Arduino string length. Работа со строками в Arduino: особенности, отличия и рекомендации по использованию

Какие особенности имеет тип String в Arduino. Чем отличается String от char[]. Когда лучше использовать String, а когда char[]. Какие проблемы может вызвать неправильное использование String. Как оптимизировать работу со строками в Arduino-проектах. Какие альтернативы есть типу String. Как избежать фрагментации памяти при работе со строками.

Особенности типа String в Arduino

Тип String в Arduino представляет собой удобный класс для работы со строками. Однако у него есть ряд особенностей, которые важно учитывать:

• Динамическое выделение памяти — String выделяет память в куче по мере необходимости
• Автоматическое управление памятью — не нужно вручную освобождать память
• Удобные методы для обработки строк — конкатенация, поиск, замена и т.д.
• Бóльший расход памяти по сравнению с char[]
• Риск фрагментации памяти при частом изменении строк

Как устроен тип String внутри? String содержит указатель на буфер с символами, а также переменные для хранения размера буфера и длины строки. На платформе AVR это занимает 6 байт для пустой строки.

Сравнение String и char[] в Arduino

Чем отличается String от обычного массива символов char[]?

• String — динамический, char[] — статический размер
• String автоматически управляет памятью, char[] требует ручного управления
• String предоставляет удобные методы, с char[] нужно использовать функции из библиотеки string.h
• String расходует больше памяти, char[] более экономичен
• String может вызвать фрагментацию, char[] — нет

Какой тип выбрать? Для коротких неизменяемых строк лучше использовать char[]. Для динамических строк, которые часто изменяются, String может быть удобнее, но нужно учитывать риски.

Проблемы при работе с типом String

Использование String может привести к ряду проблем, особенно на устройствах с ограниченной памятью:

1. Фрагментация памяти из-за частого выделения/освобождения
2. Непредсказуемые сбои при нехватке памяти
3. Замедление работы программы из-за копирования данных
4. Сложность отладки проблем с памятью

Как избежать этих проблем? Следует ограничить использование String, особенно в длительно работающих программах. Предпочтительнее использовать статические буферы char[] там, где это возможно.

Оптимизация работы со строками в Arduino

Как оптимизировать работу со строками в Arduino-проектах?

• Используйте char[] вместо String там, где возможно
• Выделяйте статические буферы достаточного размера
• Избегайте частых изменений строк
• Используйте F() макрос для хранения строковых литералов в программной памяти
• Применяйте техники zero-copy там, где это возможно

Пример оптимизации:

// Неоптимально
String message = "Температура: " + String(temperature) + " C";

// Оптимизированно
char message[30];
snprintf(message, sizeof(message), F("Температура: %d C"), temperature);
 

Альтернативы типу String в Arduino

Какие альтернативы есть типу String в Arduino-проектах?

• char[] — классические C-строки
• Arduino String_t — легковесная альтернатива String
• PGM_P — строки, хранящиеся в программной памяти
• StringSumHelper — для эффективной конкатенации
• Собственные классы для работы со строками

Выбор альтернативы зависит от конкретной задачи и ограничений проекта. Для простых случаев char[] часто бывает достаточно, для более сложных сценариев можно рассмотреть создание собственного класса.

Работа со строками на разных платформах Arduino

Как отличается работа со строками на разных платформах Arduino?

• Arduino Uno (ATmega328P) — очень ограниченная память, следует избегать String
• Arduino Mega — больше памяти, но все еще ограничена
• ESP8266 — значительно больше памяти, String более применим
• ESP32 — много памяти, String можно использовать свободнее

На ESP32 доступны дополнительные функции для работы с памятью:

Serial.printf("Всего памяти: %d байт\n", ESP.getHeapSize());
Serial.printf("Свободно: %d байт\n", ESP.getFreeHeap());
Serial.printf("Максимальный блок: %d байт\n", ESP.getMaxAllocHeap());

Рекомендации по использованию строк в Arduino-проектах

Как правильно работать со строками в Arduino-проектах?

