結構（也稱為 struct ）是一種便捷的程式設計工具，用於將相關的變數分組到一個單獨的位置。這個概念適用於大多數類 C 程式語言，包括 C 和 C++，它們常用於嵌入式微控制器應用。
本工程簡報以 Arduino Braccio 機械手臂（圖 1）為例，介紹 struct 構造。此 struct 封裝了控制遙控舵機所需的所有資料（成員）。其中包括：
- 物件指標：Arduino myServo 物件
- char[10]：包含伺服馬達通用名稱的字串。，例如 “SHOULDER”
- uint16_t：伺服限位最小值
- uint16_t：伺服限位最大值
- uint16_t：伺服原點位置
- uint16_t：伺服指令值
- float：伺服過渡累加器
圖 1：Arduino Braccio 機械手臂的圖片，該機械手臂配備六個遙控伺服。struct 封裝了每個遙控伺服的資料。
技術提示：struct 的一個顯著特徵是能夠容納不同的資料類型。在本例中，struct 包含了 16-bit 整數、浮點數、Arduino 伺服物件的位址，甚至還有一個描述伺服的 ASCII 字串。
C 和 C++ 中物件之間的關係
此 struct 封裝了與單一遙控伺服相關的資訊。我們可以將其描述為單一伺服的「類別物件」容器。
如果我們切換到像 C++ 這樣的完全物件導向程式設計 （OOP）語言，則可以使用「物件」一詞。但這需要我們將 struct 與用於操作資料的方法關聯起來。
為了清晰、簡潔和最大程度的兼容性，我們將繼續使用 C 語言實作。因此，我們將使用「類別物件」一詞，並使用一系列 setter 和 getter 方法來操作 struct 中包含的資料。
為什麼要使用 struct？
機器手臂是 struct 應用的絕佳案例，因為遙控伺服提供了一個物件封裝的具體範例。六個獨立的遙控伺服代表了中等複雜程度。為了實現平滑可控的手臂運動，確實需要協調所有伺服的動作。
要回答「為什麼要使用 struct」這個問題，最好的方法是考慮將所有伺服從停點 A 移動到停點 B 所需的程式碼。我們可以編寫獨立的程式碼來控制每個伺服。然而，建立專門操作伺服的函數具有明顯的優勢：
-
使用單一功能來處理多個伺服，使程式更容易除錯。
-
易於實現諸如伺服最小和最大位置之類的限制。
-
可擴展性強，因為增加額外的伺服相對容易。
-
易於實現涉及所有伺服的受控機械手臂運動。
struct 是如何使用的？
struct由兩部分組成：定義和各種敘述的使用。
以下是機械手臂的定義：
// 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;
請注意，該 struct 保存的是單一遙控伺服的資料。然後，我們可以將這些伺服分組到一個「struct 陣列」中，就像這裡看到的那樣。
static ServoData servos[NUM_SERVOS];
我們可以透過諸如以下的命令來存取成員：
servos[servoID].cmd = 1000;
當需要將機械手臂送回初始位置時，這項技術的真正威力就顯現出來了。由於 struct 成員是高度有序的，我們可以使用一個簡單的 FOR 迴圈將 struct 的初始位置複製到 struct 的活動舵機指令位置。之後呼叫 updateAllServos() 函數，該函數會平滑地控制所有伺服，直到機械手臂到達其預設的初始位置。
void HomeAllServos() {
for (int i = 0; i < NUM_SERVOS; i++) {
servos[i].cmd = servos[i].home;
}
updateAllServos();
}
技術提示：請注意
HomeAllServos()和updateAllServos()函數的簡潔性。它們之所以簡潔，是因為都操作共享的 struct 陣列。例如，只需對程式碼進行少量修改即可新增新的伺服馬達。由於各個函數對 struct 的成員執行簡單的操作，因此故障排除也大大簡化。
完結前感想
這個機器手臂提供了一個簡單易懂的例子，展示了 struct 的強大功能和便利性。在 C 語言中，我們以類似物件的方式封裝每個遙控伺服，並使用一系列 getter 和 setter 方法來處理 struct 成員。根據您的應用場景，您可能需要切換到 C++，並將遙控伺服資料封裝到一個完整的物件中，該物件包含用於操作 struct 成員的方法。無論採用哪一種方式，struct 都是簡化程式碼的關鍵，在嵌入式領域有著廣泛的應用。
目前，這個機器人手臂仍在開發中。後續文章將詳細介紹相關的程式碼技術。
歡迎您在下面留言，分享在嵌入式程式碼中使用 struct 的經驗，並參與討論。也歡迎您就嵌入式 C 與 C++ 的長期爭論發表自己的看法。
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