鲁达 LabVIEW中的数据结构
内容包含
- 字符串数据类型
- 数值数据类型
- 布尔数据类型
- 动态数据类型
- 数组
- 簇
- 枚举
字符串型
字符串是一串可显示或不可显示ASCII字符。字符串提供了一种不依赖于平台的消息和数据格式。字符串的主要应用包括：
- 创建简单的文本消息。
- 通过发送文本命令控制仪器，并以ASCII或者二进制字符串的格式返回数据值，这些值接着可以被转换为数值型。
- 将数值数据存储在硬盘上。如要在ASCII文件中存储数值型数据，您必须在将数据存储至硬盘之前将数值型数据转换为字符串型。
- 通过对话框引导用户。
在前面板上，字符串可以通过表格、标签、文本输入框来表示。LabVIEW内置的VI和函数，可以帮助您对字符串进行操作，包括格式化字符串、解析字符串及其他编辑操作。LabVIEW使用粉色来表示字符串数据。
数值型
LabVIEW中数值型数据包括浮点数、定点数、整数、无符号数以及复数。双精度和单精度数以及复数在LabVIEW中都以橙色表示。所有的整数以蓝色表示。
注： 各种数值型数据的不同之处在于存储和表示数据时所使用的位数。
某些数据形式还可以提供扩展的配置选项，例如：您可以为浮点型数据（包含复数）类型赋予物理单位，还可以为定点型数据配置编码和范围。
布尔型
LabVIEW使用8个数据位来存储布尔型数据。在LabVIEW中可使用布尔型来表示0和1、真和假。若8位都是0，则布尔值为假。只要有任一位非0，则布尔值为真。布尔型数据的常见应用包括代表数字数据；用于前面板输入控件，使其成为带有一定机械动作的开关，用来控制条件结构等执行结构。布尔控件还常用作退出While循环结构的条件。 在LabVIEW中，使用绿色代表布尔型数据。
动态数据类型
大多数的Express VI均可接受和/或返回动态数据类型，以深蓝色来表示。
使用“转换至动态数据”和“从动态数据转换”VI，可以转换下列数据类型的浮点数值或布尔数据：
- 一维波形数组
- 一维标量
- 一维标量数组－最新值
- 一维标量－单通道
- 二维标量数组－列为通道
- 二维标量－行为通道
- 单一标量
- 单一波形
动态数据类型应连接至可以最恰当地表示数据的显示控件，如图形、图表、数值、布尔显示控件等。然而，由于动态数据必须自动转换以匹配所连接的显示控件，所以Express VI常常会导致程序框图的执行速度变慢。
动态数据类型是为搭配Express VI使用的。大多数其他的LabVIEW 内置VI和函数则无法接受这种数据类型。如需使用内置VI或函数分析、处理包含有动态数据类型的数据时，必须先对动态数据类型进行类型转换。
数组
有时，将相互关联的数据归为一组，可以更方便处理。在LabVIEW中，可以使用数组和簇来将相互关联的数据集合在一起。 数组将相同类型的数据集合在一个数据结构中，而簇则将多种类型的数据集合在一个数据结构中。
数组由元素和维度组成。元素是数组中的数据。维度是数组的长度、高度或深度。 一个数组可以是一维或多维的，而且每一维在内存允许的情况下可以有多达(231)－1个元素。
您可以创建布尔值、数值、路径、字符串、波形以及簇的数组。对一组相似的数据进行操作或进行重复计算时，可考虑使用数组。在存储波形或循环结构所产生的数据，即每个周期产生一个元素时，数组是理想的选择。
注：LabVIEW中的数组索引都以0起始。无论数组的维度如何，第一个元素的索引均为0。
数组中的元素是有序的，因此可通过索引访问数组中任意元素。索引从零开始，即索引的范围是0到n－1，其中n是数组中元素的个数。例如，设数组元素为一年的12个月，n=12，因此索引范围为0-11。其中“三月”是第三个月，其索引值为2。
图1所示即为一个数值数组的范例。数组中的第一个元素)的索引为1，第二个元素)的索引为2。图中未显示索引为0的元素，因为索引显示控件选择了元素1。在索引框中所显示的值，永远都是指最左上角的元素的索引值。
(1)索引框 | (2)元素框
图1. 数值数组控件
创建数组输入控件和显示控件
如图2所示，在前面板上添加一个数组框，然后将数据对象或元素（如数值或字符串控件）拖入其中，即可添加输入控件或显示控件的数组。
图2. 将数值控件拖入数组框内
如试图将一个无效的输入或显示控件拖入数组框中，则无法实现该操作。
在程序框图中使用数组之前，必须在数组框中插入对象。否则数组的接线端将为空，不会产生任何相关的数据类型。
二维数组
前面的例子都是一维数组。而二维数组则是以网格的方式存储数据。它需要一个列索引和一个行索引来定位一个元素，且二者都是以0作为起始。图3显示了一个8列8行的二维数组，其中包含8 × 8 = 64个元素。
图3. 二维数组
如要在前面板上添加一个多维数组，右键点击索引显示框，并选择快捷菜单中的“添加维度”。此外，也可以改变索引框的大小，直至出现所需维数。
