Конструкция ветвления

Робот получает разные данные и должен выбирать разные действия. Если путь свободен — ехать, если впереди препятствие — остановиться или повернуть. В C++ такой выбор записывают конструкциями if, else if и else. Они направляют выполнение по одной из предусмотренных ветвей.

Коротко

if выполняет блок, когда условие истинно. Связанный else выполняет альтернативный блок, когда условие ложно. Цепочка else if проверяет варианты сверху вниз и выбирает первую истинную ветвь. Сравнения дают значение типа bool, а логические операторы объединяют несколько признаков.

Зачем это нужно

Без ветвления скетч повторяет одинаковые команды независимо от окружающей среды. Условия превращают измерения и команды в поведение:

• кнопка нажата — начать учебный тест;
• расстояние меньше порога — остановиться;
• оба датчика линии видят фон — искать линию;
• заряд ниже заданного уровня — запретить движение;
• пришёл символ остановки — выключить команды приводам.

На hero один упрощённый робот передаёт результат датчика в ромб решения. Оранжевый и мятный пути обозначают взаимоисключающие результаты одной проверки: остановиться либо продолжить маршрут вокруг препятствия. Это алгоритмические линии, не электрическая схема.

Ясные ветви нужны не только программе, но и испытанию. Для каждого условия можно подобрать входные значения, записать ожидаемое действие и сравнить его с фактическим. Так решение становится проверяемым до подключения мощного привода.

Главная идея

Условие — выражение, которое даёт true или false. Если оно истинно, выполняется тело if. Иначе программа пропускает этот блок и, если предусмотрен else, выполняет альтернативу.

const int distanceCm = 14;

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

void loop() {
  if (distanceCm < 20) {
    Serial.println("stop");
  } else {
    Serial.println("move");
  }

  delay(500);
}

Здесь в каждом проходе выбирается ровно одна из двух ветвей. После выбранного блока выполнение продолжается со следующей инструкцией — delay(500).

Результат условия	Выполняется	Не выполняется
true	блок if	связанный блок else
false	связанный блок else	блок if

Сравнения

Показание датчика обычно сравнивают с порогом, режим — с кодом, а счётчик — с пределом. Результат сравнения имеет тип bool.

Оператор	Читается	Пример
==	равно	mode == 2
!=	не равно	command != 'x'
<	меньше	distanceCm < stopDistanceCm
<=	меньше или равно	voltageMv <= lowVoltageMv
>	больше	temperatureC > limitC
>=	больше или равно	sampleCount >= requiredSamples

Оператор == сравнивает, а = присваивает. Ошибка особенно коварна, если присваивание допустимо в условном выражении:

if (mode = 2) {  // неверный замысел: mode изменяется
  Serial.println("test");
}

Компилятор с предупреждениями часто обращает внимание на такую запись, но полагаться только на предупреждение нельзя. Осмысленная форма выглядит так:

if (mode == 2) {
  Serial.println("test");
}

Граница принадлежит одной стороне

Условия < и <= ведут себя по-разному на пороге. Для остановки ближе 20 см нужно заранее решить, что происходит ровно при 20:

distanceCm	distanceCm < 20	distanceCm <= 20
19	true	true
20	false	true
21	false	false

Проверяйте как минимум три точки: непосредственно ниже границы, на границе и выше неё. Ошибка в одном символе способна изменить поведение именно в критической точке.

Измерения датчика могут быть недостоверными. Число 0 иногда означает очень близкий объект, а иногда — отсутствие корректного результата; это зависит от устройства и библиотеки. Сначала проверяют достоверность, затем сравнивают физическую величину.

Несколько вариантов: else if

Когда режимов больше двух, создают цепочку:

const int distanceCm = 32;

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

void loop() {
  if (distanceCm < 15) {
    Serial.println("stop");
  } else if (distanceCm < 40) {
    Serial.println("slow");
  } else {
    Serial.println("normal");
  }

  delay(500);
}

Условия проверяются сверху вниз. При distanceCm = 10 истинны оба сравнения < 15 и < 40, но выполняется только первый подходящий блок. Если поставить < 40 раньше, ветвь < 15 станет недостижимой.

Диапазон	Первая истинная проверка	Действие
меньше 15 см	distanceCm < 15	остановка
15–39 см	distanceCm < 40 после ложного первого условия	медленный режим
40 см и больше	ни одно условие не истинно	обычный режим

Три одинаковых значка робота на иллюстрации — не три одновременно работающих устройства, а три возможных результата одной цепочки: остановка, прямое движение или поворот. Цветные ветви — алгоритм, а не проводка.

Логические операторы

Несколько признаков соединяют так:

• && — логическое И: истинны обе части;
• || — логическое ИЛИ: истинна хотя бы одна часть;
• ! — логическое НЕ: результат меняется на противоположный.

const bool startPressed = true;
const bool coverClosed = true;
const bool emergencyStopActive = false;

const bool startAllowed =
    startPressed && coverClosed && !emergencyStopActive;

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

  if (startAllowed) {
    Serial.println("start_allowed");
  } else {
    Serial.println("start_blocked");
  }
}

void loop() {
}

Выражение	Когда истинно	Пример для робота
a && b	истинны a и b	старт нажат и крышка закрыта
`a		b`
!a	a ложно	аварийный стоп не активен

Когда в выражении смешаны && и ||, добавляйте круглые скобки, отражающие замысел. Они уменьшают зависимость чтения от знания приоритетов:

const bool mustStop =
    obstacleDetected || (lowBattery && !atChargingStation);

Сокращённое вычисление

Операторы && и || вычисляют слева направо с пропуском ненужной правой части. Для a && b выражение b не вычисляется, если a уже ложно. Для a || b правая часть не вычисляется, если a уже истинно.

