Монк . - Программируем Arduino

Обратите внимание на то, что даже мне, разработавшему не одну сотню проектов на Arduino, сложно найти вескую причину, оправдывающую прием динамического выделения памяти в Arduino.

Строки

Строки (текста) намного реже используются в скетчах для Arduino, чем в обычных программах. В обычных программах строки чаще всего применяются для взаимодействий с пользователями или базами данных, где текст является естественным средством передачи информации.

Многие программы для Arduino вообще не нуждаются в текстовом представлении данных или используют его только в командах Serial.println для нужд отладки.

В Arduino поддерживаются два основных метода использования строк: старый метод — массивы элементов типа char и новый метод с применением библиотеки String Object.

Массивы элементов типа char

Когда в скетче определяется строковая константа, такая как

char message[] = "Hello World";

создается статический массив элементов типа char, содержащий 12 символов. Именно 12, а не 11, по числу букв в строке «Hello World», потому что в конец добавляется заключительный нулевой символ (\0), отмечающий конец строки. Такое соглашение для строк символов, принятое в языке C, позволяет использовать массивы символов большего размера, чем предполагалось вначале (рис. 6.4). Каждая буква, цифра или другой символ имеет код, который называют значением ASCII.

Рис. 6.4.Массив элементов типа char в стиле языка C с завершающим нулевым символом

Обратите внимание на то, что часто используется немного иной синтаксис записи строковых констант:

char *message = "Hello World";

Этот синтаксис действует подобным образом, но определяет message как указатель на символ (первый символ в массиве).

Форматированный вывод строк несколькими командами print

Часто строки необходимы, только чтобы вывести сообщение на жидкокристаллический дисплей или в качестве параметра Serial.println. Многие могут подумать, что в основном требуется только возможность объединения строк и преобразования чисел в строки. Например, рассмотрим конкретную проблему — как на жидкокристаллическом дисплее отобразить сообщение «Temp: 32 C». Вы могли бы предположить, что для этого нужно объединить число 32 со строкой "Temp: " и затем добавить в конец строку " C". И действительно, программисты с опытом использования языка Java могли бы попытаться написать на C следующий код:

String text = "Temp: " + tempC + " C";

Увы, в C этот прием не работает. В данном случае сообщение можно вывести несколькими инструкциями print, как показано далее:

lcd.print("Temp: "); lcd.print(tempC); lcd.print(" C");

Этот подход устраняет необходимость закулисного копирования данных в процессе конкатенации (объединения) строк, как происходит в других современных языках.

Аналогичный подход с применением нескольких инструкций вывода можно использовать при работе с монитором последовательного порта и инструкциями Serial.print. В подобных случаях последней в строке обычно используется команда println, добавляющая в конец символ перевода строки.

Форматирование строк с помощью sprintf

Стандартная библиотека строковых функций для языка C (не путайте с библиотекой Arduino String Object, которая обсуждается в следующем разделе) включает очень удобную функцию sprintf, выполняющую форматирование массивов символов. Она вставляет значения переменных в строку шаблона, как показано в следующем примере:

char line1[17];

int tempC = 30;

sprint(line1, "Temp: %d C", tempC);

Массив символов line1 — это строковый буфер, содержащий форматированный текст. Как указано в примере, он имеет емкость 17 символов, включая дополнительный нулевой символ в конце. Имя line1 я выбрал потому, что собираюсь показать, как сформировать содержимое верхней строки для жидкокристаллического дисплея с двумя строками по 16 символов в каждой.

В первом параметре команде sprintf передается массив символов, в который должен быть записан результат. Следующий аргумент — строка формата, содержащая смесь простого текста, такого как Temp:, и команд форматирования, например %d. В данном случае %d означает «десятичное целое со знаком». Остальные параметры будут подставлены в строку формата в порядке их следования на место команд форматирования.

Чтобы во вторую строку на жидкокристаллическом дисплее вывести время, его можно сформировать из отдельных значений часов, минут и секунд, как показано далее:

char line2[17];

int h = 12;

int m = 30;

int s = 5;

sprintf(line2, "Time: %2d:%02d:%02d", h, m, s);

Если попробовать вывести строку line2 в монитор последовательного порта или на экран жидкокристаллического дисплея, вы увидите текст

Time: 12:30:05

Команда sprintf не только подставила числа в нужные места, но и добавила ведущий ноль перед цифрой 5. В примере между символами : находятся команды форматирования трех компонентов времени. Часам соответствует команда %2d, которая выводит двузначное десятичное число. Команды форматирования для минут и секунд немного отличаются (%02d). Эти команды также выводят двузначные десятичные числа, но добавляют ведущий ноль, если это необходимо.

Однако имейте в виду, что этот прием предназначен для значений типа int. К сожалению, разработчики Arduino не реализовали в стандартной библиотеке C поддержку других типов, таких как float.

Определение длины строки

Так как строки, хранящиеся в массивах символов, часто оказываются короче самих массивов, в библиотеке предусмотрена удобная функция с именем strlen. Эта функция подсчитывает число символов в массиве, предшествующих нулевому символу, отмечающему конец строки.

Функция принимает массив символов в своем единственном параметре и возвращает размер строки (исключая пустой символ), хранящейся в нем, например, команда

strlen("abc");

вернет число 3.

Библиотека Arduino String Object

В Arduino IDE, начиная с версии 019, вышедшей несколько лет тому назад, включается библиотека String, более понятная и дружественная разработчикам, использующим Java, Ruby, Python и другие языки, где конкатенацию строк допускается выполнять простым оператором +. Эта библиотека также предлагает массу вспомогательных функций для работы со строками.

Конечно, данная библиотека добавляет к скетчу несколько килобайт кода. Кроме того, она использует механизм динамического распределения памяти со всеми сопутствующими проблемами, такими как исчерпание памяти. Поэтому подумайте хорошенько, прежде чем принять решение о ее использовании. Многие пользователи Arduino предпочитают применять обычные массивы символов.

Эта библиотека удивительно проста в использовании, и, если вам приходилось работать со строками в Java, благодаря библиотеке Arduino String Object вы будете чувствовать себя как дома.