣機(jī)中的剩余錢數(shù)和剩余的貨物數(shù)以決定交易是否成功。c)        Exit：退出程序。程序開(kāi)始運(yùn)行時(shí)進(jìn)入U(xiǎn)I Initial和Data Initial狀態(tài)，完成初始化操作。從圖中可以看出系統(tǒng)采用數(shù)組函數(shù)處理消息隊(duì)列。圖 8 自動(dòng)販賣機(jī)背面板在UI Init

19、ial中，系統(tǒng)給標(biāo)題欄和說(shuō)明欄賦值，并將前面板的商品設(shè)置為不可購(gòu)買狀態(tài)，因?yàn)樵诔跏蓟瘯r(shí)還沒(méi)有完成投幣動(dòng)作。如圖 9所示。圖 9 UI Initial分支在Data Initial中包含兩個(gè)共享的數(shù)據(jù)：Money和GState，前者表示販賣機(jī)中剩余的幣值，初始化值為0；而后者表示販賣機(jī)中各個(gè)商品剩余的數(shù)量，初始化值為20。數(shù)據(jù)使用移位寄存器傳遞以便于在各個(gè)case分支中共享和使用，如圖 10所示。圖 10 Data Initial分支CheckMoney分支主要是為了防止不合法的交易（如投入的幣值不足或商品數(shù)量不足），如圖 1

20、1所示。圖 11 CheckMoney分支當(dāng)程序運(yùn)行到Exit分支時(shí)，將停止循環(huán)并退出程序，如圖 12所示。圖 12 Exit分支Idle分支用來(lái)監(jiān)控前面板各個(gè)按鈕控件的變化并執(zhí)行相應(yīng)的狀態(tài)。該分支比較復(fù)雜，當(dāng)檢測(cè)到第0個(gè)按鈕被按下時(shí)（即1USD按鈕），販賣機(jī)中的貨幣值應(yīng)該加一，同時(shí)需要判斷是否達(dá)到了交易條件（即進(jìn)入CheckMoney狀態(tài)）。其它的狀態(tài)可以執(zhí)行相應(yīng)的代碼即可，這里不再重復(fù)解釋。圖 13 Idle分支從本例可以看出，相比基本狀態(tài)機(jī)而言，盡管程序的復(fù)雜度增加了，但是在構(gòu)建大型的應(yīng)用程序時(shí)也更加地健壯，代碼也易于

21、維護(hù)和查看。針對(duì)基本狀態(tài)機(jī)模式的第（45）個(gè)問(wèn)題，需要對(duì)模式進(jìn)行改進(jìn)。本節(jié)將一一分析這些問(wèn)題對(duì)應(yīng)的解決方案，并最終形成一種新的狀態(tài)機(jī)模式用戶界面事件模式。(1)     程序一直在占用CPU資源。(2)     無(wú)法響應(yīng)更多的前面板事件。熟悉LabVIEW的工程師應(yīng)該能夠很容易地解決這兩個(gè)問(wèn)題，在LabVIEW 7.0以后的版本中提供的事件結(jié)構(gòu)（Event Structure）能夠讓我們非常便捷地處理這兩類問(wèn)題。在LabVIEW中事件結(jié)構(gòu)的使用并不是一件難事，根據(jù)事件的發(fā)出源，事件可以抽象地分為

22、用戶界面事件和用戶自定義事件。相關(guān)的基本知識(shí)可以參考有關(guān)的書(shū)籍，這里不再闡述事件結(jié)構(gòu)的使用方法。圖 14所示的結(jié)構(gòu)稱為用戶界面事件模式，它能夠很便捷地響應(yīng)各種事件并且不占用CPU的資源，這是由LabVIEW中事件結(jié)構(gòu)本身的特性決定的。圖 14 用戶界面事件模式【應(yīng)用3】本例要模擬一個(gè)簡(jiǎn)單的畫圖板功能。它有4個(gè)功能選項(xiàng)：點(diǎn)（point）、線（line）、圓（circle）和橢圓（oval），一次完成的繪畫過(guò)程是：在畫布上單擊鼠標(biāo)開(kāi)始繪制按住鼠標(biāo)的同時(shí)在畫布上拖動(dòng)鼠標(biāo)在畫布上放開(kāi)鼠標(biāo)結(jié)束繪制。程序的前面板如圖 15所示，由上下兩大部分組成。上面用于選擇需要畫

