第3章 基本数据类型 在阐述本章内容之前，首先对LabVIEW中有关数据的3个概念进行梳理。 第1个概念是数据的组织形式，即数据以什么形式在虚拟仪器程序即VI中加以呈现。在LabVIEW中，数据的组织形式有3种，分别是输入控件、显示控件和常量。其中，输入控件和显示控件都在前面板上的控件选板上； 而常量，却是在程序框图面板的函数选板上。一般而言，输入控件是用来输入参数的； 而显示控件，则用来显示VI的测量、分析、计算及处理结果。 第2个概念是数据的表现形式。以数值型数据为例，如图3.1所示，它可以表现为数值输入控件、仪表(表盘)、量表和滑动杆等多种形式，它们都是从实际需求中衍生而来的。实际生活和工作场景中，有各式各样的测量仪表，如温度计、速度计、电能表、水表，等等，虽然它们的外观各不相同，所反映的物理量也不同，但其大小属性是相同的，即都是数值。 图3.1数值的表现形式 第3个概念是数据类型。LabVIEW中，除了基本的数据类型，例如数值、字符串和布尔量等之外，还提供有复合数据类型，包括数组、簇、波形和DDT等［14］。本章主要学习LabVIEW中的基本数据类型，主要有数值、字符串、布尔量、枚举/下拉列表和路径。 3.1数值 本节介绍最基本的数据类型——数值。在LabVIEW中，数值控件有很多种表现形式，并且还提供有很多个对数值的操作函数。 3.1.1数值控件 数值控件又分为数值输入控件和数值显示控件，它们均位于“控件”选板→“新式”→“数值”子选板上。数值输入控件和数值显示控件各自都有很多种表现形式，如图3.1和图3.2所示。在控件选板上，数值输入控件和数值显示控件又分为新式、银色、系统和经典等，即还具有不同的风格，使用者可根据自己的喜好选择使用。 图3.2数值输入控件和数值显示控件 3.1.2数值的数据类型 LabVIEW以浮点数、定点数、整数、无符号整数以及复数等不同数据类型表示数值数据。那么，LabVIEW中的数值数据类型是如何进行设置的呢？ 下面，以一个数值输入控件为例进行介绍(数值显示控件以及常量是类似的)。首先，在前面板上创建一个数值输入控件，然后，经鼠标操作来到程序框图面板。这时，程序框图面板上已经出现了一个数值输入控件的图标，它与在前面板上生成的数值输入控件相对应，如图3.3所示。此情况下，LabVIEW默认生成的数值的数据类型为双精度64位实数。这个信息是如何得到的呢？一个办法是，通过查看该数值输入控件在程序框图面板上的显示图标来判断其当前的数据类型。因为在LabVIEW中，不同数据类型的数值控件的图标颜色和形式是不一样的，如图3.3所示的数值输入控件的图标是橙色的，而且下面有标识“DBL”，这表明，该数值输入控件中的数据当前的数据类型为双精度浮点数。LabVIEW中的数值数据类型有多种，除了实数(橙色)和整数(蓝色)通过颜色可以快速地辨识出来外，想要知道某数值输入控件中当前的具体数据信息，仅靠其图标上的标识来判断，还不能保证准确无误。鉴于此，一个简便、可靠的办法，是调用LabVIEW的即时帮助功能。具体地，在程序框图上，选中所关注的数值输入控件的图标，然后按下Ctrl+H组合键，就会在程序框图面板上弹出一个即时帮助窗口，会显示出该数值输入控件当前的数值数据类型，如图3.4所示。 图3.3在前面板和程序框图面板中的数值输入控件 图3.4即时帮助中显示的数值输入控件的数据类型信息 另外，数值输入控件当前的数值数据类型也是可以改变的。如图3.5所示，改变数值输入控件当前的数据类型的方法如下： 首先，在程序框图上选中所关注数值输入控件的图标，右击，选择“表示法”，可以看到共有15种数据类型，且当前选中的是“DBL”； 改为选择下方的“I32”，随即，程序框图中该输入控件的图标就变成了蓝色，即时帮助窗口中给出的信息也改为32位的整数，如图3.6所示。如此，就将数值输入控件中的双精度浮点数改成了整型数。LabVIEW中15种数值的数据类型各自的具体含义，请见表3.1。 