Arduino: cicli infiniti ed uscita da un ciclo infinito

Per rispondere ad un quesito che mi è stato posto questa mattina a lezione da alcuni allievi condivido questo breve approfondimento sulla gestione dei cicli infiniti.

Parliamo di un ciclo infinito quando il controllo entra nel corpo del ciclo e non esce mai da esso, ciò accade quando la condizione di test del loop non è mai false.

Possiamo realizzare un ciclo infinito in C in diversi modi:

for (int i = 0; i >= 0; )
{
    // corpo del ciclo in cui la variabile i non viene mai modificata
}

Nell’esempio la variabile i viene inizializzata a 0 e la condizione di controllo i>=0 all’inizio è vera. La variabile i non viene modificato in nessun punto del codice inoltre l’espressione di aggiornamento della variabile non è presente, ciò implica che i avrà sempre come valore 0 e la condizione di controllo i>=0 non è mai falsa e quindi il corpo del for viene eseguito ad ogni ciclo.

Un modo più sintetico per realizzare un ciclo infinito è quello di utilizzare una condizione sempre vera utilizzando l’istruzione while:

while (true)
{
    // corpo del while
}

Questo comportamento può essere realizzato anche scrivendo 1 per indicare “condizione sempre vera”.

while (1)
{
    // corpo del while ripetuto per sempre
}

o ancora utilizzando un’uguaglianza sempre vera:

while (3==3)
{
    // corpo del while ripetuto per sempre
}

che nella programmazione con Arduino può essere ottenuto anche con:

while (HIGH)
{
    // corpo del while ripetuto per sempre
}

E’ possibile realizzare un ciclo infinito anche con l’istruzione for omettendo la condizione di ripetizione del ciclo, cioè che bisognerebbe inserire tra i due punti e virgola.

for (;;)
{
    // corpo del for ripetuto per sempre
}

Terminare un ciclo infinito

Negli esempi visti precedentemente la condizione sempre vera causava la ripetizione infinita del corpo dell’istruzione, però esiste il modo per terminare un ciclo infinito utilizzando l’istruzione break usata appunto per uscire da un ciclo: for, while oppure do..while, ma anche per uscire da una istruzione switch case.

Poiché nelle nostre sperimentazioni utilizziamo Arduino vediamo come realizzare l’uscita da un loop infinito.

Lo scopo è quello di far lampeggiare ripetutamente un LED e bloccare il lampeggio con la pressione di un pulsante.

Realizzimo il seguente circuito:

Utilizzando l’istruzione while.

Esempio 1

/*
  Prof. Michele Maffucci
  Data: 16.11.2020
  Esempio1: Funzionamento dell'istruzione break
*/
const int pinPulsante = 8; // pin digitale 8

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT); // abilita il pin a cui è connesso il LED come output
  pinMode(pinPulsante, INPUT);  // abilita il pin a cui è connesso il pulsante come input
}
void loop()
{
  while (true) // ciclo infinito
  {
    if (digitalRead(pinPulsante) == HIGH)
    {
      break; // esce dal ciclo se si preme il pulsante
    }
    lampeggio(); // chiama la funzione che accende e spegne il LED
  }
}
void lampeggio()
{
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
  delay(100);
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
  delay(100);
}

Come si può notare viene utilizzata l’istruzione break per uscire dal ciclo. Fino a quando il pulsante non sarà premuto la condizione: digitalRead(pinPulsante) == HIGH sarà falsa, pertanto non verrà eseguito il corpo dell’if e quindi non potrà essere eseguito il break, in questa condizione ciò che segue l’if è la chiamata della funzione lampeggia().

Nel caso in cui il pulsante viene premuto, la condizione digitalRead(pinPulsante) == HIGH risulta vera, pertanto viene eseguito il corpo dell’if che contiene l’istruzione break che causerà l’uscita dal ciclo while.

Il codice sopra indicato funziona anche se nel while viene sostituito true con HIGH:

...
while (true) // ciclo infinito
  {
       // corpo del while
  }
...

con

...
while (HIGH) // ciclo infinito
  {
       // corpo del while
  }
...

Come spiegato ad inizio lezione, un ciclo infinito può essere ottenuto anche con un’istruzione for quindi si ottiene il medesimo risultato se si utilizza il codice che segue.

Esempio 2

/*
  Prof. Michele Maffucci
  Data: 16.11.2020
  Funzionamento dell'istruzione break
*/
const int pinPulsante = 8; // pin digitale 8

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  pinMode(LED_BUILTIN, OUTPUT); // abilita il pin a cui è connesso il LED come output
  pinMode(pinPulsante, INPUT);  // abilita il pin a cui è connesso il pulsante come input
}
void loop()
{
  for (;;) // ciclo infinito
  {
    if (digitalRead(pinPulsante) == HIGH)
    {
      break; // esce dal ciclo se si preme il pulsante
    }
    lampeggio(); // chiama la funzione che accende e spegne il LED
  }
}
void lampeggio()
{
  digitalWrite(LED_BUILTIN, HIGH);
  delay(100);
  digitalWrite(LED_BUILTIN, LOW);
  delay(100);
}

Differenze tra ciclo for e ciclo while

  • Il ciclo for ha necessità di una variabile al suo interno, mente il ciclo while può utilizzare qualsiasi variabile definita prima dell’istruzione while.
  • L’uso del ciclo do-while permette di realizzare sempre una volta il corpo delle istruzioni in esso contenuto (indipendentemente dall’espressione condizionale) e ciò non può essere fatto con un  ciclo for.

Esercizio per i miei studenti

Esercizio 1

Realizzare le stesse funzionalità dell’esempio precedente (usando un ciclo infinito nel loop()) aggiungendo la stampa sequenziale crescente di un numero n = n + 1 sulla Serial Monitor. Alla pressione del pulsante si interrompe il lampeggio del LED e si azzera il contatore.

Buon Coding a tutti 🙂

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