初始化数组
数组可以进行初始化，也可以不进行初始化。初始化数组即定义各个维度中的元素的个数与内容。一个未初始化的数组包含固定的维数，但不包含任何元素。图4 所示，即为一个未经初始化的二维数组控件。请注意其元素均无法选择，表明此数组是未经初始化的。
图4. 未经初始化的二维数组
在一个二维数组中，若初始化某一列中的元素之后，那一列及其前面的未初始化的列都将自动初始化，并被赋予相应数据类型的默认值。如图5所示，在以0为起始的第2列中输入4，则第0、1、2列将自动被初始化为0，即数值数据类型的默认值。
图5. 带有9个初始化元素的二维数组
创建数组常量
若要在程序框图上创建一个数组常量，可在函数选板上选择“数组常量”，将数组框放置到程序框图上，然后在框内放置字符串常量、数值常量、布尔常量、以及簇常量。数组常量用于存储常量数据或用于同另一个数组进行比较。
自动索引数组输入
将数组连线到For循环或者While循环时，通过自动索引功能可将每次迭代与数组中的一个元素相连。此时，循环的隧道将从实心方块变成空心，表明已启用自动索引功能。右键单击隧道，从快捷菜单中选择启用索引或禁用索引，可以切换隧道的状态。
数组输入
若对连接至For循环输入接线端的数组启用了自动索引动能，LabVIEW会将循环的次数自动设定为数组的大小，因此无需连接循环计数的接线端。由于For循环每次可处理数组中的一个元素，因此只要是连接至For循环的数组，LabVIEW就会默认启用自动索引功能。如不需要一次处理数组中的一个元素，可以禁用自动索引功能。
在图6中，For循环执行的次数等同于数组中的元素数量。通常情况下，如果For循环的计数接线端没有连线，运行箭头是断开的。但是，在这个例子中的运行箭头是完整的。
图6. 使用数组来决定For循环的次数
如果有多个隧道启用自动索引，或者连接了循环计数端，则循环的实际执行次数将取其中的最小值。举例来说，如有两个数组进入For循环（分别具有10个、20个元素），同时将值15连接至循环计数端，则循环的实际执行次数为10次。此时虽然可以索引第一个数组的所有元素，但是仅能索引第二个数组的前10个元素。
数组输出
当自动索引一个数组的输出隧道时，每一次循环输出一个新元素到数组。因此，自动索引输出数组的大小等于循环的次数。
此时，连接输出隧道和数组显示控件的连线将变粗，表明它将输出一个数组，且输出隧道中将包含一个方框。
图7. 自动索引输出
在循环隧道上点击右键，并在快捷菜单中的选择“启用索引”或“禁用索引”，即可启用或关闭自动索引功能。While循环的自动索引功能默认是关闭的。
举例来说，若要隧道仅输出最后一次循环的值，则需要停用自动索引。
创建二维数组
将一个For循环嵌入在另一个For循环中，即可创建二维数组。 外层的For循环可以创建行元素，而内层的For循环可以创建列元素。
图8. 创建一个二维数组
簇
簇可以将混合类型的数据集合在一起。 LabVIEW错误簇就是簇的常见例子之一，它包含一个布尔值、一个数值以及一个字符串。簇类似于文本编程语言中的记录或者结构体。
将多个数据元素捆绑在一起，可以使程序框图上的连线更加简洁，并减少子VI的接线端的数量。接线板最多可以有28个接线端。如果一个VI的前面板上有超过28个控件需要将值传递至另一个VI，则可以将其中的一部分集合到一个簇中，并为其分配一个接线端即可。
程序框图上的大多数簇的连线和数据类型接线端都是粉色的。错误簇的连线与数据类型接线端则是暗黄色。数值类型的簇（有时视为点）则使用棕色的连线与数据类型接线端。将棕色的数值簇连接至数值运算函数（如加运算或求方根），即可以对簇中的所有元素同时进行运算。
簇中元素的顺序
虽然簇与数组中的元素均有顺序，但是只要使用解除捆绑函数就可将簇内的所有元素拆开。您可以使用“按名称解除捆绑”函数将簇内的元素按名称解除捆绑。如使用“按名称解除捆绑”函数，簇中的每一个元素必须要有个标签。与数组不同的是，簇的大小是固定的。 与数组相同的是，一个簇里面要么全是输入控件要么全是显示控件。簇中不能同时含有输入控件和显示控件。
创建簇控件
只要将簇框添加到前面板（如下图所示）上，再将数据对象或元素（可以是布尔、枚举、数组、数值、字符串、路径以及簇控件）拖拽至框内，即可在前面板上创建簇输入控件或显示控件。
另外，通过拖拽鼠标游标，可以改变簇框的尺寸。
图9. 创建簇输入控件
图10中的示例是一个含有三个输入控件的簇： 一个字符串、一个布尔开关和一个数值控件。
图10. 簇输入控件示例
创建簇常量
若要在程序框图中创建簇常量，可在函数选板上选择 “簇常量”，将簇外框放置到程序框图上，然后在框内放置一个字符串常量、数值常量、布尔常量或者簇常量。簇常量用于存储常量数据或用于同另一个簇进行比较。