1. Оцените доступную память на вашей платформе
2. Используйте char[] для коротких статических строк
3. Применяйте String только когда это действительно необходимо
4. Избегайте частых изменений String-объектов
5. Используйте F() макрос для строковых литералов
6. Рассмотрите альтернативы String для сложных сценариев
7. Регулярно проверяйте использование памяти в вашем проекте

Пример правильного использования строк:

const char* PROGMEM errorMsg = "Ошибка: ";
char buffer[50];

void reportError(const char* details) {
  strcpy_P(buffer, errorMsg);
  strncat(buffer, details, sizeof(buffer) - strlen_P(errorMsg) - 1);
  Serial.println(buffer);
}

Эффективное использование PROGMEM для хранения строк

Как использовать PROGMEM для экономии оперативной памяти?

• Храните неизменяемые строки в программной памяти
• Используйте макрос F() для строковых литералов
• Применяйте функции с суффиксом _P для работы со строками в PROGMEM

Пример использования PROGMEM:

const char string_0[] PROGMEM = "Строка 0";
const char string_1[] PROGMEM = "Строка 1";
const char string_2[] PROGMEM = "Строка 2";

const char* const string_table[] PROGMEM = {string_0, string_1, string_2};

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  char buffer[20];
  for (int i = 0; i < 3; i++) {
    strcpy_P(buffer, (char*)pgm_read_word(&(string_table[i])));
    Serial.println(buffer);
  }
}
 

Техники zero-copy для оптимизации работы со строками

Что такое техники zero-copy и как их применять в Arduino?

Zero-copy подразумевает работу со строками без их копирования. Это позволяет значительно сэкономить память и повысить производительность. Вот несколько способов реализации zero-copy:

• Использование указателей вместо копирования строк
• Применение StringView для работы с подстроками
• Использование итераторов для обхода строк

Пример использования zero-copy техники:

const char* longString = "Это длинная строка для обработки";

void processSubstring(const char* start, size_t length) {
  // Обработка подстроки без копирования
}

void setup() {
  const char* start = longString + 4;  // Указатель на "длинная"
  processSubstring(start, 7);  // Обработка слова "длинная"
}
 
 

Профилирование и оптимизация использования памяти

Как профилировать и оптимизировать использование памяти в Arduino-проектах?

1. Используйте функции для мониторинга свободной памяти
2. Применяйте инструменты статического анализа кода
3. Оптимизируйте размер глобальных переменных
4. Используйте локальные переменные там, где это возможно
5. Освобождайте динамически выделенную память

Пример мониторинга памяти:

#include <MemoryFree.h>

void setup() {
  Serial.begin(9600);
}

void loop() {
  Serial.print(F("Свободно памяти: "));
  Serial.println(freeMemory());
  delay(1000);
}
 

Будущее работы со строками в Arduino

Какие перспективы у работы со строками в Arduino?

• Разработка более эффективных строковых классов
• Улучшение поддержки Unicode и многобайтовых кодировок
• Интеграция современных C++ техник работы со строками
• Оптимизация компилятора для более эффективной работы со строками
• Разработка новых инструментов для профилирования и отладки

Будущие версии Arduino IDE и ядра могут предоставить новые инструменты и классы для более эффективной работы со строками, сохраняя при этом простоту использования, которая является отличительной чертой платформы Arduino.

c++ — Сколько байтов вы можете хранить в строке Arduino?

спросил 3 года 9 месяцев назад

Изменено 3 года, 9 месяцев назад

Просмотрено 2к раз

Я искал в Интернете информацию о том, сколько мы можем хранить в строке строки Arduino ; или внутри Строка v[0]; . Но даже на справочной странице Arduino нет ответа. Каждый поиск заканчивается тем, что кто-то говорит, что вы не должны использовать String (заглавная S) на Arduino, потому что у него недостаточно памяти для обработки большой и плохой строки. Я не использую Arduino Uno, поэтому не возражаю, если String использует больше памяти, чем std::string.

