Использование оператора for в ардуино. Циклы FOR и WHILE в Arduino

03.09.2023

Подробный справочник языка Ардуино

Язык можно разделить на четыре раздела: операторы, данные, функции и библиотеки.

Язык Arduino	Пример	Описание
Операторы
setup()	void setup () { pinMode (3, INPUT ); }	Функция используется для инициализации переменных, определения режимов работы выводов на плате и т.д. Функция запускается только один раз, после каждой подачи питания на микроконтроллер.
loop()	void loop () { digitalWrite (3, HIGH ); delay(1000); digitalWrite (3, LOW ); delay(1000); }	Функция loop крутится в цикле, позволяя программе совершать вычисления и реагировать на них. Функции setup() и loop() должны присутствовать в каждом скетче, даже если эти операторы в программе не используются.
Управляющие операторы
if	… if (x > if (x < 100) digitalWrite (3, LOW ); …	Оператор if используется в сочетании с операторами сравнения (==, !=, <, >) и проверяет, достигнута ли истинность условия. Например, если значение переменной x больше 100, то включается светодиод на выходе 13, если меньше — светодиодвыключается.
if..else	… if (x > 100) digitalWrite (3, HIGH ); else digitalWrite (3, LOW ); …	Оператор else позволяет cделать проверку отличную от указанной в if, чтобы осуществлять несколько взаимо исключающих проверок. Если ни одна из проверок не получила результат ИСТИНА, то выполняется блок операторов в else.
switch…case	… switch (x) { case 3: break ; } …	Подобно if, оператор switch управляет программой, позволяя задавать действия, которые будут выполняться при разных условиях. Break является командой выхода из оператора, default выполняется, если не выбрана ни одна альтернатива.
for	void setup () { pinMode (3, OUTPUT ); } void loop () { for (int i=0; i <= 255; i++){ analogWrite (3, i); delay(10); } }	Конструкция for используется для повторения операторов, заключенных в фигурные скобки. Например, плавное затемнение светодиода. Заголовок цикла for состоит из трех частей: for (initialization; condition; increment) — initialization выполняется один раз, далее проверяется условие condition, если условие верно, то выполняется приращение increment. Цикл повторяется пока не станет ложным условие condition.
while	void loop () { while (x < 10) { x = x + 1; Serial.println (x); delay (200); } }	Оператор while используется, как цикл, который будет выполняться, пока условие в круглых скобках является истиной. В примере оператор цикла while будет повторять код в скобках бесконечно до тех пор, пока x будет меньше 10.
do…while	void loop () { do { x = x + 1; delay (100); Serial.println (x); } while (x < 10); delay (900); }	Оператор цикла do…while работает так же, как и цикл while. Однако, при истинности выражения в круглых скобках происходит продолжение работы цикла, а не выход из цикла. В приведенном примере, при x больше 10 операция сложения будет продолжаться, но с паузой 1000 мс.
break continue	switch (x) { case 1: digitalWrite (3, HIGH ); case 2: digitalWrite (3, LOW ); case 3: break ; case 4: continue ; default : digitalWrite (4, HIGH ); }	Break используется для принудительного выхода из циклов switch, do, for и while, не дожидаясь завершения цикла. Оператор continue пропускает оставшиеся операторы в текущем шаге цикла.
Синтаксис
; (точка с запятой)	… digitalWrite (3, HIGH ); …	Точка с запятой используется для обозначения конца оператора. Забытая в конце строки точка с запятой приводит к ошибке при компиляции.
{} (фигурные скобки)	void setup () { pinMode (3, INPUT ); }	Открывающая скобка “{” должна сопровождаться закрывающей скобкой “}”. Непарные скобки могут приводить к скрытым и непонятным ошибкам при компиляции скетча.
// (комментарий)	x = 5; // комментарий

Каждый язык программирования имеет набор команд управления, обеспечивающих многократное выполнение одного и того же кода (цикл), выбор подходящего фрагмента кода (условия) и инструкции для выхода из текущего фрагмента кода.

Arduino IDE позаимствовал с C/C++ большинство необходимых элементов управления. Их синтаксис идентичен с C. Ниже мы в двух словах опишем их синтаксис.

Оператор if

Оператор if позволяет выполнить определенный фрагмент программы в зависимости от результата проверки определенного условия. Если условие выполняется, то код программы будет выполнен, если же условие не выполняется, то код программы будет пропущен. Синтаксис команды if выглядит следующим образом:

If(условие) { инструкция1; инструкция2; }

Условием может быть любое сравнение переменной или значения, возвращаемое функцией. Основным критерием условия if является то, что ответ всегда должен быть или истина (true) или ложь (false). Примеры условий для оператора if:

If(a!=2) { } if(x<10) { } if(znak==’B’) { }

Внутри скобок, которые прописаны внутри условия, можно выполнить код.

