Arduino入门教程第一章｜C语言入门

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2020-06-29

Arduino入门教程第一章｜C语言入门

初始Arduino语言

语言简介

Arduino 使用 C/C++编写程序，虽然 C++兼容 C 语言，但这是两种语言，C语言是一种面向过程的编程语言，C++是一种面向对象的编程语言。早期的Arduino 使用 C 语言编写，后来引进了面向对象的思想，目前最新的 Arduino 核心库采用 C 与 C++混合编写而成。

通常我们说的Arduino语言，是指Arduino核心库文件提供的各种应用程序编程接口(Application Programming Interface，简称 API)的集合。这些 API 是对更底层的单片机支持库进行二次封装所形成的。例如，使用 AVR 单片机的Arduino 的核心库是对 AVR-Libc(基于 GCC 的 AVR 支持库)的二次封装。传统开发方式中,你需要厘清每个寄存器的意义及之间的关系，然后通过配置多个寄存器来达到目的。而在 Arduino 中，使用了清楚明了的 API 替代繁杂的寄存器配置过程。

C语言基础教程

第 1 节函数:setup()、 loop()

第 2 节数据类型:变量、常量
第 3 节运算符
第 4 节表达式
第 5 节数组:数据类型、数组名称
第 6 节字符串:字符串名称[字符个数]、String 字符串名称

第 7 节注释
第 8 节顺序结构

第 9 节选择结构
第 10 节 If 语句:简单分支结构、双分支结构、多分支结构

第 11 节 switch...case 语句
第 12 节循环结构:循环语句、循环控制语句

第1节｜函数

Arduino 程序基本结构由 setup() 和 loop() 两个函数组成:

setup()

Arduino 控制器通电或复位后，即会开始执行 setup() 函数中的程序，该部分只会执行一次。

通常我们会在 setup() 函数中完成 Arduino 的初始化设置，如配置 I/O 口状态，初始化串口等操作。

loop()

在 setup() 函数中的程序执行完后，Arduino 会接着执行 loop() 函数中的程序。而 loop()函数是一个死循环，其中的程序会不断的重复运行。

通常我们会在 loop() 函数中完成程序的主要功能，如驱动各种模块，采集数据等。

第2节｜数据类型

在 C\C++语言程序中，对所有的数据都必须指定其数据类型。数据又有常量和变量之分。

变量

在程序中数值可变的量称为变量。其定义方法如下

类型变量名;

例如，定义一个整型变量 i:

int i;

我们可以在定义时为其赋值，也可以定义后，对其赋值，例如:

int i;

i=95;

和

int i=95;

两者是等效的。

常量

在程序运行过程中，其值不能改变的量，称为常量。常量可以是字符，也可以是数字，通常使用语句

“ const 类型常量名 = 常量值”定义常量。

还可以用宏定义来达到相同的目的。语句如下:

#define 宏名值

如在 Arduino 核心库中已定义的常数 PI，即是使用
#define PI 3.1415926535897932384626433832795 定义的。

整型

整型即整数类型。Genuino 101 可使用的整型类型及取值范围如下

浮点型

浮点数也就是常说的实数。在Arduino中有float 和 double 两种浮点类型，在Genuino 101中，float 类型占用4个字节(32 位)内存空间，double类型占用8 个字节(64 位)内存空间。

浮点型数据的运算，速度较慢且可能有精度丢失。通常我们会把浮点型转换为整型来处理相关运算。如 9.8cm，我们通常把换算为 98mm 来计算。

字符型

字符型，即 char 类型，也是一种整形，占用一个字节内存空间，常用于存储字符变量。存储字符时，字符需要用单引号引用，如

char col=’C’;

字符都是以整数形式储存在 char 类型变量中的，数值与字符的对应关系，请参照 ASCII 码表。

布尔型

布尔型变量，即 boolean。它的值只有两个:false(假)和 true(真)。boolean会占用 1 个字节的内存空间。

第3节｜运算符

常见 C\C++运算符如下表:

第4节｜表达式

通过运算符将运算对象连接起来的式子，我们称之为表达式。如 5+3、a-b、1<9等。

第5节｜数组

数组是由一组相同数据类型的数据构成的集合。数组概念的引入，使得在处理多个相同类型的数据时，程序更加清晰和简洁。其定义方式如下:

数据类型

如，定义一个有 5 个 int 型元素的数组:

int a[5];

如果要访问一个数组中的某一元素，需要使用

数组名称[下标]

数组名称

需要注意的是数组下标是从 0 开始编号的。如，将数组 a 中的第 1 个元素赋值为1:

a[0]=1;

你可以使用以上方法对数组赋值，也可以在数组定义时，对数组进行赋值。如:

int a[5]={1,2,3,4,5};

和

int a[5];
a[0]=1; a[1]=2; a[2]=3; a[3]=4; a[4]=5;

是等效的。

第6节｜字符串

字符串的定义方式有两种，一种是以字符型数组方式定义，另一种是使用 String类型定义。

char 字符串名称[字符个数]

使用字符型数组的方式定义，使用方法和数组一致，有多少个字符便占用多少个字节的存储空间。

大多数情况下，我们使用 String 类型来定义字符串，该类型中提供一些操作字符串的成员函数，使得字符串使用起来更为灵活。

String 字符串名称;

