第三章 C/C++语言基础
C/C++语言是国际上广泛流行的计算机高级语言。在进行绝大多数的硬件开发时，均使用C/C++语言，Arduino也不例外。使用Arduino时需要有一定的C/C++基础，由于篇幅有限，在此仅对C/C++语言基础进行简单介绍。
本章将分为如下9个小节：
3.1 数据类型
3.2 运算符
3.3 表达式
3.4 数组
3.5 字符串
3.6 注释
3.7 顺序结构
3.8 选择结构
3.9 循环结构
3.1 数据类型
在C/C++语言程序中，对所有数据都必须指定其数据类型。数据有常亮和变量之分。需要注意的是，Arduino中的部分数据类型与计算机中的有所不同。
1. 常量
在程序运行过程中，其值不能改变的量称为变量。常量可以是字符，也可以是数字，通常使用以下语句定义常量。
#define 常量名 常量值
如在Arduino核心库中已经定义的常量PI，即是使用以下语句定义的。
#define PI 3.1415926535897932384626433832795
2. 变量
程序中可变的值称为变量。其定义方法是：
类型 变量名;
例如，定义一个整形变量i的语句是：
int i;
可以在定义变量的同时为其赋值，也可以在定义之后，再对其赋值，例如：
int i = 88;
和以下的两条语句是一样的效果，这两者是等效的。
int i; i = 95;
(1) 整型
整型即整数类型。Arduino可使用的数据类型及其取值范围如表3.1.1所示。
表3.1.1 数据类型表
(2) 浮点型
浮点数其实就是平常所说的实数。在Arduino中有float和double两种浮点类型，在ESP32作为主控芯片的Arduino开发板上，float类型占用4字节内存空间，double类型占用8字节内存空间。但在某些Arduino开发板中，这两种类型占用内存空间可能存在差异。
浮点型数据的运算较慢且有一定误差，因此，通常会把浮点型转换为整型来处理相关运算。比如，9.8cm，通常会换算成98mm来计算。
(3) 字符型
字符型，即为char类型，其占用1字节的内存空间，主要用于存储字符变量。在存储字符时，字符需要用单引号引用，如下所示：
char g_char = ’A’;
字符都是以数字形式存储在char类型变量中的，数字与字符的对应关系即平常说的 ASCII码表，如下图所示。
(4) 布尔型
布尔型变量即boolean类型。它的值只有两个：false(假)和true(真)。Boolean类型会占用1字节的内存空间。
3.2 运算符
C/C++语言中有多种类型的运算符，常见运算符如表3.2.1所示：
表3.2.1 运算符表
3.3 表达式
通过运算符将运算对象连接起来的式子称为表达式，如1 + 2、a – b、3 < 4等。
3.4 数组
数组是由一组具有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。
定义方式如下：
数据类型 数组名称[数组元素个数];
例如，定义一个有5个int型元素数组的语句为：
int a[5];
如果要访问一个数组中的某个元素，则需要使用以下语句。
数组名称[下标]
需要注意的是，数组下标是从0开始编号的。例如，将数组a中的第一个元素赋值为1的语句为：
a[0] = 1;
除了使用以上方法对数组赋值外，也可以在数组定义时对数组进行复制，如下语句：
int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
或者使用以下语句实现，是同等效果。
int a[5]; a[0] = 1; a[1] = 2; a[2] = 3; a[3] = 4; a[4] = 5;
3.5 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。
以字符型数组方式定义的语句为：
char 字符串名称[字符个数];
使用字符型数组方式定义的字符串，其使用方法跟数组的使用方式一致，有多少个字符便占用多少字节的存储空间。
而在Arduino中，大多数情况下是使用String类型来定义字符串，该类型提供了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。定义语句是：
String 字符串名称;
具体使用，如下语句
String abc; abc = ”Arduino”;
