Arduinoマクロ：例を使ってマクロをマスターするための完全ガイド

  • Arduino のマクロを使用すると、コンパイル前にコードとメモリを最適化できます。
  • #define を使用すると、適応型関数、定数、構造体を作成できます。
  • 高度なマクロを使用すると、識別子を連結して PROGMEM にアクセスできます。
  • マクロを適切に使用すると、読みやすさを犠牲にすることなく効率が向上します。
Isaac

5分

Arduino コア Zephyr OS ベータ-1

Arduinoの 機能的なプロトタイプやプロジェクトを簡単に作成できるため、エレクトロニクスの世界に革命をもたらしました。しかし、プログラミングをさらに進めてリソースを最適化し、コードをクリーンに保ち、効率を上げたい人にとっては、 マクロ 重要なツールになります。

この記事では、 Arduinoのマクロ: それが何であるか、どのように使用されるか、その利点と制限。私たちは、オンラインで入手可能な最高のリソースから最も包括的かつ有用な情報を収集し、明確かつ現代的な方法で書き直して、真に実用的なものにすることでこれを実現します。

Arduino のマクロとは何ですか?

マクロはプリプロセッサディレクティブである C/C++ では、コードをコンパイルする前にテキストを置き換えることができます。マクロは、従来の関数のように命令を実行するのではなく、ソーステキストの一部を置き換えることで機能します。 最終的なバイナリコードの生成方法に直接影響する.

プリプロセッサ これは実際のコンパイルの前に実行され、これらの置換を適用する役割を担います。 Arduinoでは、これにより 定数を定義する条件付きでファイルを含めたり、小さな オンライン機能 時間とメモリを節約します。

基本的な例: 次のような定義 #define LED_PIN 13 すべてのコードが自動的に置き換えられます LED_PIN によって 13 コンパイルする前に。

これは些細なことのように思えるかもしれないが、 より柔軟で保守性の高いコードを書くための強力な方法.

マクロを使用する利点

Arduino プロジェクトにマクロを実装すると、次のような具体的な利点が数多く得られます。

  • コードの読みやすさを向上: シンボリック名を再利用すると、各要素の目的を理解しやすくなります。
  • パフォーマンスを最適化します: 関数呼び出しを生成しないことで、マクロは操作をより速く実行できます。
  • RAM使用量を削減する: 特にリソースが限られたボード、例えば Arduino UNO.
  • 条件付き適応を許可します: 使用する Arduino ボードの種類に応じて、異なるコード フラグメントをコンパイルできます。

基本的なマクロ: #define の使用

指令 #定義する 最も多く使われています。これは、 定数値を定義する も 挿入された自動関数を作成する プリコンパイル時に。

例1: ピンを定義する

#define PINLED 13

void setup() {
  pinMode(PINLED, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(PINLED, HIGH);
  delay(500);
  digitalWrite(PINLED, LOW);
  delay(500);
}

例2: インライン関数としてのマクロ

int itemCounter = 0;
#define COUNT_ITEM() do { itemCounter++; } while(0)

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

void loop() {
  Serial.println(itemCounter);
}

ご覧の通り、パターンの使用は do { … } while(0) 条件構造内で使用された場合でもマクロが安全に動作することを保証します。

## 演算子とマクロの連結

## 演算子は強力なプリプロセッサ ツールです。 これにより、識別子の連結が可能になります。これは、変数名を動的に生成したい場合に非常に便利です。

実際の例：

#define GENERAR_VARIABLE(no) \
  int var##no = no;

void setup() {
  GENERAR_VARIABLE(3); // crea int var3 = 3
}

重要な警告: この演算子は、すべての Arduino ボード モデルと同等に互換性があるわけではありません。たとえば、Uno や Esplora ではうまく機能するかもしれませんが、Mega では失敗する可能性があります。また、## を直接使用して、他のマクロ内にマクロ作成をネストすることはできません。

マクロとメモリ節約

Arduinoでマクロを使用する主な利点の1つは、 RAMを節約する。 Arduino の容量は限られているため、テキスト文字列を RAM に直接ロードすると大きな問題が発生する可能性があります。