图3.5改变数值输入控件的数据类型 图3.6数值输入控件的数据类型为整型 表3.1LabVIEW的15种数值数据类型 缩写 含义EXT 扩展精度浮点数，保存到存储介质时，LabVIEW会将其保存为独立于平台的128位格式。内存中，数据的大小和精度会根据平台的不同而有所不同，只在的确有需要时，才会使用扩展精度的浮点型数值。扩展精度浮点数的算术运行速度，会因所使用平台的不同而有所不同 DBL 双精度浮点数，具有64位IEEE双精度格式，是双精度下数值对象的默认格式，即大多数情况下，应使用双精度浮点数 SGL 单精度浮点数，具有32位IEEE单精度格式。如所用计算机的内存空间有限，且实施的应用和计算等绝对不会出现数值范围溢出情况，应使用单精度浮点数 FXP 定点型 I64 64位整型(-1e19~1e19) I32 有符号长整型(-2147483648~2147483647) I16 双字节整型(-32768~32767) 续表 缩写 含义 I8 单字节整型(-128~127)U64 无符号64位整型(0~2e19) U32 无符号长整型(0~4294967295) U16 无符号双字节整型(0~65535) U8 无符号单字节整型(0~255) CXT 扩展精度浮点复数 CDB 双精度浮点复数 CSG 单精度浮点复数 数据类型是一个很基础的概念，不难懂，但是要学清楚，否则VI运行中出现问题时，可能很难找到出错的原因。在进行VI编程时，特别要注意对数据类型的正确使用。下面以例3.1进行说明。 【例3.1】查错示例： “求平均数。” 在第2章中，已经编写出了求平均数的VI。对于求平均数这个命题，有的初学者编写的VI如图3.7和图3.8所示。可以看到，其中的Result显示控件是蓝色的，表明它当中的数据是整型的。而且，在除数即数值常量2与除法函数相连处出现了一个红点——表示这里发生了数据类型的强制转换，即整型数被转换成了浮点数。同样，在Result显示控件的输入端子上也出现了一个红点，这是因为，橙色的连线代表传输的是浮点数，而蓝色的Result显示控件代表接收到的应是整型数据，所以，在此处又发生了数据类型的强制转换。 这个VI通过了程序编译，并没有语法上的错误，但是当它运行完毕后，就会出现错误。如图3.7所示，当输入1和2，结果本应该是1.5，但此VI的计算结果却为2。问题就出在Result控件的数据类型上。回到该VI的程序框图上，将Result显示控件的数据类型改为“DBL”即双精度浮点数，然后再运行此VI，就会得到正确的结果了。 图3.7求平均数VI的程序框图 图3.8求平均数VI的前面板 在实际编程时，要注意数据类型的强制转换。在LabVIEW的程序框图中，如果连线上出现红点，则表示该处发生了数据类型的强制转换。在调试程序时，要格外注意这样的强制转换是否合适。 【例3.2】输入参数A，求其平方根，结果为B; 然后再对B进行平方运算得到结果C，请问A和C相等吗？ 为例3.2编写的VI，如图3.9所示。在程序框图中，调用了“平方根”和“平方”两个函数，它们都位于“函数”选板→“编程”→“数值”子选板上。在前面板上，为输入控件A输入值“2”，然后运行该VI，会显示出计算结果，如图3.9(b)所示。可以看出，C的计算结果也是2，那么，是不是可以依此判断A与C是相等的呢？ 图3.9求平方根VI 为了判断A与C是不是完全相等，可以在图3.9所示的VI基础上再进行编程实现。编写的VI如图3.10所示。其中，调用了“等于”函数，它位于“函数”选板→“编程”→“比较”子选板上。“等于”函数的结果为一个布尔量。当“等于”函数的两个输入参数相等时，输出结果为真； 不相等时，输出结果为假。 同样，在前面板上将输入控件A的值设为2，运行VI,会发现布尔量为假，如图3.10(b)所示。VI运行结果表明： A和C是不相等的。 图3.10判断是否相等 将A与C进行相减运算，程序框图如图3.11(a)所示，运行结果如图3.11(b)所示。可以看出，A减C的结果并不为0，而是等于一个很小的数。 