单片机软件架构连载(1)-枚举(enum)

今天跟大家讲一下我在产品开发时,用枚举(enum)的一些骚操作,都是实战经验,不难,但开发经验尚浅的话,不一定能把它灵活应用。

为什么要讲枚举呢?

因为我发现它是一个容易被遗忘,同时又非常重要的关键词,大家如果看那些大佬写的产品程序,真的会发现有非常非常多enum的应用。

1.什么是枚举?

我对枚举Enum(Enumeration)数据类型的理解,是给常量另起个名字。

举例:

给"1"取个名字叫True;

给"0"取个名字叫False;

把常量重命名以后,在程序里,相对数字能更直观地表达逻辑的对和错。

2.枚举的几种用法

2.1直接定义枚举值,然后给普通变量赋值

示例程序:

// 定义一个匿名枚举类型,包含四种颜色,分别对应整数值0到3
enum 
{RED,     // 枚举成员RED的值为0,代表红色GREEN,   // 枚举成员GREEN的值为1,代表绿色BLUE,    // 枚举成员BLUE的值为2,代表蓝色YELLOW   // 枚举成员YELLOW的值为3,代表黄色
};// 程序的入口点,main函数
int main() 
{//定义一个无符号字符变量color1,用于存储颜色的枚举值unsigned char color1;// 将枚举成员BLUE赋值给color1变量,BLUE的值为2color1 = BLUE; // 使用printf函数打印color1变量的值// \r是回车符,用于将光标移动到当前行的开头;\n是换行符,用于移动到下一行的开头printf("color1=%d\r\n", color1);// main函数执行成功,返回0,表示程序正常结束return 0;
}

输出结果:color1=2

这段代码定义了一个匿名枚举,但没有给枚举类型命名。

这个枚举类型,有四个枚举成员:RED、GREEN、BLUE、YELLOW,这些成员分别默认被赋予了从0到3的整数值。

这种方式,没办法定义枚举变量的,但是呢,我们可以定义一个数值型变量color1,然后把枚举的值赋给他它,最终color1输出的结果是2,也就是枚举成员BLUE,如果是一些简单的应用,这种方法我个人也比较常用,省事。

注意:如果不指定枚举成员的值,默认是从0开始,自动递增。

当然,也可以我们自己指定,每个枚举成员的值,比如:

enum 
{RED=1,    // 枚举成员RED的值为1GREEN=10,  // 枚举成员GREEN的值为10BLUE=18,   // 枚举成员BLUE的值为18YELLOW=39  // 枚举成员YELLOW的值为39
};

2.2定义带名称的枚举

程序示例:

// 定义一个名为Color的枚举类型,包含四种颜色的枚举成员
enum Color
{RED,     // 枚举成员RED的值为0,代表红色GREEN,   // 枚举成员GREEN的值为1,代表绿色BLUE,    // 枚举成员BLUE的值为2,代表蓝色YELLOW   // 枚举成员YELLOW的值为3,代表黄色
};// 程序的入口点,main函数
int main() 
{//定义一个枚举类型Color的变量color1,用于存储颜色的枚举值enum Color color1;// 将枚举成员BLUE赋值给color1变量,BLUE的值为2,代表蓝色color1 = BLUE;// 使用printf函数打印color1变量的值// \r是回车符,用于将光标移动到当前行的开头;\n是换行符,用于移动到下一行的开头printf("color1=%d\r\n", color1);// main函数执行成功,返回0,表示程序正常结束return 0;
}

输出结果:color1=2

这里定义了一个名字为Color的枚举类型,那么我们就可以通过这个枚举类型,再定义一个color1的枚举变量。

注意:Color是数据类型(枚举类型),color1是变量。

这种方式,我比较少用,因为每次定义枚举变量,都要在前面多写一个enum。

2.3用typedef自定义枚举类型

程序示例

// 使用typedef关键字定义一个名为Color的枚举类型,包含四种颜色的枚举成员
typedef enum 
{RED,     // 枚举成员RED的值为0,代表红色GREEN,   // 枚举成员GREEN的值为1,代表绿色BLUE,    // 枚举成员BLUE的值为2,代表蓝色YELLOW   // 枚举成员YELLOW的值为3,代表黄色
} Color; // 注意,枚举类型的名称后面跟着分号// 程序的入口点,main函数
int main() 
{//定义一个Color类型的变量color1,用于存储颜色的枚举值Color color1;// 将枚举成员BLUE赋值给color1变量,BLUE的值为2,代表蓝色color1 = BLUE;// 使用printf函数打印color1变量的值// \r是回车符,用于将光标移动到当前行的开头;\n是换行符,用于移动到下一行的开头printf("color1=%d\r\n", color1);// main函数执行成功,返回0,表示程序正常结束return 0;
}

输出结果:color1=2

这个代码中使用typedef关键字,定义了一个名为Color的枚举类型,然后我们直接使用Color来定义一个enum变量,这种方法用的最多。

3.枚举有什么用?具体用在哪里?