Ребята, вы знаете, какую максимальную длину может хранить объект String?

• С++
• Arduino-IDE
• esp32
• платформа

2

Максимальная длина строки зависит от того, сколько памяти свободно, когда вы пытаетесь что-то в ней сохранить.

Программное обеспечение, лежащее в основе Arduino Core, поддерживает область оперативной памяти, называемую «кучей», которую программное обеспечение может выделять во время выполнения.

String вызывает функцию с именем realloc() (стандартная библиотечная функция C, которая помогает управлять кучей), когда ей нужно увеличить объем памяти, используемый для ее String.

https://github.com/espressif/arduino-esp32/blob/master/cores/esp32/WString.cpp#L170

Максимальный размер String может быть намного меньше, чем объем свободной кучи. В зависимости от того, как ваше программное обеспечение выделяет и освобождает память, в куче может быть много небольших доступных фрагментов памяти с выделенной памятью между ними («фрагментация кучи»). Таким образом, самый большой свободный кусок может быть намного меньше, чем общий объем свободной кучи.

Вот почему люди не советуют использовать Строка . Он часто выделяет память, особенно если вы изменяете объекты String , и может легко привести к фрагментации кучи, так что вы не сможете выделить большой кусок памяти.

Этот эффект хуже проявляется на процессорах с небольшим объемом памяти, таких как Arduino. ESP8266 немного лучше, так как у него больше памяти. ESP32 намного лучше, потому что у него гораздо больше памяти.

Это усугубляется тем фактом, что String автоматически дает сбой, когда не может выделить память. В этом случае ваша программа просто выйдет из строя без предупреждения.

Тем не менее, есть много случаев, когда я думаю, что String вполне подходит для использования. Что касается ESP32, я бы просто не стал использовать его в программах, предназначенных для бесконечной работы, или в коммерческом программном обеспечении.

В ESP32 Arduino Core есть несколько функций, которые могут помочь, если вы пытаетесь понять, насколько большой может быть String :

• ESP.getHeapSize() возвращает общий размер кучи, включая выделенный и свободной памяти. Это будет больше потенциального максимума Строка можно сделать.
• ESP.getFreeHeap() возвращает общее свободное пространство в куче. Это также будет больше потенциального максимума String , который вы можете создать.
• ESP.getMaxAllocHeap() возвращает размер самого большого фрагмента кучи, который вы можете выделить. Это будет приблизительно соответствовать наибольшей строке String , которую вы можете выделить. Он может быть намного меньше, чем ESP.getFreeHeap() .

1

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя адрес электронной почты и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

arduino - Каков размер (в байтах) строки по сравнению с char?

спросил 5 лет, 8 месяцев назад

Изменено 5 лет, 8 месяцев назад

Просмотрено 3к раз

Памяти в ардуино не хватает, поэтому решил, что нужно менять типы переменных. Думая об этом, я хотел бы знать размер в байтах String по сравнению с char (1 байт).

Я знаю, что String — это объект, а char — тип переменной.

• arduino
• типы переменных

Внутри 9 есть три переменных-члена0011 String class:

 char *buffer; // фактический массив символов
беззнаковая целая емкость; // длина массива минус единица (для '\0')
длина без знака; // длина строки (не считая '\0')
 

Все они имеют ширину 2 байта (на платформе AVR ), поэтому, если у вас ничего нет, это может быть просто 6 байтов всего .

Тем не менее, я полагаю, вы хотите что-то в нем, поэтому для одного символа вам нужны еще 2 байта (один для этого символа и один для завершения NUL символов). А так как буфер выделяется динамически, то и об этом выделении должно что-то храниться.

Рекомендуемое чтение: Злые струны Arduino

С другой стороны, C-струны гораздо сложнее в использовании, но, по крайней мере, у вас есть полный контроль.