图3.11判断是否相等 常见问题9： 如果两个数是浮点数类型，如何判断它们是否相等？ 在实际编程时，如果要比较两个浮点数的大小，要格外注意：要慎用“等于”运算，否则，程序可能会出现意想不到的错误。如例3.2所示，A和C看似相等，但其实并不严格相等。那么，如果在实际编程时，需要比较两个浮点数的大小，该如何编程呢？常采用的方法是： 将A和C做减法，取其绝对值，判断其绝对值是否小于一个很小的数。如果为真，则认为A和C近似相等。 3.1.3数值函数 LabVIEW提供有很多个用于操作数值的函数（也有教材称为“数值操作函数”），它们均位于“函数”选板→“编程”→“数值”子选板上，如图3.12所示。这些操作数值的函数图标都很形象，使用起来也比较简单，可以根据实际需求选择相应的数值函数。在“数值”子选板之下的“转换”子选板上，如图3.13所示，提供有很多个可实现数值数据类型转换的函数，如此，就可以通过编程的方式改变数值的数据类型了。 图3.12操作数值的函数 图3.13转换子选板 下面，通过例3.3，介绍“随机数”函数和“表达式节点”的使用要点。 【例3.3】“随机数”函数和“表达式节点”函数的使用。 为例3.3编写好的VI如图3.14所示，其中调用了“表达式节点”函数。“表达式节点”函数用于计算含有单个变量的表达式。使用“表达式节点”函数时，要注意采用正确的语法、运算符和函数，具体内容请参考LabVIEW的帮助文件。 图3.14例3.3的VI的程序框图和前面板 “随机数”函数的图标，外观看起来像两个错落放置在一起的骰子，调用它，可以生成数值范围在0~1的一个随机数，在需要生成随机信号的编程场合，经常会用到它。 3.2字符串 LabVIEW中，字符串是指ASCII字符的集合，用于文本传送、文本显示及数据存储等。在对数字化仪器和设备进行控制操作时，控制命令和数据等大多是按字符串格式加以传输的。 3.2.1字符串控件 LabVIEW中的字符串控件，位于“控件”选板→“新式”→“字符串与路径”子选板和“列表与表格”子选板上。字符串控件也分为输入控件和显示控件两种。 图3.15展示的是字符串组合框控件的使用示例。该控件可以写入多个字符串，每个称为一个“项”，并对应一个“值”。选中组合框控件，右击，弹出快捷菜单，选择“属性”→“编辑项”，可对“项”和“值”进行编辑，如图3.16所示。 图3.15字符串组合框控件 图3.16字符串组合框控件的属性设置 3.2.2字符串的显示方式 字符串的显示方式有四种： 第一种是Normal Display，即正常显示，它是字符串控件的默认设置； 第二种是＼Codes Display，即＼代码显示，用以查看在正常方式下不可显示的字符代码，其在程序调试、向仪器设备传输字符时较为常用； 第三种是Password Display，即口令显示，在这种显示方式下，用户输入的字符均改由字符*代替； 第四种是Hex Display，即十六进制显示，字符以对应的十六进制ASCII码的形式显示，在程序调试和VI通信上比较常用。图3.17所示的VI，给出了同一段字符串的四种显示方式。LabVIEW中的一些特殊字符及其含义，提供在表3.2中。 图3.17字符串的四种显示方式 表3.2LabVIEW中的特殊字符 代码 LabVIEW中的含义 代码 LabVIEW中的含义 ＼b 退格符 ＼t 制表符 ＼f 进格符 ＼s 空格符 ＼n 换行符 ＼＼ 反斜线： ＼ ＼r 回车符 %% 百分比符号 3.2.3字符串函数 LabVIEW中提供有可对字符串进行操作的若干个函数，简称字符串函数，它们位于“函数”选板→“编程”→“字符串”子选板上，常用的字符串函数见表3.3。下面将通过三个示例，对常用的字符串函数进行介绍。 