LabVIEW Mania : 動態地讓Array Size增長

在前兩篇文章〈動態地讓Array Size增長 - Part 1〉與〈動態地讓Array Size增長 - Part 2〉中，介紹了如果不能夠事先知道陣列(array)大小，可以使用Shift Register + Build Array 來動態地讓陣列長大。這個技巧雖然簡潔易用，但有一個缺點：記憶體使用效率不佳。

圖一：動態成長手法

以圖一為例，當我們使用Build Array元件將一個長度為5的1D Array與獨立元素結合成一個長度為6的1D Array時，LabVIEW除了原本長度為5的1D Array外，會需要再向作業系統請求一個新的記憶體位置，來存放長度為6的1D Array。並且把新的這個Array存入Shift Register內，並將舊的Array刪除；若使用動態成長手法讓Build Array執行了一萬次，那麼請求新記憶體位置與刪除舊記憶體位置的動作也要執行一萬次。

這光用聽的就知道很沒有效率！不僅如此，當陣列成長到一定程度時，記憶體內有可能沒有足夠長度的連續區塊，因此作業系統需要搬運既有的資料清出位置給新的陣列，會進一步地拖慢程式執行效率。這在操作大型資料時，有可能成為拖慢執行效率的兇手。解決方式，就是預先配置一個夠大的陣列，待資料寫入完成後，再把陣列內多餘的元素砍掉，縮減到正確的長度。

以下我們仍然以〈動態地讓Array Size增長 - Part 1〉之中的範例來說明(見圖二)：輸入陣列(Input Array)中，大於指定值(Assigned Value)的元素，應該被放到輸出陣列(Output Array)。

圖二

不過這一次，我們不使用圖一所示的動態成長手法，而是採用預先配置(Preallocating)陣列的策略，如圖三所示：

圖三

區塊1是利用Initialize Array先配置出一個"夠大"的陣列，在這個應用中，輸出陣列(Output Array)最大只可能和輸入陣列(Input Array)相同，因此利用Array Size來將輸出陣列的設定為與輸入陣列相同大小。此處將輸出陣列內的元素值先設為NaN，只是因為NaN不可能出現在輸入陣列中，在開發過程中方便除錯而已，各位讀者可依實際需求設定為任意數值。

區塊2，則是利用Replace Array Subset將元素寫入正確的位置，取代原本的NaN。取代一定是由位置0、位置1、位置2......一路往下依此類推，因此區塊三利用Shift Register與Increment元件做了一個計數器，來記錄當前要覆蓋的位置。最後來到區塊4，當所有元素都寫入都完成後，利用Split 1D Array與計數器把最後覆蓋位置以下的所有元素都砍掉，然後將剩下的部分輸出，即圓滿達成這個應用的需求。

為了證明預先配置真的比較有效率，以下利用 Tick Count(ms) 來進行 Benchmarking，我們分別將圖一的解法 DynamicallyOutputArrayElement.vi 與圖三的解法DynamicallyOutputArrayElement_Preallocate.vi 丟進圖四中 BenchmarkTemplate.vi 內的空白For Loop中，來檢驗它們的執行時間。由於資料量小，單一次的執行時間遠小於 1 ms 無法看出顯著區別，因此以下的 Benchmark 測驗是連續運算十萬次後再取平均。所得到的執行結果分別如圖五與圖六所示。