如何在 Arduino 程序中正确初始化 C++ 对象？

Posted 2023-02-21

【中文标题】如何在 Arduino 程序中正确初始化 C++ 对象？

【英文标题】：How can I properly initialize C++ objects within an Arduino program?

【发布时间】：2021-02-18 16:40:01

【问题描述】：

在我简单的 Arduino 项目中，为了保持整洁，我决定创建一个“模式管理器”来处理一种模式和另一种模式之间的传递。基本概念是每次我想改变模式，那么它会实例化下一个模式并替换上一个。

请注意，我在 OOP 和 Java / Scala 方面有 12 年以上的经验，但在 C++ 方面没有任何经验，只是让 Arduino 在没有太多结构的情况下完成其工作所需的东西。

经过一些研究，我设法创建了以下“界面”结构：

文件：modes/ModeManager.h。这应该保持对当前模式的引用，并将循环和实例化下一个模式委托给它（每个模式都会知道哪个是下一个）

#ifndef __MODE_MANAGER__
#define __MODE_MANAGER__

#include <stdint.h>
#include "modes/Mode.h"

class ModeManager 
 private:
  Mode *mode;

 public:
  ModeManager();
  ~ModeManager() ;
  virtual void loop(uint8_t voltage);
;

#endif

文件：modes/Mode.h 是运行程序真正循环功能的实际“模式”。它还处理实例化下一个模式

#ifndef __MODE__
#define __MODE__

#include <stdint.h>

class Mode 
 public:
  Mode() 
  virtual ~Mode() 
  virtual void loop(uint8_t voltage) = 0;
  virtual void getNext(Mode * target) = 0;
;

#endif

文件：modes/ModeManager.cpp

#include "ModeManager.h"

#include <stdint.h>
#include <Arduino.h>
#include "modes/Mode.h"
#include "modes/DummyMode.h"
#define VOLTAGE_NEXT_MODE 5

ModeManager::ModeManager() 
  DummyMode cmode = DummyMode();
  mode = & cmode; // I'm not sure how this should actually be done


void ModeManager::loop(uint8_t voltage) 
  if (voltage == VOLTAGE_NEXT_MODE) 
    Serial.println("Switching to next mode");
    mode->getNext(mode);
   else 
    Serial.println("Calling mode loop");
    mode->loop(voltage); // From here, nothing.
  

文件：modes/DummyMode.h

#ifndef __DUMMY_MODE__
#define __DUMMY_MODE__

#include "modes/Mode.h"

class DummyMode : public Mode 
 public:
  DummyMode();
  ~DummyMode() 
  virtual void loop(uint8_t voltage);
  virtual void getNext(Mode * target);
;

#endif

文件：modes/DummyMode.cpp

#include "modes/DummyMode.h"

#include <Arduino.h>

DummyMode::DummyMode() 
  Serial.println("Initialization of dummy mode");


void DummyMode::loop(uint8_t voltage) 
  Serial.print("Voltage: ");
  Serial.println(voltage);


void DummyMode::getNext(Mode * target) 
  DummyMode nextMode = DummyMode();
  target = &nextMode;

最后是我的main.cpp

#include <Arduino.h>

#include "modes/ModeManager.h"
#include "modules/memory.h"
#include "modules/monitor.h"

ModeManager * modeManager;

void setup() 
  pinMode(A0, INPUT);
  Serial.begin(9600);
  Serial.println("Init");
  ModeManager mm = ModeManager();
  modeManager = & mm;


void loop(void) 
  uint8_t voltage = map(analogRead(A0), 0, 1024, 0, 5);
  modeManager->loop(voltage);

现在，从理论上讲，我认为没有理由不这样做。在实践中，我 99.9% 确定我在初始化和指针方面做错了什么。 当我尝试运行此代码时，我得到以下序列号：

Init
Initialization of dummy mode
Calling mode loop

这意味着它在循环的第一次迭代中冻结，就在调用mode->loop(voltage);之前

谁能指出我正确的方向？再说一次，我真的没有 C++ 的经验，我关于如何制作这种结构的知识来自 C++ 编程的各种在线资源，包括这里的一些答案，所以请多多包涵

【问题讨论】：

DummyMode nextMode = DummyMode(); 在堆栈上创建一个局部变量，该变量在函数结束时被销毁，并且您将返回一个指向此堆栈空间的指针。

你对&的所有使用都是错误的target = &nextMode;modeManager = & mm;你持有指向在作用域结束后不再存在的对象的指针。

如果您将 C++ 视为 C 和 Java 的混合体，那么您将很难编写 C++。它不是那些东西，并且足够复杂，值得阅读book。我不打算尝试回答，因为这段代码中存在太多问题，它会变成代码审查，而且那是一个不同的站点。

【参考方案1】：

这里：

DummyMode cmode = DummyMode();

您正在创建一个具有自动生命周期的DummyMode 实例cmode（通常称为堆栈上）。

然后您获取地址并将其分配给另一个变量：

mode = & cmode; // I'm not sure how this should actually be done

由于cmode 是一个具有自动生命周期的对象，它会在程序离开创建它的范围时被销毁。结果，存储在mode 中的指针将悬空并指向不再存在的对象。取消引用它会触发未定义的行为。

看起来您的意图是创建具有动态生命周期的对象。 您可以通过以下方式做到这一点：

mode = new DummyMode();

尽管如此，您有责任确保在不再需要对象时将其销毁。 这将通过delete 完成：

delete mode;

在更惯用/现代的 C++ 中，通常使用智能指针来管理此类对象的生命周期，而不是手动调用 delete。我看到 C++ 的标准库不适用于 Arduino，但似乎确实有一个智能指针可用：https://www.arduino.cc/reference/en/libraries/arxsmartptr/ 我建议好好看看使用它来更轻松地避免内存泄漏。

【讨论】：

使用new 关键字就像一个魅力。我将getNext 函数转换为Mode * getNext(); 以返回新指针并允许自己销毁前一个实例。有机会我会看看智能指针，但由于这是一个小项目，没有真正的优化需求，这是当时最快的解决方案！谢谢！

智能指针不是对速度的优化，而是对易用性和正确性的优化。