Arduino - 变量与常量

Arduino - 变量与常量

变量是程序可以操作的命名存储位置。在Arduino（和C++）中，每个变量都有一个特定的类型，它决定了变量内存的大小和布局、可以存储的值的范围以及可以对其应用的操作集。

常见Arduino数据类型

选择正确的数据类型对于编写高效无误的代码至关重要。使用过小的数据类型会导致错误，而使用过大的则会浪费宝贵的内存。

类型	大小 (在Uno/AVR上)	范围	典型用途
bool	1 byte	true or false	存储状态（例如，按钮是否按下，LED是否亮起）
byte	1 byte	0 to 255	处理原始字节数据，PWM值
int	2 bytes	-32,768 to 32,767	通用整数运算，循环计数器
unsigned int	2 bytes	0 to 65,535	不需要负数时使用
long	4 bytes	-2,147,483,648 to 2,147,483,647	大整数值
unsigned long	4 bytes	0 to 4,294,967,295	存储millis()的返回值
float	4 bytes	-3.4028235E+38 to 3.4028235E+38	带小数点的数字（6-7位精度）
char	1 byte	-128 to 127	存储单个字符（例如，‘A’）

注意： int和long的大小在不同的Arduino开发板上可能有所不同。在ESP32或Arduino Due等32位开发板上，int通常是4字节。请务必查阅您特定开发板的文档。

变量作用域

变量的作用域定义了它在程序中可以被访问的范围。理解作用域是组织代码和避免bug的关键。

局部变量

局部变量在函数（如setup()或loop()）或代码块（如for循环）内部声明。它们只能在该函数或代码块内访问。当函数被调用时它们被创建，当函数退出时它们被销毁。这是大多数变量的首选作用域。

全局变量

全局变量在任何函数外部声明，通常位于草图（sketch）的顶部。它们可以在程序的任何函数中被访问和修改。尽管有用，但应谨慎使用，因为它们会使代码更难调试（一个函数中的bug可能会意外地改变另一个函数使用的全局变量）。

静态变量

static变量是一种特殊的局部变量。它只在其函数内部可访问，但其值在函数调用之间是保留的。这是在不使用全局变量的情况下在函数内部维护状态的好方法。

作用域示例草图

// --- 全局变量 ---
// 在此文件的任何地方都可访问。
int globalCounter = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  // --- 局部变量 ---
  // 'loopMessage' 在每次运行 loop() 时被创建和销毁。
  String loopMessage = "Inside loop().";
  Serial.println(loopMessage);

  // 我们可以在这里访问和修改全局变量。
  globalCounter++;
  Serial.print("Global counter is now: ");
  Serial.println(globalCounter);

  // 调用我们的自定义函数
  myFunction();

  delay(1000);
  Serial.println("----------");
}

void myFunction() {
  // 此函数无法访问 loop() 中的 'loopMessage'。
  // 尝试这样做会导致编译错误。
  // Serial.println(loopMessage); // <-- 这将无法编译

  // --- 静态局部变量 ---
  // 'staticCounter' 只在第一次运行此函数时初始化一次。
  // 它的值在对 myFunction() 的多次调用之间被记住。
  static int staticCounter = 0;
  staticCounter++;

  Serial.print("myFunction() has been called ");
  Serial.print(staticCounter);
  Serial.println(" times.");
}

定义常量

常量是定义后其值不能更改的变量。将常量用于引脚编号、传感器阈值或配置设置会使您的代码更具可读性且更易于维护。

使用 ‘const’ 关键字（最佳实践）

创建常量的现代首选方式是使用const关键字。它告诉编译器该变量是只读的，并允许编译器执行优化。

const int ledPin = 13;
const float pi = 3.14159;
const long baudRate = 9600;

void setup() {
  // 现在使用常量而不是“魔术数字”
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  Serial.begin(baudRate);
}

void loop() {
  // ledPin = 12; // 这将导致编译错误，这是件好事！
}

使用 ‘#define’ 预处理指令（传统方式）

您可能会看到一些旧代码使用#define来创建常量。这是一个预处理指令，在代码编译之前执行简单的文本替换。虽然它有效，但const通常更安全，因为它具有类型感知能力并遵守作用域规则。

// 传统方法
#define LED_PIN 13