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LabVIEWer的新突破—从面向过程到面向操作者

2022-04-08 20:43:16来源:恩艾NI知道  

注:本文转载自公众号上海众执芯信息科技有限公司


LabVIEW作为测控行业非常经典的编程环境与语言,从1986年发布至今,迭代了很多经典的设计模式,例如:


简单状态机

利用该设计模式,可以设计出序列化执行代码,可根据当前执行状态选取下一个执行的步骤,可以方便地插入新的执行步骤,修改执行顺序生成逻辑。其参考代码如下:



QMH

该设计模式在状态机的基础上,添加了消息机制,将状态机的状态跳转渠道,从移位寄存器改为队列,队列中传递的为消息,包含了消息名与消息内容,利用该设计模式,可以进行多线程编程,消息的产生方与消息的接收/执行方分别存在于不同的线程中,其也是生产者/消费者模式的一种,只是QMH中,消息的生产者也可以是其他消息渠道的消费者,此处生产者与消费者的定义只针对消息,不针对线程。



很多公司也推出了更加实用的设计参考架构,例如JKI状态机,其基本思想与状态机、QMH基本类似。


上述设计模式能解决大多数小规模的应用需求,例如经典的SIMON游戏,小规模数据采集,晚会抽奖程序等,其不管是从概念还是从实现角度,看上去都很直接,易于学习与掌握。


LabVIEW足够优秀,但在LabVIEW圈子中,很经典的一句话就是:LabVIEW易学不易精。此话可以从两个角度来理解:


一是对编程技巧的精通,例如各种函数功能的掌握。此处体现了LabVIEW的强大之处,其以图形化、驱动库的方式集成了且可以继续集成丰富的功能,需要工程师日积月累的勤学苦练

二是对参考架构的渴求。大部分中途放弃LabVIEW或者对LabVIEW产生质疑的工程师,是因为在多年的使用后,发现永远停留于使用上述设计模式完成简单的应用,或者东拼西凑出稍复杂但日后自己都不想打开的应用程序,在从小白LV工程师变为资深LV工程师的路上,找不到随心所欲的感觉


小编在与LabVIEW相伴多年的过程中,有幸加入了许许多多的LabVIEW社区/群,深深感受到LV圈中对新突破的渴望,都希望写出真正的模块化、可伸缩、可扩展、可复用且清晰简洁的代码,在与其他编程语言对比时,不再暗暗自卑。


路在何方?本文将抛砖引玉,介绍一个方法:


----以面向对象为思想,以操作者为基石,以专业架构(观察者模式、MVC模式等)为蓝图,在高效、成熟的编程工具的辅助下开展LabVIEW开发。



本篇将介绍面向对象的思想与操作者这个基石,这也是NI官方推广的两种LabVIEW编程方式;下篇将介绍专业架构与高效工具。


如何理解面向对象/操作者与上述设计模式的区别呢?我们以QMH为例。


在QMH中,消息处理线程如下,我们将从队列中接收消息,根据消息的名称进入不同的Case分支,然后取出消息中的数据以及QMH消息处理线程移位寄存器缓存的数据,进行特定功能的处理,最后将结果再次存储进线程移位寄存器中。



从复用的角度,该程序中的消息处理部分,只能通过复制代码片段进行复用,或者简单的创建子VI模块;但是随着子VI越来越多,会发现难于管理,因此有经验的工程师会想到用库的方式进行管理,此举会大大减低子VI的管理难度,并提升复用的可能性。但是,此处我们忽略了一个点,那就是数据。


我们看到了QMH中,消息处理部分用一个移位寄存器存放了线程的状态信息,子VI间传递的其实也是经过其处理后的该状态信息。我们如果将数据信息也封装到我们的库中,那就得到了我们的对象,如下图所示:



面向对象思想并不仅仅是将数据存进库中,仅是如此的话,与.lvlib库并无太大区别。面向对象是:


把一组

数据

结构与处理他们的

方法

组成

对象

->对象=数据+方法

把具有相同行为的对象归纳为

->:人数据:性别/年龄/...方法:呼吸/吃饭/...对象:张三/李四/...

->:汽车数据:长度/品牌/...方法:启动/刹车/...对象:张三的别克/李四的比亚迪...

通过

封装

隐藏类的内部细节

->外界无法直接获得对象内部细节,如:外界无法仅凭外貌得知一个人的具体年龄

通过

继承

使类得到泛化

->女性类继承了人类,扩展了生育的方法

通过

多态

实现基于对象类型的动态派生

->新能源车与燃油车都继承了汽车类,但当他们启动时,使用的能源及启动的方式都是各自独有的


从下图就能看到其好处,其描述的是:如果应用程序需要一个新的版本,其顶层逻辑不变,仅是队列消息具体执行方法及系统状态包含的信息有变化,此时通过面向对象思想的继承与多态,即可在

不需要修改主程序Case分支及其内部代码的情况下

,通过创建一个新的类,在类的数据与方法中,实现需求的变更,在主程序中,通过输入不同的对象,执行方法时会根据对象的类型,动态调用对应的方法。



LabVIEW面向对象编程足够优秀,但是,在扩展时,如果我们增加新的消息名称,那么就需要对Case分支数量进行扩充,还是需要修改主程序,那么有没有更好的方式,在不修改主程序的情况下,完成需求的扩展呢?此时就需要操作者了。


下图为面向操作者的QMH消息处理线程,我们发现有两个变化,

1. 将消息簇封装为消息类对象

2. 将Case结构,简化为Do.vi


其优化逻辑为:

1. 消息类中封装了a. 某个Case结构的功能执行代码,命名为Do.vi,不同Case有不同的消息类,这样就可通过消息类名称替代了原消息簇中的消息名,b. 将消息簇数据部分封装进了消息类的数据中

2. Do.vi为多态VI,可根据传递的具体消息类,动态调用该类的Do.vi,这样就通过多态替换了原来QMH中的Case分支


综上,我们通过:

1. 将QMH的消息执行部分从面向过程编程替代为面向操作者

2. 将QMH的消息簇从簇结构替代为消息类

即完成了从面向过程至面向操作者的编程转换


利用面向操作者的编程方式,我们无需修改主题程序,仅需针对不同的"Case",编写不同的消息类,这样即可完成程序的扩展,符合模块化,可复用性等特点。

标签: 设计模式 面向对象 消息处理

责任编辑:hnmd003

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