或者使用如下语句，实现同样的效果。
String abc = ”Arduino”;
相较于数组形式的定义方式，使用String类型定义字符串会占用更多的存储空间。
3.6 注释
“/*”与“*/”之间的内容以及“//”之后的内容均为程序注释，使用他们可以更好地管理代码。注释不会被编译到程序中，因此不影响程序的运行。
为程序添加注释的方式有两种。
① 单行注释，语句为
// 注释内容
② 多行注释，语句为
/* 注释内容1 注释内容2 …… */
3.7 顺序结构
顺序结构是三种基本结构之一，也是最简单的一种流程结构，它采用自上而下的方式逐条执行各语句。简易顺序结构如下图所示：
图3.7.1 顺序结构图
框中的步骤1、步骤2和步骤3都是按顺序执行的，先执行步骤1，然后再执行步骤2，最后执行步骤3。
3.8 选择结构
选择结构，又称分支结构，可以控制程序的部分流程是否被执行，或者是从多条执行路径种选择一条来执行。在C语言中有两种选择语句：① if语句，用来实现两个分支的选择结构 ② switch语句，用来实现多分支的选择结构。
选择结构if，具体用法如下表所示：
表3.7.1 选择结构if用法
选择结构switch，具体使用格式如下：
switch (整型表达式)
{
case 整型常量表达式1：
[语句1; break;]
case 整型常量表达式2：
[语句2; break;]
case 整型常量表达式3：
[语句3; break;]
…
[default:
语句n; break;]
}
在程序运行时，首先会计算整型表达式的值，然后用该值与后面的所有case标签进行一一匹配（即查看该值是否与case标签的表达式的值相同）。如果有匹配的case标签，则从该case标签起，执行后续的语句，直至遇到break语句为止。如果没有匹配到case标签，则从default标签起，执行后续的语句，直到遇到break为止。
这里特别需要注意：① case后带的表达式一定要是常数，并且是整型。②在语句后面通常是有break关键字。③ 最后一般有default，即前面case没有一个符合的情况，就会调到default里执行。虽然说语法上可以允许没有default，但是为了完整，建议是需要的。
那么if和switch这两种选择结构有啥区别呢？
if 语句比较适用在对比条件比较复杂的且分支比较少的情况下使用；switch语句则是适用在对比条件比较简单且分支比较多的情况下使用；正常情况下，先考虑能不能用switch语句，假如不满足使用需求，则使用if语句。当然，不管黑猫白猫捉到老鼠的就是好猫，能实现效果即可。
3.9 循环结构
循环结构就是重复执行一个语句块，直到不满足某个条件为止。在C语言中有三种循环语句：① while语句 ② do while语句 ③ for语句
while语句也称while循环，具体使用格式如下：
while (表达式) 语句
while语句根据小括号内表达式的值来决定是否执行语句，当表达式的值为假时，循环结束，语句不会被执行；假如表达式的值为真，语句被执行，然后会再次判断表达式的值，如此反复，直至表达式的值为假。
do while语句也称do while循环，具体使用格式如下：
do 语句 while (表达式)
从结构上，由“do”关键字开头，紧接着是语句也就是循环体了，最后是while关键字和表达式。do while语句是先执行循环体，然后再检查条件是否成立，若成立，再执行循环体，这就是跟while语句不同。
for语句，相对前面两个循环语句复杂一点，具体使用格式如下：
for (表达式1; 表达式2; 表达式3) 语句
相比前面的while和do while语句，for语句的表达式有三个，表达式之间用‘;’隔开，这三个表达式的作用和执行时期是不一样的，具体情况如下表：
表3.9.1 for语句表达式情况
具体执行流程：在for语句被执行前，首先会执行表达式1，然后再检查表达式2的值：假如为假，不执行循环体，结束for语句；假如为真，则执行循环体语句。执行完循环语句后，再去执行表达式3，并再次去检查表达式2的值，如此反复，直到表达式2的值为假，结束for语句。
这三个循环语句，哪种情况用哪个好呢？
如果程序中固定了循环的次数，那么就可以采用for语句。如果程序中必须执行一次程序，那么就可以使用do while语句。除了以上两种情况，就可以使用while语句。