结构体（structure）是一种便捷的编程工具，用于将相关变量组合到单一位置。这一概念适用于大多数类C编程语言（包括C和C++），常用于嵌入式微控制器应用。
本工程简报以Arduino Braccio机械臂（图1）为案例，介绍结构体构造。该结构体封装了控制舵机所需的所有数据（成员）。包括：
- 对象指针：Arduino myServo对象
- char[10]：存储舵机通用名称的字符串，例如 “SHOULDER”
- uint16_t：舵机最小限位
- uint16_t：舵机最大限位
- uint16_t：舵机归位位置
- uint16_t：舵机指令值
- float：舵机过渡累加器
图 1 ：配备六个舵机的Arduino Braccio机械臂图像。该结构体封装了每个舵机的数据。
技术提示 ：结构体的定义特性是其能容纳不同数据类型。本例中，结构体包含16位整数、浮点数、Arduino舵机对象地址，甚至描述舵机的ASCII字符串。
C 与 C++ 中对象的关系
该结构体封装了单个舵机的相关信息。我们可以稍作引申，将该结构体描述为单个舵机的"类对象"容器。
若改用完全面向对象编程语言（如C++），则可使用"对象"这一称谓。这将需要我们将结构体与操作数据的方法相关联。
为保持清晰、简单和最大兼容性，我们将继续采用C语言实现。因此，我们将使用术语“类对象”，并通过一组设置器和获取器来操作结构体内部的数据。
为什么我应该使用结构体？
机械臂是结构体应用的绝佳案例研究，因为RC伺服系统为类对象封装提供了具体实例。六个独立的RC伺服系统代表了中等复杂程度。确实需要协调所有伺服系统的动作，以实现平稳可控的机械臂运动。
“为何使用结构体”这个问题的最佳答案，可以通过考虑将所有伺服系统从路径点A移动到路径点B所需的代码来解答。我们可以编写独立的代码来控制每个伺服系统。然而，构建操作伺服系统的函数具有明显优势：
-
单一功能的函数处理多个伺服系统，使程序更易于调试。
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易于实现限制，如伺服系统的最小和最大位置。
-
可扩展性强，因为添加额外的伺服系统相对容易。
-
易于实现涉及所有伺服系统的可控机械臂运动。
如何使用结构体？
结构体包括定义和各种使用语句两部分。
这是机械臂的定义：
// Define the ServoData struct (private to this file)
typedef struct {
Servo servo; // The servo object (from the Servo library)
char name[10]; // ASCII name for the servo
uint16_t minPulse; // Minimum allowed pulse width
uint16_t maxPulse; // Maximum allowed pulse width
uint16_t home; // Home (default) position
uint16_t cmd; // Active servo command pulse width
float transitionAccumulator; // Intermediate value used when transitioning from one step to another.
} ServoData;
注意，该结构体保存了单个RC伺服系统的数据。然后，我们可以将伺服系统分组为一个“结构体数组”，如下所示。
static ServoData servos[NUM_SERVOS];
从那里，我们可以使用如下命令访问成员：
servos[servoID].cmd = 1000;
当我们想要将机械臂移动到初始位置时，这种技术的真正威力就显现出来了。由于成员高度有序，我们可以使用简单的FOR循环将结构体的初始位置复制到结构体的活动伺服命令位置中。随后调用updateAllServos()函数，该函数执行所有伺服系统的平稳可控运动，直到机械臂到达预定义的初始位置。
void HomeAllServos() {
for (int i = 0; i < NUM_SERVOS; i++) {
servos[i].cmd = servos[i].home;
}
updateAllServos();
}
技术提示 ：考虑HomeAllServos()和updateAllServos()函数中体现的简洁性。简洁性体现在两者都操作共享的结构体数组。例如，可以以最小的代码更改添加新的伺服系统。故障排除大大简化，因为各种函数对结构体成员执行简单操作。
结语
机械臂提供了一个实实在在的例子，展示了结构体的强大功能和便利性。在C编程语言中，我们以编程方式将每个RC伺服器视为类似对象的封装，通过多个getter和setter函数来操作结构体成员。根据应用需求，您可能需要转向C++语言，将RC伺服器数据封装成完整的对象，并配备操作结构体成员的方法。无论采用哪种方式，结构体都代表了代码简化的关键要素，在嵌入式领域具有明确的应用价值。
目前机械臂仍处于开发阶段。敬请期待后续文章对代码技术的详细说明。
欢迎分享您在嵌入式代码中使用结构体的经验，加入讨论。欢迎就嵌入式开发中C与C++的经典之争发表见解。
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