如

String abc;

即可定义一个名为 abc 的字符串。你可以在定义时为其赋值，或在定义后为其赋值，如

String abc;

abc = “Genuino 101”;

和

String abc = “Genuino 101”;

是等效的。
相较于数组形式的定义方法，使用 String 类型定义字符串会占用更多的存储空间。

第7节｜注释

/*与*/之间的内容，及 // 之后的内容均为程序注释，使用它可以更好的管理代码。注释不会被编译到程序中，不影响程序的运行。为程序添加注释的方法有两种:

单行注释:

// 注释内容

多行注释:

/*注释内容 1

注释内容 2......
*/

第8节｜顺序结构

顺序结构是三种基本结构之一，也是最基本、最简单的程序组织结构。在顺序结构中程序按语句先后顺序依次执行。一个程序或者一个函数，整体上是一个顺序结构，它是由一系列的语句或者控制结构组成，这些语句与结构都按先后顺序运行。

如图所示，虚线框内是一个顺序结构，其中 A、B 两个框是顺序执行的。即:在执行完 A 框中的操作后，接着会执行 B 框中的操作。

第9节｜选择结构

选择结构又称选取结构或分支结构。在编程中，我们经常需要根据当前数据做出判断，决定下一步的操作。例如，Arduino 可以通过温度传感器检测出环境温度，在程序中对温度做出判断，如果温度过高，就发出警报信号，这时便会用到选择结构。

第10节｜if语句

if 语句是最常用的选择结构实现方式，当给定表达式为真时，就会运行其后的语句，其有三种结构:

简单分支结构

if(表达式)
{
    语句; 
}

双分支结构

双分支结构增加了一个 else 语句，当给定表达式结果为假时，便运行 else 后的语句。

if(表达式)
{
    语句 1;
 }
else
{
    语句 2;
 }

多分支结构

使用多个 if 语句，可以形成多分支结构，用以判断多种不同的情况。

if(表达式 1)
 {
    语句 1;
}
else if(表达式 2)
 {
    语句 2;
}
else if(表达式 3) 
{
    语句 3;
}
else if(表达式 4)
 {
    语句 4;
 }
......

第11节｜switch...case语句

处理比较复杂的问题，可能会存在有很多选择分支的情况，如果还使用 if...else的结构编写程序，会使程序显得冗长，且可读性差。此时我们可以使用 switch，其一般形式为:

switch(表达式)
{
    case 常量表达式 1:
    语句1
        break;
    case 常量表达式 2:
    语句2
        break;
    case 常量表达式 3:
    语句3
        break;
    ......
    default :
    语句n
        break;
}

需要注意的是，Switch 后的表达式结果只能是整形或字符型。如果要使用其他类型，则必须使用 if 语句。

switch 结构会将 switch 语句后的表达式与 case 后的常量表达式比较，如果符合就运行常量表达式所对应的语句;如果都不相符，则会运行 default 后的语句，如果不存在 default 部分，程序将直接退出 switch 结构。

在进入 case 判断，并执行完相应程序后，一般要使用 break 退出 switch 结构。如果没有使用 break 语句，程序则会一直执行到有 break 的位置退出或运行完该switch 结构退出。

第12节｜循环结构

循环结构又称重复结构，即反复执行某一部分的操作。有两类循环结构，当(while)循环和直到(until)循环。

循环语句

while 循环

while 循环是一种当型循环。当满足一定条件后，才会执行循环体中的语句，其一般形式为:

while(表达式)
{
    语句;
}

在某些 Arduino 应用中，你可能需要建立一个死循环(无限循环)。当 while 后的表达式永远为真或者为 1 时，便是一个死循环。

while(1)
{
    语句;
}

do...while 循环

do...while 与 while 循环不同，是一种直到循环，它会一直循环到给定条件不成立时为止。它会先执行一次 do 语句后的循环体，再判断是否进行下一次循环。

do
{
    语句;
}
while(表达式);

for 循环

for 循环比 while 循环更灵活，且应用广泛，它不仅适用于循环次数确定的情况，也适用于循环次数不确定的情况。while 和 do...while 都可以替换为 for 循环。一般形式为:

for(表达式 1;表达式 2;表达式 3)
{
    语句; 
}

一般情况下，表达式 1 为 for 循环初始化语句，表达式 2 为判断语句，表达式 3为增量语句。如

for (i=0; i<5; i++) { }

表示初始值 i 为 0，当 i 小于 5 时运行循环体中的语句，每循环完一次，i 自加 1，因此这个循环会循环 5 次。

循环控制语句

在循环结构中，都有一个表达式用于判断是否进入循环。通常情况下，当该表达式结果为 false(假)时，会结束循环。有时候，需要提前结束循环，或是已经达到了一定条件，可以跳过本次循环余下的语句，那么可以使用循环控制语句break 和 continue。

break 语句

break 语句只能用于 switch 多分支选择结构和循环结构中，使用它可以终止当前的选择结构或者循环结构，使程序转到后续的语句运行。break 一般会搭配 if 语句使用。一般形式为:

if(表达式)
{
    break;
}

continue 语句

continue 语句用于跳过本次循环中剩下的语句，并判断是否开始下一次循环。同样，continue一般搭配 if 语句使用一般形式为:

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