c++ - 相同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 板上。它在 C++ 中。

这是一个更大的程序，但我将其缩减为只有有问题的部分。基本上，我有一个“主机”Arduino 和一个无线通信的“漫游者”Arduino。有多个流动站单元，但问题只发生在其中一个单元上。流动站有需要校准的电机，所以我在我的 Motor 命名空间中有静态变量来保存这些校准值。为避免在每次我想校准它时都必须更改源代码中的这些值、重新编译和重新上传，我使用无线系统允许主机在运行时向流动站发送校准值。

问题是:在一个流动站上，如果我调用 ChangeSpeed 方法，这些值不会更新，但如果我直接修改变量，它们会更新。

我要强调的是，它在五分之四的火星车上运行良好。问题恰好发生在一个流动站上。上传到每个流动站的代码是相同的。

以下代码导致了问题:

电机.h:

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

    void ChangeSpeed(unsigned char, unsigned char);
}

电机.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));
}

主要.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 流动站上，主机调用UpdateSpeedValuesBad(5, 5)，然后调用ReturnSpeedValues。输出是:

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

案例 2:

在坏 流动站上，主机调用UpdateSpeedValuesGood(5, 5)，然后调用ReturnSpeedValues。输出是:

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

案例三:

在好 流动站上，主机调用UpdateSpeedValuesBad(5, 5)，然后调用ReturnSpeedValues。输出是:

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

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我做错了什么吗？我来自 C# 背景，所以 C++ 对我来说很陌生。我不知道我是否正在做一些具有未定义行为的事情。

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编辑:如果我将所有内容都放入一个文件中，它就可以正常工作。只有当我将它拆分为一个头文件和一个 cpp 文件时，它才会失败。

主要.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

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编辑 2: 我进入程序集并发现这是一个糟糕的案例。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。有谁知道为什么会这样？是编译器错误还是不能保证地址相同？

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

您不应将这些变量设为静态。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3 个不同的 .cpp 文件分别编译，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定义并使用该公共(public)共享定义。

然后，由于变量只需要定义一次(这称为 one definition rule)，您应该将定义添加到 Motor.cpp:

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在 C# 中有很大不同。在类定义中使用时可能有些相似，但相似之处仅此而已。