電子工作で便利に使えるArduino言語のデータ型とその使用

データ型とは

プログラム内で扱うデータの種類に応じて適切なデータ型を選択する必要があります。データ型とは、符号なし整数、符号付き数値、浮動小数点、英数字文字列、行列などデータの種類を示します。
コンピュータはプログラムで変数がどの様な種類であるのか明確に定義しないと理解できないとは何とも融通がきかないものですね。人間の様に文脈の前後から判別してくれれば良いんですよ。AI時代になり、プログラミングという概念自体も変化してきそうですが、新しいプログラミング言語が登場したりするのでしょうか…。

Arduinoでよく使われるデータ型

Arduino言語（C/C++をベースとしたもの）における「型」（データ型）は、変数がどのような種類のデータを保持するかを定義するものです。型はデータのサイズや取り扱い方を決定し、プログラムの動作やメモリ使用量に影響を与えます。

• 基本データ型
• 配列 (array)
• 文字列型
• ポインタ
• 構造体（struct）
• 列挙型（enum）

Arduino言語の元になるＣ言語についても、断続的に学習していますが、文法がなかなか頭に入らないので、まさにこの本と共に苦しみながら取り組んでいます。繰り返し読んでいると新しい気づきがあり腹落ちさせられます。

苦しんで覚えるC言語

Amazonで見る

楽天市場で見る

Yahooショッピングで見る

ポチップ

基本データ型

基本データ型でどれを使用すれば良いのか、3点のポイントを抑えておきましょう。

• メモリ節約：小さな値には byte や boolean を使う
• 符号の有無：負の値が必要なら int、不要なら unsigned int
• 精度と速度のバランス：float は便利だが計算コストが高い

• shortも符号付き整数型ですが、intと同じサイズであるため、同一視される場合が多いです。  byteとunsigned charはどちらも0から255までの符号なし8ビット整数を表し、ほぼ同義です。私はあまり見かけないですが、wordは0から65535までの符号なし16ビット整数を表します。

• 他のソースから double を含むコードを流用する場合、ATmegaベースのArduinoボードでは期待される精度が得られない可能性があるため、コードの精度要件を確認することが推奨されています。

配列 (array)

配列は同じ型のデータを複数格納する型で、インデックス番号でアクセスされる変数の集合です。

• 定義例: int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
• サイズは固定で、インデックスは0から始まる。
• 使用例: 複数のセンサー値やピンの状態を管理する。

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

  int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5};//int型の5個の要素を配列名numberとして宣言すると同時に各要素の初期値を代入

  // 配列の要素を読み出してシリアルモニタに表示
  Serial.println(numbers[0]); // 1　インデックス0を読み出して表示
  Serial.println(numbers[4]); // 5　インデックス4を読み出して表示
｝
void loop() {
}

文字列型

Arduinoでは文字列を2通りの方法で扱えます。1つはC言語の標準的な文字変数としてchar型、もう1つはArduino独自のStringクラスです。

• char 配列 + null終端文字
• String クラス

注意: Stringは便利だが、メモリ断片化のリスクがあるため、小型マイコンではchar[]が推奨される場合もあります。

ポインタ変数

C/C++由来の機能で、変数のメモリアドレスを扱う。

ポインタ変数とは、ある変数の内容が格納されているメモリアドレスを格納する変数です。ポインタに入れるものはデータではなくデータのアドレスになり、アドレスを指定してデータをやりとりします。

• 例: int *ptr; または int* ptr;（int型のポインタ変数の宣言）

どちらでも良いのですが、同時に2つ以上のポインタ変数を宣言する場合には、前者のように変数名に「*」をつける必要があるため、前者で統一したほうがよさそうです。

「*」 間接参照演算子（dereference operator） は、ポインタを使う際に特有の機能です。ポインタが指すアドレスに格納されている値を取得するために使用されます。

「&」参照演算子（reference operator）は、変数のアドレスを取得するために使用されます。

int* p;        // int型のポインタを宣言
int i = 5;     // 整数変数 i を初期化
int result = 0;

p = &i;        // 'p' に 'i' のアドレスを代入
result = *p;   // 'p' が指すアドレスの値（つまり 'i' の値）を取得

result = *p;での「*」はポインタ変数を通常の変数に切り替える演算子を意味しています。

構造体（struct）

複数のデータ型をまとめて1つの型として定義。
センサーの値や設定情報など、複数の関連データを1つのまとまりとして管理したいときに非常に役立ちます。

• 例：

struct SensorData {
 int value;
 float temperature;
};
SensorData data = {100, 25.5};

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println(data.value);        // 100
  Serial.println(data.temperature);  // 25.5
}

列挙型（enum）

定数を名前付きの数定数のグループとして定義。
意味のある名前を整数値に割り当てるためによく使われます。特に、状態管理やモード切り替え、識別子の明示化に役立ちます。

• 例1：モード切り替え（Mode Selection）

enum Mode {ON, OFF, BLINK}; // ON==0, OFF==1, BLINK==2
Mode ledMode = ON;

• 例2：状態管理（State Machine）

enum State { IDLE, RUNNING, ERROR };
State currentState = IDLE;

void loop() {
  switch (currentState) {
    case IDLE:
      // 待機中の処理
      break;
    case RUNNING:
      // 実行中の処理
      break;
    case ERROR:
      // エラー処理
      break;
  }
}

• 例3：ピンやセンサの識別

enum SensorID { TEMP_SENSOR, LIGHT_SENSOR, HUMIDITY_SENSOR };

値を明示的指定することもできます。

enum Level {
  LOW = 10,
  MEDIUM = 20,
  HIGH = 30
};

型修飾子

型修飾子（type qualifiers）は、変数の性質や動作を制御するために使われます。以下は代表的な修飾子とその使い方です。

型のサイズと注意点

• データ型のサイズはマイコン依存であり、Arduinoボードによってサイズが異なる（例: intはUnoで2バイト、Dueで4バイト）。
• メモリ制約が厳しいため、適切な型を選ぶ（例: 小さな値ならbyteを使用）。
• floatやdoubleは計算精度や速度に注意。

実例

上記で説明したデータ型の記述例となります。

int ledPin = 13; // ピンの番号
float temperature = 25.5; // 少数を含む温度
char message[] = "Hello"; // 文字列
boolean isOn = true; // 状態

void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
}

void loop() {
  if (isOn) {
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
  }
}

参考

ネット上にはたくさんのArduino言語についての情報がありますが、詳細はArduino公式リファレンスがありますのでこれから学習を始める方は参照してみると良いです。電子工作本としては物足りませんが、正統派のArduino言語のリファレンスマニュアル本としてはこちらを活用しています。

Arduinoをはじめよう 第4版 (Make: PROJECTS)

オーム社

Amazonで見る

楽天市場で見る

Yahooショッピングで見る

ポチップ