これを避けるための高度なテクニックとしては、 強制インライン プログラムメモリ（PROGMEM）から文字列をロードします。

#include <HardwareSerial.h>
#define MYSERIAL Serial
#define FORCE_INLINE __attribute__((always_inline)) inline

FORCE_INLINE void printFromFlash(const char *str) {
  char ch = pgm_read_byte(str);
  while (ch) {
    MYSERIAL.write(ch);
    ch = pgm_read_byte(++str);
  }
}

#define SERIAL_LOG(x) (MYSERIAL.print(x))
#define SERIAL_LOGLN(x) (MYSERIAL.println(x))

これらのマクロを使用すると、特にディスプレイや複数のセンサーを備えたアプリケーションでは、プロジェクトが動作するかどうかが変わります。

マクロと関数の組み合わせ

マクロを使用すると、パラメータとして渡された型に基づいて関数を動的に呼び出すこともできます。明確かつ非常にわかりやすい例は次のとおりです。

#define FUNC_LENTA(tipo) \
  { funcion_##tipo##_lenta(); }

#define FUNC_RAPIDA(tipo) \
  { funcion_##tipo##_rapida(); }

void funcion_caminar_lenta() {
  Serial.println("Andando despacio");
}

void funcion_caminar_rapida() {
  Serial.println("Andando rápido");
}

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

void loop() {
  FUNC_RAPIDA(caminar);
}

## 演算子とマクロのおかげで、構造の繰り返しを避け、動的ロジックを集中化できます。.

出力パラメータを持つマクロ

マクロを使用して小さなオブジェクトや変換をカプセル化することもできます。

#define BOOL_OUT() (bool){false}
#define NUM_OUT(a,b) (float){a+b}
#define STR_OUT(msg) (String){msg}

void loop() {
  Serial.println(BOOL_OUT());
  Serial.println(NUM_OUT(1.2, 3.4));
  Serial.println(STR_OUT("Mensaje"));
}

マクロのベストプラクティスと注意事項

マクロを過度に、または不注意に使用すると、 デバッグが難しいエラー。たとえば、誤った置換を行ったり、外部ライブラリ内の名前と衝突する名前を定義したりした場合です。

問題を回避するための基本的なルール:

  • 不要なスペースや改行を避ける マクロ内で。
  • コメントは含めないでください 複数行を使用する複雑なマクロ内。
  • ユニークな名前を使用する または、競合を避けるためにプレフィックス (プロジェクト名など) を付けます。
  • マクロを実定数または関数に置き換える 可能な限り。最新の C++ では、よりクリーンで安全な代替手段が可能になります。

一方、マクロを過度に使用すると、コードの明瞭性が低下する可能性があります。目標は、保守性を損なうことなく、効率性とモジュール性を向上させることです。

条件付きディレクティブと適応型コンパイル

スケーラブルなプロジェクトで最も実用的な機能の1つは、マクロを使用して 条件付きでコードを生成する同じスケッチを異なるボードで動作させたい場合に非常に便利です。

典型的な例:

#ifdef ARDUINO_MEGA
  #define LEDPIN 53
#else
  #define LEDPIN 13
#endif

また、デバッグの制御やコンパイラメッセージの表示にも役立ちます。 #プラグマメッセージ あるいは特定の条件下ではエラーが発生することもあります ＃エラー.

内部コンパイラマクロ

AVR用のGCCプリプロセッサ（Arduinoで使用）には、いくつかの システム情報を提供する特別なマクロ開発中に非常に役立ちます:

  • __ライン__: 現在の行番号。
  • __ファイル__: 現在のファイルの名前。
  • __TIME__ と __DATE__: コンパイルの時間と日付。
  • __func__: 現在の関数の名前。

これらは、メインコードに侵入することなく、バージョン管理、ログ構造を可能にし、メンテナンスとエラーのトレースを容易にします。

マクロは、Arduino プロジェクトを構成するための強力かつ柔軟な方法を提供します。定数を定義することができ、 メモリを節約する, コードを適応させる 実行環境に応じて行を重複させずに再利用可能なブロックを作成します。もちろん、微妙な誤りや読みにくさを避けるためには、規律、明瞭性、知識が必要です。正しく適用すれば、中級および上級開発者にとって非常に貴重な資産となります。


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