表3.3字符串函数 序号 名称 图标和连接端口 功 能 说 明 1 转换为大写字母 将输入字符串转换为大写形式 2 转换为小写字母 将输入字符串转换为小写形式 3 格式化写入字符串 将字符串、数值、路径或布尔量转换为字符串格式 4 电子表格字符串至数组转换 将电子表格格式的字符串转换成数组 续表 序号 名称 图标和连接端口 功 能 说 明 5 格式化日期/时间字符串 以指定的格式显示日期/时间字符串 6 字符串长度 输出(提供)字符串长度 7 连接字符串 将几个字符串连接起来，组成一个新字符串 8 截取字符串 从输入字符串的偏移量位置开始，取出所要求长度的子字符串 9 替换子字符串 在字符串中的指定位置插入、删除或替换子字符串 10 扫描字符串 根据格式化字符串的要求，提取并转化字符串 11 搜索替换字符串 查找并替换指定的字符串 12 匹配正则表达式 从偏移量开始，查找字符串的正则表达式，找到后，按它的位置将输入字符串分为三段 【例3.4】“格式化写入字符串”函数的使用。 为例3.4编写好的VI的程序框图如图3.18(a)所示，其中调用了“格式化写入字符串”函数，将字符串“头”、数值和字符串“尾”连接在一起，生成新的字符串； 并调用了“字符串长度”函数。该VI的前面板如图3.18(b)所示，可见，在前面板上，是将字符串“头”设置为“SET”，将数值设为“5.5”，将字符串“尾”设为“VOLTS”。运行此VI可以看到，连接后的字符串为“SET 5.50 VOLTS”，且计算出了此字符串的长度为14。 注意： “格式化写入字符串”函数图标边框上沿的中间处，是进行字符串连接的格式输入端口，双击该函数图标，可以弹出对话框，如图3.19所示，在该对话框内，可对连接字符串的格式进行设置。 图3.18格式化写入字符串函数应用举例VI的程序框图和前面板 图3.19编辑字符串格式的界面 【例3.5】字符串的分解。 为例3.5编写的VI中，调用了“截取字符串”和“扫描字符串”函数，具体是要将输入字符串“VOLTS DC+1.345E+02”中的“DC”和数值“1.345 E+02”分解出来。该例题VI的程序框图和前面板，如图3.20所示。 图3.20字符串分解示例VI的程序框图和前面板 在实际应用中，例如计算机从下位机(单片机)接收到的数据都是字符串类型的，那经常要做的一项工作，就是要从一段字符串中提取出实际感兴趣的信息。例3.5就实现了类似的功能，如提取出的“DC”，就表明是直流电压； 提取出的“1.345E+02”，意味着获得了当前直流电压数值的大小。例3.5的实现方法，是已知要提取的元素在整个字符串中的位置，以此为根据，将所感兴趣的元素提取出来。那么，如果不知道所感兴趣元素的具体位置，又该如何实现上述目标呢？对此，例3.6给出了另外一种实现思路。 【例3.6】利用“匹配正则表达式”函数进行字符串的分解。 为例3.6编写的VI中，调用了“匹配正则表达式”函数，用以实现字符串的分解。该VI的前面板和程序框图，如图3.21所示，其中，［Dd］表示字符串第一个字符是大写或小写的D，［Cc］表示字符串第二个字符是大写或小写的C，如此，就将源字符串中的子字符串“DC”找到了，并将源字符串从“DC”处分解成了三段，匹配之前为VOLTS，匹配之后为字符串“+1.345E+02”，再将其转换成数值类型，即输出数字“134.5”。 图3.21“匹配正则表达式”函数使用示例VI的前面板和程序框图 正则表达式的功能非常强大，例3.6只给出了一个简单应用示例。有关正则表达式的语法，请参看LabVIEW的帮助文件。从例3.5和例3.6的VI实现方式的比较可以看出，为实现相同的功能，利用LabVIEW可以有多种方法，故在实际进行编程时，要根据已知条件设计自己的VI。 3.3布尔量 布尔量只有两个状态，即，要么真，要么假。布尔控件位于“控件”选板→“新式”→“布尔”子选板上，如图3.22所示。与布尔量相对应，每个布尔控件都具有两个值，即真和假。布尔控件的表现形式有很多种，例如有指示灯、开关或按钮，等等。对布尔量实施操作的函数，简称布尔函数，它们位于“函数”选板→“编程”→“布尔”子选板上，如图3.23所示。 在使用按钮控件时，要注意其“机械动作”属性的设置。选中按钮控件，右击，在弹出的快捷菜单中选择“机械动作”，如图3.24所示。