Люди, которые приступают к изучению программирования, часто делают ошибку, приравнивая значение указанной переменной с помощью одного знака «=». Такая запись однозначно указывает на присвоение значения переменно, и, следовательно, условие всегда будет «true», то есть выполняться. Проверка того, что переменная равна определенному значению, всегда обозначается двойным знаком равно (==).

В качестве условия можно использовать состояние функции, например:

If(init()) { Serial.print(«ок»); }

Приведенный выше пример будет выполнен следующим образом: на первом этапе вызывается функция init(). Эта функция возвращает значение, которое будет интерпретировано как «true» или «false». В зависимости от результата сравнения будет отправлен текст «ок» или ничего не будет отправлено.

Оператор if…else

Расширенным оператором if является оператор if….else. Он обеспечивает выполнение одного фрагмента кода, когда условие выполняется (true), и выполнение второй фрагмент кода, если условие не выполняется (false). Синтаксис операторf if….else выглядит следующим образом:

If (условие) { // команда A } else { // команда B }

Команды «A» будут выполняться только в том случае, если условие выполнено, команда «B» будет выполняться, когда условие не выполнено. Одновременное выполнение команды «A» и «B» невозможно. Следующий пример показывает, как использовать синтаксис if…else:

If (init()) { Serial.print(«ок»); } else { Serial.print(«ошибка»); }

Подобным образом можно проверить правильность выполнения функции и информировать об этом пользователя.

Обычной практикой является отрицание условия. Это связано с тем, что функция, которая выполнена правильно возвращает значение 0, а функция, которая отработала неверно по какой-то причине, возвращает ненулевое значение.

Объяснение такого «усложнения жизни» — просто. Если функция выполнена правильно, то это единственная информация, которая нам нужна. В случае же ошибки, стоит иногда понять, что пошло не так, почему функция не выполнена правильно. И здесь на помощь приходят числа, отличающиеся от нуля, т. е. с помощью цифровых кодов мы можем определить тип ошибки. Например, 1 — проблема с чтением какого-то значения, 2 — нет места в памяти или на диске и т. д.

В последнем измененном примере показано, как вызвать функцию, которая возвращает ноль при правильном выполнении:

If (!init()) { Serial.print(«ок»); } else { Serial.print(«ошибка»); }

Оператор switch case

Оператор if позволяет проверить только одно условие. Иногда необходимо выполнить одно из действий в зависимости от возвращаемого или прочитанного значения. Для этого идеально подходит оператор множественного выбора switch. Ниже показан синтаксис команды switch:

Switch (var) { case 1: //инструкция для var=1 break; case 2: // инструкция для var=2 break; default: // инструкция по умолчанию (если var отличается от 1 и 2) }

В зависимости от значения переменной var выполняются инструкции в определенных блоках. Метка case означает начало блока для указанного значения. Например, case 1: означает, что данный блок будет выполнен для значения переменной var, равной один.

Каждый блок должен быть завершен с помощью команды break. Он прерывает дальнейшее выполнение оператора switch. Если команду break пропустить, то инструкции будут выполняться и в последующих блоках до команды break. Метка default не является обязательной, как и else в команде if. Инструкции, расположенные в блоке default выполняются только тогда, когда значение переменной var не подходит ни к одному шаблону.

Часто бывает так, что одни и те же инструкции должны быть выполнены для одного из нескольких значений. Это можно достичь следующим образом:

Switch (x) { case 1: //инструкция для x=1 break; case 2: case 3: case 5: // инструкция для x=2 или 3 или 4 break; case 4: // инструкция для x=4 break; case 6: // инструкция для x=6 break; default: // инструкция по умолчанию (если х отличается от 1,2,3,4,5,6) }

В зависимости от значения переменной x будет выполнен соответствующий блок инструкций. Повторение case 2: case 3: case 5: информирует компилятор о том, что если переменная x имеет значение 2 или 3 или 5, то будет выполнен один и тот же фрагмент кода.

