Arduino 控制语句

程序的执行有三种基本结构:顺序结构、选择结构、循环结构。三种结构可以相互嵌套,实现多种多样的控制流程。

顺序结构是最基本、最简单的程序组织结构。在顺序结构中,程序按语句的先后顺序依次执行。比如 Arduino 的程序框架就是顺序结构,先执行 setup() 函数,再执行 loop() 函数。

控制语句是源代码中控制程序执行流程的元素,是实现业务逻辑和控制功能必不可少的语句。下面我们着重来学习 Arduino 中的选择语句和循环语句。

选择语句

选择结构又称为判断结构或分支结构。在计算机编程中,经常需要根据当前数据做出判断,以决定下一步的操作。

选择结构在程序设计中非常实用。例如,Arduino 通过连接气体传感器,获取可燃气体浓度,并对浓度值做出判断,当可燃气体浓度过高,则向用户发出警报信号。

在 Arduino 编程中,选择语句有以下两种形式。

if… else 语句

if… else 语句是最常用的选择结构实现方式,当给定的表达式为真时,就会运行其后的语句;而当给定的表达式为假时,则运行 else 后面的语句。根据 if 语句的分支情况,又可分为三种结构形式。

  • 简单分支结构
    if (表达式)
    {
      语句;
    }
    
  • 双分支结构
    if (表达式)
    {
      语句1;
    }
    else
    {
      语句2;;
    }
    
  • 多分支结构
    if (表达式)
    {
      语句1;
    }
    else if (表达式2)
    {
      语句2;
    }
    else if (表达式3)
    {
      语句3;
    }
    ...
    else
    {
      语句n;
    }
    

选择结构(if… else 语句)的设计重点在于,它要求开发者指定要由程序评估或测试的一个或多个条件,以及条件为真时要执行的语句(必需的)和条件为假时要执行的语句(可选的)。

switch… case 语句

当处理比较复杂的问题,或者分支特别多的情况时,使用 if 语句会导致许多 else if 块,使程序显得冗长,且可读性差。此时选择 switch… case 语句是一种更好的选择。

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,switch 后的表达式的结果必须是整型或字符型,如果必须使用其他类型,则应当使用 if… else 语句。

选择结构 switch 语句后的表达式会与 case 后的常量表达式进行逐一比较,如果匹配,则运行对应 case 中的语句,遇到 break 后退出 switch 结构。如果都不匹配,则运行 default 中的语句。

循环语句

在 Arduino 编程中,使用关键字 for 和 while 表示循环语句,while 语句根据先判断还是先执行又可分为两种情况。因此,共有三种循环结构形式。

for 循环

for 循环非常灵活,循环次数确定或不确定的情况都适用。其一般形式为:

for (表达式1; 表达式2; 表达式3)
{
    语句;
}

for 语句后可接三个表达式:

  • 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 为每次循环执行后自动执行的语句(通常为增量语句)。

例如:

for (i=0; i<10; i++)
{
    Serial.print(i);
}

for 语句的三个表达式都是可选的,省略所有表达式条件,则表示死循环(无限循环)。

for (;;)
{
    语句;
}

while 循环

while 语句是一种“当”型循环。即当满足 while 后的表达式条件时,才会执行循环体中的语句。其一般形式如下:

while (表达式)
{
    语句;
}

有时候,我们需要将程序放在死循环中,就可以利用 while 语句来实现。例如:

while (1)
{
    语句;
}

或者

while (true)
{
    语句;
}

do… while 循环

do… while 语句是一种“直到”型循环。即它会一直循环执行,直到 while 给定的表达式条件不成立为止。

do
{
    语句;
}
while (表达式);

也就是说,无论如何都会先执行一次 do 语句中的循环体,再判断是否进入下一次循环。

循环控制语句

虽然可以在 for 语句和 while 语句的表达式中判断是否进入下一次循环,但有时候却需要提前结束循环,或者跳过本次循环。这时候就需要使用关键字 break 和 continue 来改变程序执行流程。

break

break 语句可用于 switch 选择结构和所有循环结构,使用 break 可以终止(跳出)当前的控制块,继续执行该控制块后续的代码。在循环结构中,通常会搭配 if 语句判断,是否达到退出条件。例如:

while (1)
{
    语句;

    if (表达式) 
        break;
}

continue

continue 语句只能用于循环结构中,与 break 不同,continue 只是跳过本次循环中剩余的语句,并且判断是否开始下一次循环。例如:

while (1)
{
    语句1;

    if (表达式)
        continue;

    语句2;
}

当触发 continue 条件时,会跳过语句2,跳回到 while 处决定是否进入下一次循环。

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