可以看到，LabVIEW中定义有按钮的6种机械动作。按钮各种机械动作所代表的含义见表3.4。 图3.22布尔控件子选板 图3.23布尔函数子选板 图3.24停止按钮的机械动作 表3.4LabVIEW中按钮的机械动作 图标 含义 图标 含义 图标 含义 单击时转换 释放时转换 保持转换直至释放 单击时触发 释放时触发 保持触发直至释放 3.4枚举与下拉列表 LabVIEW中，枚举控件位于“控件”→“新式”→“下拉列表与枚举”子选板上，如图3.25所示。下拉列表和枚举，多用于LabVIEW编程中具有多个分支的情况，经常与条件结构配合使用。有关条件结构的具体使用方法将在第4章介绍。下面通过一个例子，介绍下拉列表和枚举控件的使用方法。 图3.25下拉列表和枚举控件 【例3.7】设计一个简易的计算器，当在其前面板上选择不同的功能时，它应给出相应的计算结果。 图3.26前面板 对此例，如图3.26所示，选中一个枚举控件，将其拖曳到前面板上； 选中此控件，右击，在弹出的快捷菜单(如图3.27所示)中选择编辑项，如此，会弹出如图3.28所示的界面，随后，在项的表格中，可以输入项的名称，例如，在此例中输入“相加”，单击右侧的插入按钮，便可以添加新的项。以上述相同的操作，再创建另外两项“相乘”和“相减”功能，如图3.29所示。 在为此例编写的VI的程序框图中，调用了一个条件结构，它位于“函数”选板→“编程”→“结构”子选板上。将“枚举”控件连至条件结构的选择器端子上，如此，条件结构会自动辨识出其中的两个分支，如图3.30所示。剩余的分支，需要再经手动添加上去。如图3.31所示，具体地，选中条件分支，右击，在弹出的快捷菜单中选择“在后面添加分支”，如此，就可将后一分支设置好。而条件结构是按照这些分支在枚举控件中的值的属性依次添加的。例如，默认的分支是值0和1，对应于本例而言，是“相乘”和“相减”。这样，继续添加的分支为值2，与之对应的是“相加”。最终的三个分支如图3.32所示。然后，再在条件结构的各个分支中加入相应的代码，如图3.33所示。 图3.27枚举控件的快捷菜单 图3.28编辑项界面 图3.29编辑项界面 图3.30默认的两个分支 图3.31添加新的分支 图3.32最终的三个分支 图3.33例3.7简易计算器VI的程序框图 对例3.7所要求实现的功能编写VI时，也可改为利用“下拉列表”来实现。具体地，改写的VI的前面板和程序框图，如图3.34和图3.35所示。其中，利用“下拉列表”的道理与之前利用“枚举”控件是一样的，也是利用了条件结构。所以，这里只给出条件结构的一个分支的代码，而不再赘述。对“下拉列表”添加项和编辑项的操作方法，与对“枚举”控件的几乎一样，两者的区别，是当把“下拉列表”控件连至条件结构的选择器端子时，条件结构识别的不是标签，而是值，如图3.35所示。所以，使用“下拉列表”时，需要注意将前面板“下拉列表”的标签与条件结构中各个分支的值对应正确。 图3.34利用“下拉列表”实现的简易计算器VI的前面板 图3.35利用“下拉列表”实现的简易计算器VI的程序框图 在LabVIEW中，利用别的控件也可以实现上述功能，例如“滑动杆”控件、“组合框”控件等。使用“滑动杆”控件实现简易计算器的VI的前面板如图3.36所示。“滑动杆”控件位于“控件”选板→“新式”→“数值”子选板上。使用“滑动杆”控件时，需要进行以下设置，选中“滑动杆”控件，右击，在弹出的快捷菜单(如图3.37所示)中设置相关参数，具体包括： ①选中“文本标签”； ②在表示法中，将数据类型改为整型，如图3.38所示的I8； ③单击“属性”，在弹出的界面上输入文本标签值，如图3.39所示，这里的操作，与前述的“枚举”控件和“下拉列表”控件的操作相类似。 图3.36利用“滑动杆”实现的简易计算器VI的前面板 图3.37“滑动杆”的参数设置菜单 图3.38表示法设置 图3.39属性对话框 如图3.40所示，在利用“滑动杆”实现的简易计算器VI的程序框图中，当将“滑动杆”连接至条件结构的选择器标签上时，条件结构识别的也是“值”，即0、1和2，所以，使用“滑动杆”控件时，也要注意条件结构中的分支要与“滑动杆”控件中的标签对应正确。 