Arduino - 循环

Arduino - 控制结构：循环

在编程中，循环是一种控制结构，允许你重复执行一段代码块。这对于多次读取传感器、闪烁 LED 或处理列表中的项等任务至关重要。Arduino 使用 C++，提供了几种强大的循环类型。

for 循环

当你知道要执行代码块的次数时，使用 for 循环。它将初始化、条件检查和增量/减量表达式结合到一行紧凑的代码中。

语法：

for (initialization; condition; increment) {
  // 要执行的代码
}

示例： 让一个 LED 闪烁 5 次。

const int ledPin = 13; // 对于现代开发板，可以使用 LED_BUILTIN

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);

  // 循环 5 次。'i' 从 0 到 4。
  for (int i = 0; i < 5; i++) {
    digitalWrite(ledPin, HIGH); // 打开 LED
    delay(200);
    digitalWrite(ledPin, LOW);  // 关闭 LED
    delay(200);
  }
}

void loop() {
  // 主循环是空的，因为所有操作都在 setup() 中完成
}

while 循环

一个 while 循环只要指定条件为 true，就执行一段代码块。条件在循环体执行之前被检查。如果条件最初就为 false，则循环将永不运行。

语法：

while (condition) {
  // 要执行的代码
}

示例： 等待直到 A0 引脚上的模拟传感器读数超过 500。

const int sensorPin = A0;
const int ledPin = 13;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(ledPin, OUTPUT);

  Serial.println("Waiting for sensor value to exceed 500...");

  // 当传感器读数低于阈值时，持续循环
  while (analogRead(sensorPin) <= 500) {
    // 这里是添加一个短延迟的好地方，以防止串口监视器被刷屏
    // 或者在更复杂的代码中允许处理器处理其他任务。
    delay(50);
  }

  Serial.println("Threshold reached! Lighting up the LED.");
  digitalWrite(ledPin, HIGH); // 一旦条件满足，就点亮 LED
}

void loop() {
}

do-while 循环

一个 do-while 循环与 while 循环类似，但条件在循环体执行之后被检查。这保证了代码块至少会运行一次。

语法：

do {
  // 要执行的代码
} while (condition);

示例： 从串口读取一个字符并回显，直到接收到字符 ‘q’。

char receivedChar;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Enter characters. Type 'q' to quit.");
}

void loop() {
  do {
    // 等待数据可用
    while (Serial.available() == 0) {
      // 什么也不做，只是等待
    }
    // 读取字符并打印它
    receivedChar = Serial.read();
    Serial.print("You typed: ");
    Serial.println(receivedChar);
  } while (receivedChar != 'q');

  Serial.println("--- Program Halted ---");
  while(true) {
    // 无限循环以阻止进一步执行
  }
}

现代 C++：基于范围的 for 循环

现代 C++（由 Arduino 工具链支持）引入了一种更简单的 for 循环，用于迭代数组或其他集合的所有元素。它更不容易出错且更易读。

示例： 按顺序点亮一系列 LED。

// 一个 LED 引脚号数组
const int ledPins[] = {2, 3, 4, 5};

void setup() {
  // 使用基于范围的 for 循环将每个引脚设置为 OUTPUT
  // 'int pin' 声明一个临时变量来保存每个元素
  for (int pin : ledPins) {
    pinMode(pin, OUTPUT);
  }
}

void loop() {
  // 依次点亮每个 LED
  for (int pin : ledPins) {
    digitalWrite(pin, HIGH);
    delay(250);
    digitalWrite(pin, LOW);
  }
}

循环控制：‘break’ 和 ‘continue’

• break：立即退出当前循环（for、while、do-while），并在循环后的语句处继续执行。
• continue：跳过当前循环迭代的其余部分，并进入下一次迭代。

示例： 计算 1 到 20 之间数字的和，但跳过数字 13，如果和超过 100 则停止。

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  int sum = 0;

  for (int i = 1; i <= 20; i++) {
    if (i == 13) {
      Serial.println("Skipping unlucky 13!");
      continue; // 跳到下一次迭代
    }

    sum += i;
    Serial.print("Current number: ");
    Serial.print(i);
    Serial.print(", Current sum: ");
    Serial.println(sum);

    if (sum > 100) {
      Serial.println("Sum exceeded 100. Breaking loop.");
      break; // 完全退出 for 循环
    }
  }

  Serial.print("Final Sum: ");
  Serial.println(sum);
}

void loop() {}

常见陷阱

• 无限循环：忘记更新 while 循环条件中的变量将导致你的程序永远停滞。
• 差一错误：在 for 循环中，使用 < 与 <= 可能会导致循环多运行或少运行一次。对于大小为 N 的数组，有效索引是 0 到 N-1，因此条件通常是 i < N。
• 使用 delay() 造成的阻塞：虽然在这些简单示例中使用，但在循环中大量使用 delay() 会阻止你的 Arduino 执行其他任何操作。对于需要响应性的项目，请学习使用 millis() 函数以非阻塞方式管理时间。（更多内容请参阅“时间”章节）。