同一代码在不同设备上的不同行为

Question

我很困惑。我有一个相同的程序被上传到两个不同的Arduino板。在C++里。

这是一个大得多的程序，但我要把它缩减到有问题的部分。基本上，我有一个“主机”Arduino和一个“漫游者”Arduino无线通信。有多个漫游者单位，但问题只发生在其中一个。漫游者有需要校准的马达，所以我的Motor命名空间中有静态变量来保存这些校准值。为了避免在源代码中更改这些值，每次我想校准它时都要重新编译和重新上传，我使用无线系统允许主机在运行时将校准值发送给漫游者。

问题是:在一个漫游者上，如果我调用ChangeSpeed方法，这些值不会被更新，但是如果我直接修改变量，它们就会得到更新。

让我强调，在五分之四的火星车上，它工作得很好。问题就发生在一个漫游者身上。上传到每个漫游者的代码是相同的。

以下代码造成了问题：

汽车.h：

namespace Motor
{
    static unsigned char left_speed = 0;
    static unsigned char right_speed = 0;

    void ChangeSpeed(unsigned char, unsigned char);
}

Motor.cpp：

void Motor::ChangeSpeed(unsigned char l_speed, unsigned char r_speed)
{
    left_speed = l_speed;
    right_speed = r_speed; 

    soft.println("Change speed: " + String(left_speed) + ", " + String(right_speed));
}

Main.cpp：

void UpdateSpeedValuesBad(unsigned char l_speed, unsigned char r_speed)
{
    Motor::ChangeSpeed(l_speed, r_speed);
    soft.println("Motor write: " + String(l_speed) + ", " + String(r_speed));
}

void UpdateSpeedValuesGood(unsigned char l_speed, unsigned char r_speed)
{
    Motor::left_speed = l_speed;
    Motor::right_speed = r_speed;
    soft.println("Motor write: " + String(l_speed) + ", " + String(r_speed));
}

void ReturnSpeedValues()
{
    soft.println("Motor read: " + String(Motor::left_speed) + ", " + String(Motor::right_speed));
}

案例1:

在bad漫游者上，主机调用UpdateSpeedValuesBad(5, 5)，然后调用ReturnSpeedValues。产出如下：

Change speed: 5, 5
Motor write: 5, 5
Motor read: 0, 0

案例2:

在bad漫游者上，主机调用UpdateSpeedValuesGood(5, 5)，然后调用ReturnSpeedValues。产出如下：

Motor write: 5, 5
Motor read: 5, 5

案例3:

在good漫游者上，主机调用UpdateSpeedValuesBad(5, 5)，然后调用ReturnSpeedValues。产出如下：

Change speed: 5, 5
Motor write: 5, 5
Motor read: 5, 5

我做了什么根本不对的事吗？我来自C#背景，所以C++对我来说非常陌生。我不知道我是否在做一些行为不明确的事情。

编辑：，如果我把所有东西都塞进一个文件中，它就能正常工作。只有当我将其拆分成一个头文件和一个cpp文件时，它才会失败。

Main.cpp：

#include <SoftwareSerial.h>

SoftwareSerial soft(9, 10);

namespace Motor
{
  static int left_speed = 0;

  void ChangeSpeed(unsigned char);
}

void Motor::ChangeSpeed(unsigned char l_speed)
{
  left_speed = l_speed;
  soft.println("Change speed: " + String(left_speed));
}

void setup()
{
  soft.begin(9600);

  soft.println("Before: " + String(Motor::left_speed));

  Motor::ChangeSpeed(5);
  soft.println("Bad attempt: " + String(Motor::left_speed));

  Motor::left_speed = 5;
  soft.println("Good attempt: " + String(Motor::left_speed));
}

void loop()
{
}

输出：

Before: 0
Change speed: 5
Bad attempt: 5
Good attempt: 5

编辑2: --我深入到程序集中，发现这是针对坏情况的。它根据我是调用ChangeSpeed还是直接更新值来使用不同的内存地址。有人知道为什么吗？这是一个编译器错误，还是它没有保证地址将是相同的？

000000a8 <setup>:
{ 
    Motor::ChangeSpeed(5, 6);
  a8:   85 e0           ldi r24, 0x05   ; 5
  aa:   66 e0           ldi r22, 0x06   ; 6
  ac:   0e 94 5f 00     call    0xbe    ; 0xbe <_ZN5Motor11ChangeSpeedEhh>

    Motor::left_speed = 5;
  b0:   85 e0           ldi r24, 0x05   ; 5
  b2:   80 93 00 01     sts 0x0100, r24

    Motor::right_speed = 6;
  b6:   86 e0           ldi r24, 0x06   ; 6
  b8:   80 93 01 01     sts 0x0101, r24
}
  bc:   08 95           ret

000000be <_ZN5Motor11ChangeSpeedEhh>:

void Motor::ChangeSpeed( unsigned char l_speed, unsigned char r_speed )
{
    left_speed = l_speed;
  be:   80 93 02 01     sts 0x0102, r24
    right_speed = r_speed; 
  c2:   60 93 03 01     sts 0x0103, r22
  c6:   08 95           ret

Answer 1

不应该使这些变量是静态的。静态全局变量意味着该变量是编译单元的本地变量(通常是正在编译的.cpp文件)，因此如果您在头文件中声明了静态变量，并将该头文件包含在单独编译的3个不同的.cpp文件中，那么您将拥有该变量的3个独立版本，每个.cpp文件一个。

相反，在头文件中将它们声明为

namespace Motor {
  extern unsigned char left_speed;
  extern unsigned char right_speed;

  void ChangeSpeed(unsigned char, unsigned char);
}

这告诉编译器，某个文件将为这些变量提供一个定义，并使用该公共共享定义。

然后，由于需要精确定义变量一次(这称为一种定义规则)，所以应该将该定义添加到Motor.cpp中

unsigned char Motor::left_speed = 0;
unsigned char Motor::right_speed = 0;

我选择Motor.cpp来保存定义，因为这是ChangeSpeed函数的定义所在。

在C++中，static关键字的工作方式与C#大不相同。在类定义中使用时，它可能有点类似，但这就是相似之处所在。

Answer 2

通过声明变量static，可以将变量的范围限制在当前的代码单元上。换句话说，通过在您的static中包含.h变量，可以使Motor.cpp和Main.cpp拥有这两个变量的单独副本。

您的案例1修改这些变量的Motor.cpp副本，同时输出来自Main.cpp的变量。案例2只在Main.cpp副本上工作，因此它按预期工作。如果你把所有的东西都塞进一个文件里，你只会得到这些变量的一个副本。

你应该要么：

1. 在头文件中将变量声明为extern unsigned char left_speed, right_speed;，然后在其中一个.cpp文件中将值声明为unsigned char left_speed = 0;；
2. 在一个.cpp文件中直接声明静态变量(例如，Rotor.cpp)，并使用函数获取它们的值，就像使用一个函数来设置它们一样。