23、圖的樣式，下面是畫布，右上方的X表示程序的結(jié)束。圖 15 畫圖板前面板由于系統(tǒng)需要響應(yīng)鼠標(biāo)在畫布上單擊、移動(dòng)和釋放事件，因此使用狀態(tài)機(jī)模式是無(wú)法解決的，只能通過(guò)事件結(jié)構(gòu)。因此本例將使用用戶界面事件模式實(shí)現(xiàn)上述的畫圖板功能。程序的背面板如圖 16所示。共有4個(gè)事件。(1)     Panel Close?：響應(yīng)前面板的X動(dòng)作，這是一個(gè)過(guò)濾性事件，當(dāng)事件發(fā)生時(shí)并不真正關(guān)閉前面板而只是停止程序的運(yùn)行。(2)     Picture <Mouse Down>：表

24、示繪畫的開(kāi)始。(3)     Picture <Mouse Move>：表示繪畫的路徑和軌跡。(4)     Picture <Mouse Up> <Mouse Leave>：表示繪畫的結(jié)束，此時(shí)一定要加入<Mouse Leave>事件，因?yàn)楫?dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到畫布的外面時(shí)就可以認(rèn)為是繪畫結(jié)束了，并不需要一定要求鼠標(biāo)在畫布中釋放。圖 16 畫圖板背面板Picture <Mouse Down>事件如圖 17所示，這個(gè)

25、步驟表示繪制的開(kāi)始，每次的繪制都必須從這個(gè)步驟開(kāi)始。事件分支左側(cè)的Button參數(shù)表示單擊鼠標(biāo)的鍵位，只有在單擊鼠標(biāo)左鍵時(shí)才被認(rèn)為是合理的和有效的，當(dāng)單擊其它的鍵位時(shí)并不開(kāi)始繪制。在有效繪制中，需要將畫筆移動(dòng)到鼠標(biāo)當(dāng)前單擊的位置。當(dāng)選擇的畫圖模式是Line、和Point時(shí)，使用Draw point.vi函數(shù)可以在當(dāng)前的位置上畫一個(gè)點(diǎn)并且將畫筆移動(dòng)到當(dāng)前位置。從圖中可以看出系統(tǒng)定義了4個(gè)移位寄存器變量以實(shí)現(xiàn)不同事件分支的共享，它們的含義如下：(1)     表示當(dāng)前畫布中的圖像，事實(shí)上就是前面板picture中的內(nèi)容。因?yàn)槊看萎媹D時(shí)都是在當(dāng)前畫布

26、上圖像進(jìn)行疊加，所以需要使用移位寄存器以避免過(guò)多地局域變量。(2)     表示開(kāi)始繪制時(shí)的鼠標(biāo)位置，也就是Mouse Down在畫布上的相對(duì)位置，繪制的起點(diǎn)。(3)     表示是否開(kāi)始了繪制。前面提過(guò)每次的繪制過(guò)程都是從Mouse Down開(kāi)始的，如果沒(méi)有這個(gè)動(dòng)作，那么在鼠標(biāo)在畫布上的移動(dòng)是無(wú)效的。(4)     表示開(kāi)始繪制時(shí)的圖像，這個(gè)變量與(1)是不一樣的。它表示在Mouse Down時(shí)畫布上的圖像，而不是畫布中的實(shí)時(shí)圖像。圖 

27、;17 Picture <Mouse Down>事件Picture <Mouse Move>事件如圖 18所示，該事件是繪圖的過(guò)程中，因此移位寄存器(3)的值必須是true?？梢愿鶕?jù)不同的畫圖類型使用相應(yīng)的函數(shù)進(jìn)行繪圖，如畫Line時(shí)，只需要把當(dāng)前鼠標(biāo)的位置作為L(zhǎng)ine的終點(diǎn)。圖 18 Picture <Mouse Move>事件Picture <Mouse Up> <Mouse Leave>事件如圖 19所示，該事件表示繪制的結(jié)束，因此只需要把移位寄存器(3)的值設(shè)置為false即可