如前面板窗口中有一个簇控件或者显示控件，而您想在程序框图中创建一个包含同样元素的簇常量，可以从前面板窗口将该簇拖曳到程序框图中，或者在前面板窗口中右键单击该簇，从快捷菜单中选择“创建»常量”。
使用簇函数
簇函数用于创建并操作簇。举例来说，可执行类似下列的操作：
- 从簇中提取一个数据元素。
- 向簇中添加一个数据元素。
- 将簇分解为单独的数据元素。
另外也可以使用“捆绑”函数来组装一个簇。“捆绑”与“按名称捆绑”函数可以修改簇；而“解除捆绑”与“按名称解除捆绑”则可以将簇打散。
在程序框图上右键单击簇接线端，从快捷菜单中选择“簇、类与变体”选板，可在程序框图上放置“捆绑”、“按名称捆绑”、“解除捆绑”和“按名称解除捆绑”函数。“捆绑”或“解除捆绑函数”将自动产生正确的接线端数量。“按名称捆绑”与“按名称解除捆绑”函数将显示簇中的第一个元素。 此时可通过位置调整工具来改变“按名称捆绑”和“按名称解除捆绑”函数的大小，以显示簇内的其他元素。
组装簇
“捆绑”函数可以将独立的元素组装成簇，或者改变现有簇中的个别元素值，而无需更新所有元素的值。 使用位置调整工具可重新设定捆绑函数的大小，或者可在元素输入端上点击右键后选择快捷菜单中的“添加输入”。
图11. 在程序框图中组装一个簇
修改簇
若要连接簇的输入，则只需连接需要修改的元素。以图12为例，其中有三个控件。
图12. 使用“捆绑”函数修改一个簇
如图12所示，如果您已知簇中元素的顺序，可以使用“捆绑”函数来连线，从而更改Command元素的值。
也可以使用“按名称捆绑”函数，以改变或获取现有簇中的带标签元素。“按名称捆绑”函数的功能接近于“捆绑”函数，但不是按照簇中的顺序来引用元素，而是按其标签来引用元素。您只能按标签来访问元素。输入的数量不需要与输出簇的元素数量匹配。
可以使用操作工具来点击输入接线端，并在下拉菜单中选择一个元素。也可右键点击输入接线端，通过下拉菜单中的选择项来选择元素。
如图13所示，可以通过“按名称捆绑”函数来修改Command与Function的值。
图13. 使用“按名称捆绑”函数修改簇
对于开发过程当中可能发生改变的数据结构，建议使用“按名称捆绑”函数。为簇添加一个新元素或者改变元素的顺序时无需对“按名称捆绑”函数重新连线，因为这些名称仍然有效。
解簇
“解除捆绑”函数用于将簇分割为独立的元素。
“按名称解除捆绑”函数用于根据用户所指定的名称，返回簇内元素。输出接线端的数量与输入簇中元素的数量不必相同。
请使用操作工具点击输出接线端，在下拉菜单中选择一个元素。也可右键点击输出接线端，通过下拉菜单中的选择项来选择元素。
以图14为例，如对簇使用“解除捆绑”函数，则该簇具有4个输出端点与簇中的四个控件相对应。 本例中，用户必须知道簇内元素的顺序，才能将簇分解后的布尔控件与簇内的开关控件对应起来。元素从0开始，从上到下为顺序。若使用“按名称解除捆绑”函数，则输出接线端的数量可以任意指定，并可根据元素的名称来存取独立的元素，而无需依照其顺序。
图14. 解除捆绑和按名称解除捆绑
枚举
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枚举包含输入控件、常量与显示控件，是多种数据类型的集合。 枚举代表成对的值，分别是一个字符串和一个数值。枚举中可以包含一组或多组的值。 举例来说，若创建一个枚举类型称为“Month”，则Month变量的值对可能为January-0、February-1，直到 December-11。图15展示了枚举输入控件的属性对话框中的值对。只要对枚举控件点击右键，选择编辑项即可直接使用此功能。
图15. Month枚举控件属性对话框
与字符串相比，由于枚举便于在程序框图上操作数字，所以用途比较广泛。图16显示了上述Month枚举控件、所选的值对，以及相应的程序框图接线端。
(1)前面板控件 | (2)选择一个项 | (3)程序框图对象
图16. Month枚举控件
探针工具
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使用探针工具，可在VI运行时检查连线上实时传递的值。
如程序框图比较复杂，操作繁多，且每一步都可能返回错误的值，此时可以使用探针工具。探针工具结合执行过程高亮显示、单步执行以及断点，可用于确定是否产生了数据错误以及错误发生在哪里。高亮显示执行过程、单步调试或在断点处暂停时如有数据产生，探针会立即更新并在探针监视窗口中显示数据。执行过程由于单步执行或断点而在某一节点处暂停时，可用探针探测刚才执行的连线，查看流经该连线的数值。
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