原创 同步控制技术----栈与队列

在计算机编程中栈是一个很重要的概念,尤其在汇编语言中,需要不断进栈和出栈的操作.栈是限定在一个表的尾端进行插入(进堆栈)和删除(出堆栈)的线性表.是后进先出结构(LIFO).

队列的定义和栈的定义是类似的,区别是数据是先进先出(FIFO)

labview还有一个概念缓冲区BUFFER,典型的比如CHART,它默认保存数据长度是1024.BUFFER的概念和队列是非常相似的,都是一个先进先出的结构.如果我们设定队列的数据长度也是1024.比较一下他们的区别.

区别一:未达到设定

开始的时候,队列和缓冲区中都是没有数据的,当有数据进入的时候,队列和缓冲区中的数据在不断地增加,对于缓冲区,因为未达到它最大许可的长度 1024,因此数据是不断第增加的,队列则不同,它的数据是否增加取决于是否有读队列的过程,就是所说的出队,如果出队的速度大于入队的速度,队列中则根本不会有数据.如果没有出队的过程或者出队的速度小于入队的过程,队列中的数据也是不断地增加的.这是第一个区别. 

区别二:到达设定值

当队列和BUFFER都达到了1024个数据后,这是再有新的数据要进来,队列和BUFFER的表现是不同的,对于BUFFER,它将自动挤出(形象的说法,当然也是编程实现的)最早进入BUFFER的数据,所谓先进先出.而队列则不同.要求进入队列的线程只能被动等待,一直到队列中有别的线程取出数据,队列中有空闲位置.所以队列有调节读写速度线程的能力.

相同点一:数据进入都是在尾部,(队列插入如果在头部,就编程上面所说的栈了)

相同点二:对于中间数据都实现了有效的封装,你无法直接提取中间的某个数据,你可以读出中间的数据,但是不能改变当前BUFFER和队列的值.

LABVIEW提供的队列的功能函数(包括栈),在逐点分析库提供了DBL型的BUFFER,我在另外的日志中专门提到了,这里就不多说了.

LV队列的函数是基本函数,无法进行深入跟踪,估计应该是采用C++的算法然后封装的,我实际测试过,它的运行效率远高于用数组的方式构成的队列,为了详细说明队列和栈的细节,我还是用数组的形式,然后在介绍LV的队列函数.

首先看看如何用数组实现栈的功能:

栈的操作是非常简单的,只有压栈和出栈两个操作(PUSH AND POP)

我们用AE来实现它.分成三个action: Init,Push ,Pop

首先严格自定义ＥＮＵＭ，表示三个动作．

 

这样我们就完成了栈的AE的制作过程。

看看它的调用过程。

10次循环，栈中的数据应该是0，1，2，3，4，5，6，7，8，9。栈的弹出次序应该是9，8，7，6，5，4，3，2，1，0

运行结果确实如此。

与栈相反，队列是一个先入先出的数据结构，我们对栈的过程稍微修改一下，就可以得到队列。就不多介绍了。

下面重点介绍一下LV提供的队列的具体功能。

分别介绍这8个节点的具体功能：
1：获得队列（实际是得到队列的参考）它有5个数据端子

name ：String
队列在LV系统中是名称来区分的，LV系统自己维护一个包含的目前所有队列的表，当你运行这个函数的时候，它首先会查找表中是否已经存在这个队列参考，如果存在，就直接返回这个参考，如果不存在，就建立一个新的队列，并将队列参考加入表中进行维护。这样做的好处是非常明显的，允许我们在任何子VI中，只需要知道队列的名称就可以运行这个函数直接得到队列参考，不用通过全局变量或者数据流输入来得到参考，在一个层层嵌套的VI中想传递一个数据很不容易，也不利于模块化。


max queue size :I32

定义的队列的最大长度，当输入-1时，队列长度不受限制，需要注意的是，如果取出数据的速度小于加入队列数据的速度，随着时间的推移，需要的内存会不断地增加，这显然是存在问题的，如果我们没有规定最大长度的话，编程时候要注意自己来协调速度。如果规定的最大长度，当达到最大长度时候，加入队列的线程会一直等待到队列中有空闲位置为止。

如果已经有同名队列存在，该设置是不起作用的，用的还是第一次运行这个函数时的设置。

element data type：队列中的数据类型，允许任意数据类型。
其它两个非常简单，不介绍了。

2：元素加入队列（Enqueue Element）

3：预览要出队的元素（读，并不取出）

4：取得队列当前状态（ Get Queue Status）

   这个函数比较重要，它可以获得当前队列的状态信息，包括队列最大长度（设定的），队列名称，当前正在运行的等待取出数据的（运行DEQUEUE）的数量，当前正在运行的加入队列的数量（ENQUEUE），以及当前队列中的所有数据。

5：释放队列（当程序结束时，进行清理工作，防止内存泄露）

6：在相反方向插入队列（栈的功能），如果按这种方式插入一定数量，再依次取出，就是上面说的栈的功能。

  对于队列，这个函数可以人工实现队列优先级，最重要的信息可以放在其他不重要的信息前面，比如严重错误，紧急停止等。

7：取出元素。如果当前队列中无元素可以提取，该函数会一直等待到TIMEOUT或者有数据为止。

8。清除队列（FLUSH），清除队列中的所有元素。

可见，队列的基本操作是很简单的，关键是如何在实际工作中正确运用。

我们首先用AE封装一个队列：

我们来模拟一下WINDOWS消息，首先定义消息结构。

然后定义AE，封装队列。

下面我们来实验一下这个AE，它可以运行在任何一个VI中，为了方便，我们在一个VI中做三个循环，两个写入队列（生产者），一个读取队列（消费者）；

队列的应用范围非常广，经常和状态机联合使用，就是经常提到的队列状态机，有机会我会结合状态机一起介绍。