枚举可以帮助开发者,以一种更加清晰和结构化的方式,来处理项目代码中的各种状态和配置

下面那我结合实际产品代码,来讲解它的应用场景:

3.1枚举在数组的应用

程序示例:

enum
{ESP12_AT_RESET =0,ESP12_AT_AT,ESP12_AT_ATE,        ESP12_AT_GETWIFILIST,        ESP12_AT_CWMODE,        ESP12_AT_CWAUTOCONN,                ESP12_AT_CWSTARTSMART,        ESP12_AT_CWSTOPSMART,        ESP12_AT_CWSTATE,ESP12_AT_CWLAP,        ESP12_AT_MQTTUSERCFG,// "AT+MQTTUSERCFG=0,1,\"",  ESP12_AT_MQTTCONN,// "AT+MQTTCONN=0,\"",   ESP12_AT_MQTTPUB,// "AT+MQTTPUB=0,\"",    ESP12_AT_MQTTSUB,// "AT+MQTTSUB=0,\"",     ESP12_AT_MQTTCLEAN,// "AT+MQTTCLEAN=0",          ESP12_AT_MAX
};const unsigned char ESP12_AT[ESP12_AT_MAX][70]=
{"AT+RST","AT\0",,             ///WIFI 测试指令"ATE1\0",            //打开回显"AT+CWSTATE?\0",        //"AT+CWMODE=1\0",    ///配置WIFI工作模式 =0 关闭WIFI   =1 Station模式 =2 softAP模式 =3 softAP+ Station模式"AT+CWAUTOCONN=1\0",//0 上电不自动链接AP   =1 上电自动链接AP"AT+CWSTARTSMART=2\0",//启动某种类型的SmartConfig模式  1:ESP=TOUCH  2:AirKiss 3 AirKiss+Esptouch"AT+CWSTOPSMART\0",//        停止SmartConfig        "AT+CWSTATE?\0",      //获取WIFI 的链接状态 "AT+CWLAP=\"\0",        //获取WIFI的信号 强弱"AT+MQTTUSERCFG=0,1,\"",  //MQTT  CONFESP12_AT_MQTTUSERCFG,// "AT+MQTTCONN=0,\"",    //MQTT CONNESP12_AT_MQTTCONN,"AT+MQTTPUB=0,\"",    "AT+MQTTSUB=0,\"",     "AT+MQTTCLEAN=0",     
};

这是从无际单片机项目特训营的项目6,拷贝了一小段代码。

这段代码定义了一个匿名的枚举类型,表示ESP8266模块的相关AT命令。

enum定义了一系列的枚举成员,每个成员都有一个默认的整数值,从0开始递增。

也定义了一个字符串数组ESP12_AT,用于存储与枚举值对应的AT指令字符串。

ESP12_AT数组中的每个元素都是一个字符串,对应于一个特定的AT命令。

3.2可灵活确定数组大小

我定义数组确定大小的时候,不需要人工去数,一共有多少条AT指令,直接用枚举最后一个成员(ESP12_AT_MAX)就可以了。

举个例子:

//使用枚举作为数组大小例子
const unsigned char ESP12_AT[ESP12_AT_MAX][70]; //不使用枚举作为数组大小例子
const unsigned char ESP12_AT[15][70];

使用枚举成员最后一个值,作为定义数组时的大小,代码可维护性更强,后期哪怕增加或者减少指令,也不用手动修改数组大小,直接修改枚举成员就可以了。

否则,如果数组大小超过百个, 后期修改会非常头痛。

3.3枚举成员作为数组下标使用

可以直接用枚举成员,访问数组中的某个元素。

举例:

unsigned char *p;//方式1
p = ESP12_AT[ESP12_AT_RESET];//方式2
p = ESP12_AT[0];

方式1:采用枚举成员值,作为数组下标,访问数组中某个元素的值,代码可维护性更强,不用去记某条AT指令,对应的数组下标值是多少,而且用枚举值访问,没有数组越界访问的风险

