内嵌子VI

从提高程序的可读性、可维护性、可重用性的角度来说,在设计LabVIEW程序时,应当经可能多的使用子VI。基本上,每个相对比较独立的功能都应当被做成子VI,而子VI最大也不应到超过30个节点。

但子VI过多,可能会对程序的运行效率带来一定影响。

首先,调用子VI是有一定的开销的,比如调用子VI时需要把参数压栈等,但是这些开销是非常小的,可以忽略不计。

造成嵌入式子VI提高整个程序的性能的主要原因是在于LabVIEW编译器的优化工作。LabVIEW编译器是可以比较智能的做一些优化工作的,在不改变程序逻辑的前提下,提高生成代码的执行效率。比如下面列出了其中几种常见的编译器优化方法:

  • 去除死代码:把永远的不会被执行到的代码删除。
  • 转移循环中的不变量:若循环每次迭代都做某些相同的运算,编译器会把这个运算挪到循环之外,制作一次就可以了。
  • 相同代码合并:编译器自动发现程序中对同一数据进行的重复运算,把重复的运算去掉。
  • 常量合并:编译器会发现程序中对常量进行的运算,在编译时就计算他们的结果,把结果直接保存在程序中,这样就不需要每次程序运行都对其进行计算了。

LabVIEW编译器的优化有一个局限性,就是这些优化措施只能在一个VI上进行,不能应用于全局。当把一个子VI B的代码合并到上层VI A中去,编译器可能就会发合并后的代码有很多可以优化的地方;若VI A和B的代码分别在不同的VI中,编译器分开查看每个VI中的代码,可能就找不出太多可以优化的地方。

LabVIEW中有一个解决方案,可以兼顾可读性与运行效率,就是在编辑程序时,多划分子VI,而编译程序时,又把子VI合并起来当作一个大VI来处理,这就是嵌入式子VI。

在VI属性对话框的“执行”页面上有个选项是“在调用VI中内嵌子VI”,英文叫“Inline SubVI into calling VIs”。若读者学过C语言和它的inline函数,就会非常容易理解LabVIEW中的这个设置。

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当这个选项被选中,这个VI就变成了嵌入式子VI。当嵌入式子VI被拖拽到其它VI上,从编辑代码的角度上看,它与其它VI没有什么区别;但是在程序编译的角度来看,它与普通VI是不同的,那就是嵌入式子VI在编译时,并不是独立存在的,它的代码被全部复制到了调用它的VI中。用一个实际的例子来讲,假如一个程序中有两个VI,A和B,A调用了B。假如B是一个普通的VI,这个程序便编辑成可执行代码后,代码中还是有两个VI,A和B;若B是嵌入式子VI,编译好的程序就只剩下一个VI了,被扩充了的A,被扩充的A中包含原A和B两个VI的代码。

需要注意的是:嵌入子VI这个选项并不是用的越多程序效率就越高。使用嵌入式子VI也会给效率带来负面影响,比如它在每处调用子VI的地方都会生成一份拷贝,使得程序体积膨胀,占用过多的内存等。因此,建议把调用不频繁,输入参数常常为常量的VI设为嵌入式子VI,而一般的子VI不需设置。

下面用一个具体的示例来看一下LabVIEW编译器是如何优化程序的:

首先,我编写了一个子VI,这个VI有三个输入;其中两个输入是数据,另一个输入表示对两个输入数据进行何种运算,是相加还是相减等;让后把运算结果输出。

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这个“Inline sub VI.vi”被设置为嵌入式子VI。对于嵌入式子VI,它必须是可重入的(嵌入式子VI的代码在每个子VI被调用的地方都会有一个副本,就更不要说是数据空间了)。LabVIEW暂时不支持嵌入式子VI的调试和自动错误处理。所以,在VI属性对话框中设置嵌入式子VI时,要把其它的设置做相应改动,否则LabVIEW会在其它设置项上打个叹号,提示这里的设置有问题。

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接下来我在下面的程序中调用的这个子VI:

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下面咱们要看一下,LabVIEW的编译器是如何对这个程序进行优化的。为了更直观的展示这些优化,我会画一些示意程序框图。这些用于示意的程序框图并不是LabVIEW优化出来的,而是我手工制作的,LabVIEW的优化只针对编译好的可执行代码,它并不会修改VI的源代码(程序框图)。但是经过LabVIEW的优化,main.vi生成的可执行代码,与我制作的示意程序框图编译成的可执行代码是完全相同的。

因为“Inline sub VI.vi”是嵌入式子VI,对于编译器来说,它的代码是被拷贝到main.vi上来的,所以对于编译器来说,它看到的代码是这样的:

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在这段代码中,条件结构分支选择器的输入是一个常量“Add”,这就意味着程序每次都只会进入“Add”这一分支,而其它分支永远不会被执行到。编译器会把那些执行不到的分支移除,因此,优化后的程序代码等效如下:

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程序中循环内所作的运算,在每次迭代中都是相同的,因此它可以被挪到循环之外,只运行一次。优化后代码等效如下:

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程序中的平方运算的输入值是一个常量,因此这一运算会在编译时就完成这一计算,等效优化后代码如下:

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程序中,对data这个输入数据进行两次完全相同的运算,这是没有必要的,编译器也会将其合并,于是优化后的代码最终等效与如下的代码:

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可见,一个看似复杂的程序,经过LabVIEW编译器的优化,它的运行效率可以媲美一段极其简单的程序。但是这并不是说程序员可以不关心代码的效率了。编译器毕竟还是能力有限,它只能做简单的优化,程序效率的决定因素还是在于程序员本身的。

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6 thoughts on “内嵌子VI

  1. Pingback引用通告: 《我和LabVIEW》补充内容和注释 第2版 | 凡人琐忆

  2. 你好,我现在在做一个移植的工作,就是将6.1中的labvIEW程序,移植到高等级的版本,比如说8.5中,但是这个程序不是我编写的,我对labvIEW也不熟悉,所以我可能不想详细的了解其中的控制方法,只是要移植本身,但是其中,低版本的很多子VI,要如何导出并且移植到高版本中呢,谢谢

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