Оператор for

Оператор for используется для многократного выполнения одного и того же кода. Часто необходимо выполнить одни и те же инструкции, изменив только значение какой-то переменной. Для этого идеально подходит цикл for. Синтаксис команды выглядит следующим образом:

Int i; for(i=0;i<10;i++) { // инструкции для выполнения в цикле }

Первый параметр, приводимый в инструкции for — начальное значение переменной. Еще один элемент — это проверка условия о продолжении выполнения цикла. Цикл выполняется до тех пор, пока выполняется условие. Последний элемент — это изменение значения переменной. Чаще всего мы увеличиваем или уменьшаем ее значение (по необходимости). В этом примере, инструкции, содержащиеся в цикле будут выполняться при i=0…9.

Часто переменная, используемая в цикле объявляется там же:

For(int i=0;i<10;i++) { // инструкции для выполнения в цикле }

Переменная, которая используется для подсчета последующих шагов цикла, может использоваться внутри нее для вызова функции с соответствующими параметрами.

For(int i=10;i>0;i—) { Serial.print(i); // отправятся номера 10,9,8,7,6,5,4,3,2,1 }

Оператор while

Цикл for идеально подходит там, где мы хотим выполнить подсчет. В ситуации, когда необходимо выполнить определенные действия в результате какого-то события, которое не обязательно является предсказуемым (например, мы ждем нажатия кнопки), то мы можем использовать оператор while, который выполняет блок оператора до тех пор, пока выполняется условие. Синтаксис оператора while выглядит следующим образом:

While(условие) { // блок инструкций для выполнения }

Важно, чтобы проверка состояния происходила в начале цикла. Может случиться так, что инструкции внутри цикла while не исполняться никогда. Кроме того, возможно создание бесконечного цикла. Давайте посмотрим два примера:

Int x=2; while(x>5) { Serial.print(x); } —————————————- int y=5; while(y>0) { Serial.print(y); }

Первый блок операторов, расположенный внутри while не выполнится никогда. Переменная x имеет значение два и она не станет больше 5. Во втором примере мы имеем дело с бесконечным циклом. Переменная «y» имеет занчение 5, т. е. больше нуля. Внутри цикла не происходит никакого изменения переменной «y», поэтому цикл никогда не будет завершен.

Это распространенная ошибка, когда мы забываем об изменении параметра, вызывающего прекращение цикла. Ниже приведено два правильных примера применения цикла while:

Int x=0; while(x<10) { //блок инструкций x++; } —————————————- while(true) { if(условие) break; // блок инструкций }

В первом примере мы позаботились об изменении значения переменной, которая проверяется в условии. В результате цикл когда-нибудь завершится. Во втором примере был преднамеренно создан бесконечный цикл. Этот цикл эквивалентен функции loop () в Arduino IDE. Кроме того, внутри цикла введена проверка условия, после выполнения которого цикл завершается командой break.

Оператор do…while

Разновидностью цикла while является цикл do…while. Кроме синтаксиса он отличается местом проверки условия. В случае do…while проверка условия производится после выполнения блока инструкций. Это означает, что блок инструкций в теле цикла выполнится хотя бы один раз. Ниже приведен синтаксис команды do…while:

Do { // блок инструкций } while(условие)

Все, что написано об операторе while относится также и к do…while. Ниже приведен пример использования цикла do…while:

Int x=10; do { // блок инструкций x—; } while(x>0); —————————————- do { // блок инструкций if(условие) break; } while(true);

Оператор break

Оператор break позволяет выйти из цикла (do…while, for, while) и выйти из опции switch. В следующем примере рассмотрим выполнение команды break:

For(i=0;i<10;i++) { if(i==5) break; Serial.print(i); }

Цикл должен быть исполнен для чисел от 0 до 9, но для числа 5 выполняется условие, которое запускает оператор break. Это приведет к выходу из цикла. В результате в последовательный порт (Serial.print) будет отправлены только числа 0,1,2,3,4.

Оператор continue

Оператор continue вызывает прекращение выполнения инструкций цикла (do…while, for, while) для текущего значения и переход к выполнению следующего шага цикла. В следующем примере показано, как работает оператор continue:

For(i=0;i<10;i++) { if(i==5) continue; Serial.print(i); }

Как не трудно заметить, цикл будет выполнен для значения от 0 до 9. Для значения 5 исполнится команда continue, в результате чего инструкции, находящиеся после этой команды выполнены не будут. В результате в последовательный порт (Serial.print) будут отправлены числа 0,1,2,3,4,6,7,8,9.

Оператор return

Оператор return завершает выполнение вызываемой функции и возвращает значение определенного типа. В качестве параметра команды можно указать число, символ или переменную определенного типа. Важно, чтобы возвращаемое значение соответствует типу заявленной функции. В следующем примере показано, как использовать оператор return:

Int checkSensor(){ if (analogRead(0) > 400) { // чтение аналогового входа return 1; // Для значений больше 400 возвращается 1 else{ return 0; // для других возвращается 0 } }

Как вы можете видеть, в одной функции можно использовать несколько операторов return, но сработает всегда только один из них. Допустимо использование оператора return без параметров. Это позволяет досрочно прекратить работу функции, которая не возвращает никакого значения.