28、。圖 19 Picture <Mouse Up> <Mouse Leave>事件本例的實(shí)現(xiàn)過(guò)程并不復(fù)雜，但是涉及到了4個(gè)移位寄存器變量。一旦變量共享的數(shù)據(jù)較多時(shí)往往需要使用大量的移位寄存器，因?yàn)榻ㄗh使用cluster的形式將各個(gè)變量有序地組織起來(lái)上兩節(jié)分別解決了基本狀態(tài)機(jī)的第（15）個(gè)問(wèn)題，但是是否具備一種模式能夠綜合隊(duì)列型狀態(tài)機(jī)模式和用戶界面事件型模式的優(yōu)點(diǎn)呢？這樣可以同時(shí)避免基本狀態(tài)機(jī)的第（15）個(gè)問(wèn)題。答案是肯定的，本節(jié)將介紹如何將狀態(tài)機(jī)與事件結(jié)構(gòu)結(jié)合起來(lái)形成一種新的、穩(wěn)定的模式。狀態(tài)機(jī)模式的基本構(gòu)成元素是while循環(huán)和case結(jié)構(gòu)，而事件結(jié)

29、構(gòu)模式的基本構(gòu)成元素是while循環(huán)和event結(jié)構(gòu)，因此新的模式應(yīng)該由while循環(huán)、case結(jié)構(gòu)和event結(jié)構(gòu)組成。而while循環(huán)的目的是為了保證程序的持續(xù)運(yùn)行，因此必須在最外層，這樣就只剩下了圖 20所示的兩種組合方式。在第一種方式中，每次循環(huán)的運(yùn)行需要經(jīng)過(guò)一個(gè)事件結(jié)構(gòu)才能夠?qū)崿F(xiàn)case中各個(gè)分支的運(yùn)行，那么到底需要多少個(gè)分支呢？一般而言不同的事件都會(huì)有不同的事件處理函數(shù)（這些函數(shù)可以在case結(jié)構(gòu)中共用），顯示這是無(wú)法滿足要求的，它從本質(zhì)上而言仍然是一種事件結(jié)構(gòu)。在第二種方式中，程序的主體是一個(gè)狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)，不同的是在某一個(gè)狀態(tài)分子中有一個(gè)事件結(jié)構(gòu)。我們可以回憶狀態(tài)機(jī)模式中

30、的“空閑Idle”狀態(tài)，這正是長(zhǎng)時(shí)間占用CPU資源的源頭，如果在Idle中加入一個(gè)事件結(jié)構(gòu)后就有效地規(guī)避了這個(gè)問(wèn)題。圖 20 三種結(jié)構(gòu)的組合方式因此圖 20中的第二種結(jié)構(gòu)綜合了狀態(tài)機(jī)和事件結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，有效地克服了基本狀態(tài)機(jī)的第（15）個(gè)問(wèn)題。此外，在【應(yīng)用2_自動(dòng)販賣機(jī)】例程中，按鈕1USD、2USD和5USD的作用是相同的，唯一不同的是它們的代表的幣值不同。如果我們希望系統(tǒng)共用“幣值相加”這個(gè)功能，即當(dāng)這三個(gè)按鈕任何一個(gè)被按下后都調(diào)用同一個(gè)函數(shù)（該函數(shù)的功能是將系統(tǒng)中原來(lái)的貨幣值與新加入的幣值相加得到新的值）。這樣，需要有一種途徑把1USD、2USD和5USD代

31、表的幣值作為參數(shù)傳遞給函數(shù)。圖 21所示為帶參數(shù)的狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)，在消息隊(duì)列的狀態(tài)機(jī)模式中，加入了一個(gè)變體型的變量作為狀態(tài)傳遞的參數(shù)。實(shí)際上，可以把紅色的部分做成子vi，不僅節(jié)省了背面板空間而且能夠進(jìn)行錯(cuò)誤處理。程序中應(yīng)該設(shè)置一個(gè)專門的錯(cuò)誤處理狀態(tài)，當(dāng)任何一個(gè)狀態(tài)運(yùn)行后如果發(fā)生錯(cuò)誤將直接轉(zhuǎn)到錯(cuò)誤處理狀態(tài)。當(dāng)然，也可以在圖 21的基礎(chǔ)上做一些改進(jìn)和變形，假定參數(shù)的數(shù)據(jù)類型為string型，這樣就把Data參數(shù)和State合并起來(lái)，中間使用特殊符號(hào)（如）隔開(kāi)。圖 21 帶參數(shù)的狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)【應(yīng)用4】本節(jié)的例程將使用Multicolumn Listbox控件處理2維