Это позволяет сначала проверить возможность операции:

const int sampleCount = 3;
const int selectedIndex = 2;
const int samples[] = {34, 28, 19};

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

  if (selectedIndex >= 0 &&
      selectedIndex < sampleCount &&
      samples[selectedIndex] < 20) {
    Serial.println("close_obstacle");
  }
}

void loop() {
}

Обращение к элементу выполняется только после обеих проверок границ. Переставлять опасный доступ в начало нельзя. Побочные действия внутри правой части тоже нежелательны: их выполнение будет зависеть от результата слева.

Блоки и вложенность

Фигурные скобки явно ограничивают ветвь:

if (sensorValid) {
  Serial.println("measurement_ok");
  Serial.println(distanceCm);
}

C++ разрешает один оператор без скобок, но следующая добавленная строка уже окажется вне условия. В скетчах робота используйте скобки даже для коротких ветвей.

Вложенные if допустимы, но глубокая лестница усложняет проверку. Часто легче сначала вычислить именованные логические признаки, затем построить плоскую цепочку решений:

const bool measurementValid = distanceCm > 0;
const bool obstacleClose = measurementValid && distanceCm < 20;

Приоритет безопасной реакции

В цепочке первая истинная ветвь побеждает, поэтому порядок должен отражать приоритет. Отказ датчика проверяют раньше обычной команды движения:

const bool emergencyStopActive = false;
const bool sensorValid = true;
const int distanceCm = 18;

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

void loop() {
  if (emergencyStopActive) {
    Serial.println("stop_emergency");
  } else if (!sensorValid) {
    Serial.println("stop_invalid_sensor");
  } else if (distanceCm < 20) {
    Serial.println("stop_obstacle");
  } else {
    Serial.println("move_allowed");
  }
}

Этот программный порядок сам по себе не заменяет аппаратную аварийную защиту. Он делает поведение скетча предсказуемым при известных входах.

Шум около порога и гистерезис

Если измерение колеблется около одного порога, команда может быстро переключаться. Один способ снизить дрожание — использовать разные границы остановки и возобновления:

bool movementAllowed = true;
const int stopBelowCm = 20;
const int resumeAboveCm = 25;

void updateMovementState(int distanceCm) {
  if (movementAllowed && distanceCm < stopBelowCm) {
    movementAllowed = false;
  } else if (!movementAllowed && distanceCm > resumeAboveCm) {
    movementAllowed = true;
  }
}

После остановки на 19 см значение 21 см ещё не разрешит движение: нужно превысить 25 см. Выбор порогов зависит от шума, динамики устройства и требований безопасности; универсальной пары нет.

Что запомнить о ветвлении

• if выбирает блок по логическому условию.
• else относится к ближайшему подходящему if и задаёт альтернативу.
• Цепочка else if выбирает первую истинную ветвь сверху вниз.
• == сравнивает, = присваивает.
• Граничные значения проверяют отдельно.
• &&, || и ! объединяют признаки и используют сокращённое вычисление.
• Приоритет ветвей должен соответствовать приоритету реакций робота.

Практика

1. Напишите три режима движения по расстоянию: остановка, медленное движение и обычное. Самостоятельно задайте пороги и составьте таблицу значений ниже, на и выше каждой границы.
2. Добавьте bool sensorValid. Недостоверное измерение должно выбирать отдельную безопасную ветвь раньше проверки расстояния.
3. Составьте разрешение запуска из кнопки, закрытой крышки и неактивного аварийного сигнала. Проверьте все восемь сочетаний без готовой таблицы ответов.
4. Реализуйте гистерезис с двумя порогами и подайте последовательность значений около границы. Запишите моменты смены состояния.

Проверьте себя

1. Какой тип имеет результат сравнения?
2. Чем == отличается от =?
3. Когда выполняется блок else?
4. Почему порядок else if меняет результат?
5. Какие значения нужно проверить около порога?
6. Когда правая часть && не вычисляется?
7. Зачем нужны фигурные скобки вокруг короткой ветви?
8. Как два порога уменьшают переключения около шумной границы?

Ориентиры для самопроверки

Сначала ответьте без подсказки. Ответ можно считать полным, если вы:

• формулируете основную мысль своими словами;
• называете важные условия, ограничения или меры безопасности;
• для схемы, кода или расчёта показываете ход решения и ожидаемый результат.

Если один из пунктов объяснить не получается, найдите соответствующую главу статьи, перечитайте её и повторите ответ.

Словарь статьи

Термин	Значение
условие	выражение, приводимое к логическому результату
ветвление	выбор пути дальнейшего выполнения
if	конструкция выполнения блока при истинном условии
else if	следующая проверка в упорядоченной цепочке
else	альтернативный блок, когда предыдущие связанные условия ложны
сравнение	операция, возвращающая bool по отношению двух значений
логический оператор	&&, `
сокращённое вычисление	пропуск правой части, когда результат уже известен
граница	значение, на котором меняется результат условия
гистерезис	разные пороги перехода в состояние и выхода из него

Связанные темы

• Переменные — хранение условий и состояний.
• Монитор порта Serial — наблюдение выбранной ветви.
• Циклы — повторная проверка условий.
• Функции — выделение вычисления признаков и действий.
• digitalRead: обработка кнопки — логический вход для условия.
• analogRead: обработка датчика — пороги по аналоговым данным.
• Драйвер моторов — безопасное выполнение выбранной команды приводом.

Источники

• Arduino Language Reference: if
• Arduino Language Reference: if...else
• Arduino Language Reference: equality ==
• Arduino Language Reference: logical AND &&
• Arduino Language Reference: logical OR ||
• Arduino Language Reference: logical NOT !
• C++ Working Draft: Selection statements
• C++ Working Draft: Logical AND
• C++ Working Draft: Logical OR