图3.40利用“滑动杆”控件实现的简易计算器VI的程序框图 在3.2.1节，曾学习过“组合框”控件，其数据类型属于字符串。按照图3.16所示的方法，编辑好“组合框”控件的“项”。对例3.7的命题，改用“组合框”控件实现的简易计算器VI的前面板和程序框图，分别如图3.41和图3.42所示。在该VI的程序框图中，将“组合框”控件连至条件结构的选择器端子上，随后，条件结构会自动识别两个分支(“真”和“假”)。注意，这里的“真”和“假”是带双引号的，所以是字符串类型。接下来，只需将“真”和“假”改成相应的标签，例如，“相加”和“相减”； 因为存在三个分支，所以同前所述，还需要再添加新的分支。 图3.41利用“组合框”控件实现的简易 计算器VI的前面板 图3.42利用“组合框”控件实现的简易 计算器VI的程序框图 可以看出，利用上面介绍的几种控件(“枚举”“下拉列表”“滑动杆”和“组合框”)，都可以实现对多个不同状态的选择。 3.5路径 路径这种控件，位于“控件”选板→“新式”→“字符串与路径”子选板上，如图3.43所示。路径常量及函数，位于“函数”选板→“编程”→“文件I/O” →“文件常量”子选板上，如图3.44所示。在LabVIEW中，路径用绿色表示。下面通过例3.8介绍LabVIEW中的路径操作。 图3.43路径控件 图3.44路径常量及函数 【例3.8】提取当前VI的路径。 这是利用LabVIEW编程时经常会用到的一个小功能，即如何获得当前VI的路径，一个编写好的实现该功能的VI的程序框图如图3.45(a)所示。其中，调用了“当前VI的路径”函数，该函数位于“函数”选板→“编程”→“文件I/O” →“文件常量”子选板上。从其前面板的运行结果（见图3.45(b)），即控件“当前VI路径”的值可以看出，调用该函数得到的路径包含了当前VI的名称。而实际中，更希望得到此VI的位置，即要去掉VI名称之后，剩下前面的“D:＼DSP”。这个功能，可以通过调用“拆分路径”函数实现，此函数位于“函数”选板→“编程”→“文件I/O”子选板上。如此，如果想向此目录下写入一个新的文件，文件名称取名为“data.txt”，再调用“创建路径”函数，就可以得到新文件“data.txt”在LabVIEW中的路径了。 图3.45实现例3.8功能的VI的程序框图和前面板 3.6本章小结 本章学习了LabVIEW中的基本数据类型，包括数值、字符串、布尔量、枚举和路径等，以及操作它们的函数。对于数值，要注意其数据类型的设置； 在进行仪器控制和串口通信时，经常会用到字符串； 在使用开关按钮控件时，要注意其机械动作的设置； 对于多个状态的选择，可以使用枚举、下拉列表、滑动杆和组合框等控件来实现。 这些都是最基础的内容，并不难，需要理解清楚并能熟练使用。在接下来的章节中，还会频繁地使用到本章所介绍的这些基础知识。 本章习题 3.1计算三角函数的值。在前面板上放置一个数值输入控件，分别求出其正弦和余弦值，并将结果输出显示在前面板上。 3.2设计一个简易的计算器，在例3.7的基础上增加除法功能。 3.3输入字符串“Current AC 1.2E3 A”，提取出其中的子字符串“Current”“AC”和数值“0.0012”。 3.4将字符串“SET”、数值“51.2”和字符串“Hz”连接在一起，生成新的字符串并计算出其长度，并且将所有结果在前面板显示出来。 3.5实现指数函数的运算。在前面板输入数值x，通过公式y=ex求出指数函数的值，并将结果输出到前面板上。 3.6判断正负数。在前面板上输入数值x，如果x>0，指示灯变亮； 反之，则指示灯为暗色。 参考文献 ［1］Johnson G W，Jennings R. 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