32、數(shù)組排序問(wèn)題，前面板如圖 22所示。該Listbox用于顯示系統(tǒng)中的各種采集數(shù)據(jù)值，分為5列。程序的功能是當(dāng)單擊Listbox的列頭時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)以該列的升序/降序進(jìn)行排序。單擊Stop按鈕或×按鈕則停止程序運(yùn)行。圖 22 2D數(shù)組排序_前面板系統(tǒng)使用狀態(tài)機(jī)和事件結(jié)構(gòu)相結(jié)合的模式，如圖 23所示。程序分為8個(gè)狀態(tài)，共有4類。各個(gè)狀態(tài)的功能與消息隊(duì)列型的狀態(tài)機(jī)模式類似，程序加入了錯(cuò)誤處理部分。在背面板的循環(huán)中共享同一個(gè)“錯(cuò)誤簇”結(jié)構(gòu)的移位寄存器，當(dāng)存在錯(cuò)誤時(shí)程序?qū)簳r(shí)停止運(yùn)行其它的狀態(tài)而優(yōu)先進(jìn)入錯(cuò)誤狀態(tài)（這里是Error分支）。圖 23&#

33、160;2D數(shù)組排序_背面板在Idle狀態(tài)中，事件結(jié)構(gòu)可以防止CPU資源的長(zhǎng)時(shí)間占用，也可以響應(yīng)各種前面板事件，如圖 24所示。圖 24 狀態(tài)機(jī)中的事件結(jié)構(gòu)本例中引入了4個(gè)變量以供不同的狀態(tài)分支調(diào)用，如圖 25所示。其中的意義如下所述。(1)     Index：當(dāng)前排序的列號(hào)，表示Listbox以哪一列為依據(jù)進(jìn)行排序。(2)     ASC：表示當(dāng)前排序的方式，true表示升序，而false表示降序。(3)    

34、 Column Header：表示Listbox的列頭數(shù)據(jù)。(4)     Data：表示Listbox的內(nèi)容數(shù)據(jù)。圖 25 數(shù)據(jù)變量在圖 26中，事件結(jié)構(gòu)處理的是Listbox的<Mouse Up>事件，此時(shí)只需要對(duì)內(nèi)部的變量賦值即可，并且當(dāng)該單擊是有效單擊時(shí)進(jìn)入“DSort”狀態(tài)進(jìn)行排序操作。圖 26 排序事件在圖 27所示的DSort狀態(tài)中，根據(jù)內(nèi)部變量的值對(duì)Listbox賦值并更新列頭的顯示。圖 27 DSort狀態(tài)圖 27調(diào)

35、用了2D數(shù)組的排序函數(shù)，該函數(shù)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖 28所示。LabVIEW并沒(méi)有提供2D數(shù)組的排序方式，只提供了1D數(shù)組的排序函數(shù)。本例充分利用了LabVIEW提供的排序函數(shù)功能，當(dāng)然并不是唯一的，也可以使用LabVIEW實(shí)現(xiàn)常用的排序算法。圖 28 2D數(shù)組排序簡(jiǎn)單而言，動(dòng)態(tài)調(diào)用指的是通過(guò)程序控制另外一個(gè)程序的運(yùn)行、停止、賦值和獲取值等。LabVIEW提供了多種動(dòng)態(tài)調(diào)用的方式，從底層而言是通過(guò)VI Server技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。圖 31所示為L(zhǎng)abVIEW中的Application Control選板，動(dòng)態(tài)調(diào)用所使用的節(jié)點(diǎn)都位于這個(gè)選板。當(dāng)調(diào)用一個(gè)在硬盤、內(nèi)存甚

36、至是網(wǎng)絡(luò)路徑上的vi時(shí)，首先要使用Open VI Reference以將該VI載入內(nèi)存并獲取VI的“句柄（Reference）”；然后再使用該句柄進(jìn)行其它的控制操作；最后再關(guān)閉該VI的句柄避免內(nèi)存泄漏，這就完成了一次對(duì)VI的調(diào)用。圖 31 Application Control選板圖 32是一個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)用的具體實(shí)現(xiàn)代碼，首先使用Open VI Reference獲取被動(dòng)態(tài)調(diào)用VI的Reference（例子中是C:average.vi）；再使用Call By Reference Node節(jié)電動(dòng)態(tài)運(yùn)行該VI；最后關(guān)閉VI的Reference。在使用Call By Ref