方式2:直接用数值去访问数组中的某个元素,代码可维护性差,如果指令多了,很难搞清,什么值对应哪条指令,直接用值,有数组越界访问的风险

3.4枚举在模块化编程的应用

我觉得STM32固件库,就是典型的面向对象,模块化编程的方式了。

我们拿STM32固件库,关于GPIO引脚部分的代码来讲解。

程序示例:

// 定义一个名为GPIOSpeed_TypeDef的枚举类型,用于指定GPIO引脚的速度
typedef enum
{ GPIO_Speed_10MHz = 1, // GPIO引脚速度为10MHzGPIO_Speed_2MHz,     // GPIO引脚速度为2MHzGPIO_Speed_50MHz      // GPIO引脚速度为50MHz
}GPIOSpeed_TypeDef;// 定义一个名为GPIOMode_TypeDef的枚举类型,用于指定GPIO引脚的模式
typedef enum
{ GPIO_Mode_AIN = 0x0,     //模拟输入模式GPIO_Mode_IN_FLOATING = 0x04, //浮空输入模式GPIO_Mode_IPD = 0x28,    //带有内部上拉/下拉的输入模式GPIO_Mode_IPU = 0x48,    //仅带有内部上拉的输入模式GPIO_Mode_Out_OD = 0x14,  //开漏输出模式GPIO_Mode_Out_PP = 0x10,  //推挽输出模式GPIO_Mode_AF_OD = 0x1C,  //带替代功能的开漏输出模式GPIO_Mode_AF_PP = 0x18   //带替代功能的推挽输出模式
}GPIOMode_TypeDef;// 定义一个名为GPIO_InitTypeDef的结构体,用于初始化GPIO引脚的配置
typedef struct
{uint16_t GPIO_Pin;           // 要配置的GPIO引脚,可以是单个引脚或多个引脚的组合GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed; // 指定GPIO引脚的速度GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode;     // 指定GPIO引脚的模式
}GPIO_InitTypeDef;

这段代码定义了两个枚举类型GPIOSpeed_TypeDefGPIOMode_TypeDef。分别用于指定GPIO引脚的速度和工作模式。

GPIO_Speed_TypeDef枚举定义了三种速度:10MHz、2MHz、50MHz。

GPIOMode_TypeDef枚举定义了多种GPIO模式,包括模拟输入、浮空输入、带内部上拉/下拉的输入、开漏输出和推挽输出等。

每种模式都有对应的十六进制值,这些值,通常与硬件寄存器的位设置相对应

枚举类型为GPIO速度和模式,提供了具有意义的名称,这比直接使用数字更易于理解。

例如,GPIO_Speed_50MHz比单纯的数字1或2,更清楚地表明了GPIO引脚的运行速度是50MHz。

GPIO_InitTypeDef结构体用于在初始化GPIO引脚时,保存配置信息。

它包含三个结构体成员:

GPIO_Pin-表示要配置的引脚

GPIO_Speed-表示引脚的速度

GPIO_Mode表示引脚的模式

这种代码风格,就是模块化编程思维之一了,每个模块都应该提供清晰、定义良好的接口。

通过使用枚举类型,如GPIOSpeed_TypeDef和GPIOMode_TypeDef,模块可以定义一组预定义的常量(枚举成员),这些常量(枚举成员)代表了不同的配置选项。

这样,其它模块在调用该模块的函数时,可以使用这些枚举值作为参数,从而提供了一种明确、易于理解的配置方式。

正面教材:

// 定义一个GPIO_InitTypeDef结构体变量,用于存储GPIO的初始化配置
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;// 设置GPIO_InitStructure结构体中的GPIO_Speed成员,指定GPIO引脚的速度
// 这里使用GPIO_Speed_50MHz枚举值,表示GPIO引脚的速率设置为50MHz
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;// 设置GPIO_InitStructure结构体中的GPIO_Mode成员,指定GPIO引脚的模式
// 这里使用GPIO_Mode_Out_PP枚举值,表示GPIO引脚配置为推挽输出模式
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;

反面教材:

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = 3;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = 0x10;

是不是正面教材的例子,更加专业呢?

枚举在实际产品的应用还有非常多,这节课只是给大家演示几种,如果想继续全面深入学习,可以做我们无际单片机陪跑营的项目,从0到1实现产品功能,能学习得更系统一些。

4.枚举的几个细节

  • 枚举的值默认是从0开始递增。

  • 我用Keil测试过,枚举最大值是0xFFFFFFFF,即4个字节。

最近在写单片机软件架构系列的文章,有些内容篇幅过长,后面打算在一些关键点和难点处,增加视频讲解,内容可能会不定期更新,如果这种方式阅读起来不方便,可以找我安排飞书的文档。


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