Void имя_функции() { инструкция1; if(x==0) return; инструкция2; инструкция3; }

В приведенном выше примере инструкция1 будет выполнять всегда, когда вызывается функция. Выполнение же инструкция2 и инструкция3 зависит от результата команды if. Если условие будет выполнено (true), то будет выполнена команда return и функция завершит работу.

В случае, когда условие не выполнено команда return так же не выполняется, а выполняются инструкции инструкция2 и инструкция3, и после этого функция завершает свою работу.

Оператор goto

Из идеологических соображений необходимо пропустить это описание… Оператор goto является командой, которую не следует использовать в обычном программировании. Он вызывает усложнения кода и является плохой привычкой в программировании. Настоятельно рекомендуем не использовать эту команду в своих программах. Из-за того, что goto есть в официальной документации на сайте arduino.cc приведем его краткое описание. Синтаксис команды goto:

…. goto metka; // перейдите на строку с надписью ‘metka’ ….. …. …. metka: // метка, с которой программа продолжит работу …

Команда позволяет переход к обозначенной метке, т. е. к месту в программе.

Конструкция for используется для повторения блока операторов, заключенных в фигурные скобки. Счетчик приращений обычно используется для приращения и завершения цикла. Оператор for подходит для любых повторяющихся действий и часто используется в сочетании с массивами коллекций данных/выводов.

Заголовок цикла for состоит из трех частей:

for (initialization ; condition ; increment ) {операторы выполняющиеся в цикле}

Инициализация (Initialization) выполняется самой первой и один раз. Каждый раз в цикле проверяется условие (condition), если оно верно, выполняется блок операторов и приращение (increment), затем условие проверяется вновь. Когда логическое значение условия становится ложным, цикл завершается.

Пример

// Затемнение светодиода с использованием ШИМ-вывода int PWMpin = 10; // Светодиод последовательно с резистором 470 ом на 10 выводов void setup() { // настройка не нужна } void loop() { for (int i=0; i <= 255; i++){ analogWrite(PWMpin, i); delay(10); } }

Цикл for в Си гораздо более гибкий, чем циклы for в других языках программирования, например, в Бейсике. Любой из трех или все три элемента заголовка могут быть опущены, хотя точки с запятой обязательны. Также операторы для инициализации, условия и приращения цикла могут быть любым допустимым в Си операторами с независимыми переменными, и использовать любой тип данных Си, включая данные с плавающей точкой (floats). Эти необычные для цикла for типы операторов позволяют обеспечить программное решение некоторых нестандартных проблем.

Например, использование умножения в операторе счетчика цикла позволяет создавать логарифмическую прогрессию:

For(int x = 2; x < 100; x = x * 1.5){ println(x); }

Генерируется: 2,3,4,6,9,13,19,28,42,63,94

Другой пример, плавное уменьшение или увеличение уровня сигнала на светодиод с помощью одного цикла for :

Void loop() { int x = 1; for (int i = 0; i > -1; i = i + x){ analogWrite(PWMpin, i); if (i == 255) x = -1; // переключение управления на максимуме delay(10); } }

Description

The for statement is used to repeat a block of statements enclosed in curly braces. An increment counter is usually used to increment and terminate the loop. The for statement is useful for any repetitive operation, and is often used in combination with arrays to operate on collections of data/pins.

Syntax

For (initialization; condition; increment) { // statement(s); }

Parameters

initialization: happens first and exactly once.
condition: each time through the loop, condition is tested; if it’s true , the statement block, and the increment is executed, then the condition is tested again. When the condition becomes false , the loop ends.
increment: executed each time through the loop when contition is true.

Example Code

// Dim an LED using a PWM pin int PWMpin = 10; // LED in series with 470 ohm resistor on pin 10 void setup() { // no setup needed } void loop() { for (int i = 0; i <= 255; i++) { analogWrite(PWMpin, i); delay(10); } }

Notes and Warnings

The C `for` loop is much more flexible than `for` loops found in some other computer languages, including BASIC. Any or all of the three header elements may be omitted, although the semicolons are required. Also the statements for initialization, condition, and increment can be any valid C statements with unrelated variables, and use any C++ datatypes including floats. These types of unusual for statements may provide solutions to some rare programming problems.