37、erence Node時(shí)需要事先指定被調(diào)用VI的輸入輸出接口，也就是說(shuō)這種動(dòng)態(tài)調(diào)用的前提是必須知道被調(diào)用VI的輸入輸出接口，否則無(wú)法進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)用。圖 32 VI的動(dòng)態(tài)調(diào)用Open VI Reference的路徑輸入是一個(gè)多態(tài)的輸入口，也可以使用String輸入，如圖 33所示。此時(shí)被調(diào)用的VI必須在內(nèi)存中，且輸入的是被調(diào)用VI的文件名。值得一提的是這種“文件名”調(diào)用方式在可執(zhí)行程序中是無(wú)法被調(diào)用的，因此建議最好采用路徑的調(diào)用方式。圖 33 Open VI Reference的多態(tài)性【應(yīng)用5】本例將使用LabVIEW的動(dòng)態(tài)調(diào)用方式實(shí)現(xiàn)斐波那契數(shù)列

38、（Fibonacci數(shù)列）。斐波那契數(shù)列指的是這樣一個(gè)數(shù)列：1，1，2，3，5，8，13，21 這個(gè)數(shù)列從第三項(xiàng)開(kāi)始，每一項(xiàng)都等于前兩項(xiàng)之和。在數(shù)學(xué)上表述為：f(n)=f(n-1)+f(n-2)，其中n>=3，f(1)=f(2)=1。顯然這是一個(gè)比較熟悉的遞歸調(diào)用，但是在LabVIEW中似乎很難實(shí)現(xiàn)。由于LabVIEW不允許同名的VI同時(shí)在內(nèi)存中，因此一個(gè)VI是無(wú)法VI調(diào)用本身的。但是，通過(guò)VI的可重入技術(shù)和動(dòng)態(tài)調(diào)用技術(shù)卻可以實(shí)現(xiàn)VI的遞歸調(diào)用。圖 34所示為Fibonacci數(shù)列在LabVIEW中遞歸的實(shí)現(xiàn)方式。case結(jié)構(gòu)有兩個(gè)分支，當(dāng)n<=2時(shí)直接輸出f(

39、n)=1；當(dāng)n>=3時(shí)，輸出f(n)=f(n-1)+f(n-2)。此時(shí)需要把VI設(shè)置為可重入狀態(tài)。圖 34 Fibonacci數(shù)列同理我們也可以使用這種遞歸的方式實(shí)現(xiàn)f(n)=n!的算法，從數(shù)學(xué)上可以寫作f(n)=n*f(n-1)，其中n>=1，f(0)=1。具體的實(shí)例將不再詳述。此外，遞歸算法的效率比較低，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)謹(jǐn)慎使用。打開(kāi)Highlight工具，在Call By Reference Node運(yùn)行時(shí)，程序是處于等待狀態(tài)的，只有被調(diào)用的VI運(yùn)行完畢，主程序才會(huì)繼續(xù)執(zhí)行。這似乎無(wú)法解決在本節(jié)開(kāi)頭提到的問(wèn)題，那么是否存在一種動(dòng)態(tài)調(diào)用方式使被調(diào)用的VI與主V

40、I之間分別獨(dú)立運(yùn)行呢？答案是肯定的。VI本身是有很多的屬性和方法的，如圖 35所示。使用這些方法就可以動(dòng)態(tài)控制VI的運(yùn)行、停止和賦值，各個(gè)屬性節(jié)點(diǎn)和方法的具體含義見(jiàn)LabVIEW的幫助文檔。使用這種方式動(dòng)態(tài)調(diào)用VI時(shí)，并不需要知道VI的輸入輸出接口。圖 35 VI Method圖 36是該使用“屬性節(jié)點(diǎn)和方法”實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)用的一個(gè)實(shí)例。在大多數(shù)應(yīng)用程序啟動(dòng)時(shí)會(huì)顯示一個(gè)啟動(dòng)畫面用來(lái)顯示版權(quán)、開(kāi)發(fā)單位、軟件版本等信息，等待2秒之后關(guān)閉啟動(dòng)界面并啟動(dòng)應(yīng)用程序主界面。圖中使用了動(dòng)態(tài)調(diào)用的方式啟動(dòng)主程序（Main.vi）并使主程序獨(dú)立運(yùn)行，首先運(yùn)行程序后設(shè)置2秒鐘的延時(shí)；其次，將啟動(dòng)畫面的界面設(shè)置為“隱藏”（并沒(méi)有退出內(nèi)存，只是隱藏了前面板），并且使用Open VI Reference獲取VI的句柄；然后使用FP.Open屬性打開(kāi)主程序的前面板（只是打開(kāi)