Erik Bartmann - Mit Arduino die elektronische Welt entdecken

In einem Sketch kann zur Berechnung von Daten das Ausführen vieler einzelner wiederkehrender Schritte erforderlich sein. Wenn es sich bei diesen Schritten beispielsweise immer um gleichartige Befehlsausführungen handelt, ist es weder sinnvoll noch praktikabel, diese Befehle in großer Anzahl untereinander zu schreiben und sequentiell, also hintereinander, ausführen zu lassen. Aus diesem Grund wurde in der Datenverarbeitung ein spezielles programmtechnisches Konstrukt geschaffen, das die Aufgabe hat, ein Programmstück, bestehend aus einem oder mehreren Befehlen, mehrfach hintereinander auszuführen. Wir nennen dies eine Schleife .

Was ist eine Schleife?

Eine Schleife – auch Loop genannt – ist eine Kontrollstruktur in einer Programmiersprache. Sie wiederholt einen definierten Anweisungsblock – den sogenannten Schleifenkörper –, solange die Schleifenbedingung logisch wahr ist. Schleifen, deren Schleifenbedingung immer wahr ist oder in denen keine Schleifenbedingung definiert wurde, sind sogenannte Endlosschleifen.

Schauen wir uns an, wie eine Schleife grundsätzlich aufgebaut ist. Es gibt zwei unterschiedliche Schleifenvarianten:

kopfgesteuerte Schleifen und

fußgesteuerte Schleifen.

Beiden Varianten ist gemeinsam, dass sie eine Instanz‌ besitzen, die die Kontrolle darüber übernimmt, ob und wie oft die Schleife durchlaufen werden muss. Dieser Instanz ist ein einzelner Befehl oder ein ganzer Befehlsblock (Schleifenkörper‌ genannt) angegliedert, der durch die Instanz gesteuert und abgearbeitet wird.

Bei kopfgesteuerten Schleifen‌ befindet sich die Kontrollinstanz im Schleifenkopf, der sich – wie der Name vermuten lässt – oben befindet. Das bedeutet wiederum, dass der Eintritt in den ersten Schleifendurchlauf von der Auswertung der Bedingung abhängt und gegebenenfalls nicht stattfindet. Die Schleife wird also möglicherweise überhaupt nicht ausgeführt.

Abb. 6:Grundsätzlicher Aufbau einer kopfgesteuerten Schleife

Die Verwendung des Plurals kurz vorher in der entsprechenden Überschrift ist schon ein Hinweis darauf, dass es verschiedene Typen von Kopfschleifen gibt, die in unterschiedlichen Situationen zum Einsatz kommen.

Die for -Schleife kommt immer dann zum Einsatz, wenn vor Beginn des Schleifenaufrufs eindeutig feststeht, wie oft die Schleife durchlaufen werden soll. Werfen wir dazu einen Blick auf das Flussdiagramm, das der grafischen Wiedergabe des Programmflusses dient:

Abb. 7:Das Flussdiagramm einer for-Schleife

In der Schleife kommt eine Variable mit der Bezeichnung Laufvariable‌ zum Einsatz. Sie wird in der Bedingung einer Bewertung unterzogen, die darüber entscheidet, ob und wie oft die Schleife durchlaufen wird. Der Wert dieser Variablen wird in der Regel im Schleifenkopf bei jedem neuen Durchlauf modifiziert, so dass die Abbruchbedingung irgendwann erreicht sein sollte, wenn du keinen Denkfehler gemacht hast. Hier ein kurzes Beispiel, das später in deinem Projekt verwendet wird:

for(int i = 0; i < 7; i++) pinMode(ledPin[i], OUTPUT);

Die while -Schleife wird dann verwendet, wenn sich erst zur Laufzeit der Schleife ergeben soll, ob und wie oft sie zu durchlaufen ist. Wenn während des Schleifendurchlaufs zum Beispiel ein Eingang des Mikrocontrollers kontinuierlich abgefragt und überwacht wird und bei einem bestimmten Wert eine Aktion durchgeführt werden soll, muss dieser Schleifentyp verwendet werden. Wir wollen schauen, wie das entsprechende Flussdiagramm aussieht:

Abb. 8:Das Flussdiagramm einer while-Schleife

Die Abbruchbedingung‌ befindet sich bei dieser Schleife ebenfalls im Kopf. Es wird dort jedoch keine Modifikation der in der Bedingung angeführten Variablen vorgenommen. Sie muss im Schleifenkörper erfolgen. Wenn dies vergessen wird, haben wir es mit einer Endlosschleife‌ zu tun, aus der es kein Entrinnen gibt, solange der Sketch läuft. Auch hierzu ein kurzes Beispiel für eine while -Schleife:

while(i > 1) { // Kontrollinstanz Serial.println(i); i = i - 1; }

Wenn du in der Kontrollinstanz mit Werten und Variablen arbeitest, die beispielsweise vom Datentyp float sind, ist es aufgrund von Ungenauigkeiten von float sehr riskant, genau auf ein bestimmtes Ergebnis hin abzufragen. Das kann bedeuten, dass die Abbruchbedingung niemals erfüllt wird und der Sketch in einer Endlosschleife sein Dasein fristet. Verwende statt des Operators ==zur Abfrage auf Gleichheit lieber die Operatoren <=oder >=.

Die fußgesteuerte Schleife wird so genannt, weil die Kontrollinstanz im Schleifenfuß untergebracht ist.

Abb. 9:Grundsätzlicher Aufbau einer fußgesteuerten Schleife

Hierbei handelt es sich um eine do...while -Schleife‌. Da die Auswertung der Bedingung erst am Ende der Schleife stattfindet, können wir zunächst festhalten, dass sie mindestens einmal ausgeführt wird.

Abb. 10:Das Flussdiagramm einer do-while-Schleife

Diese Schleife wird recht selten Verwendung finden, doch der Vollständigkeit halber möchte ich sie dir nicht vorenthalten. Die Syntax gleicht der einer while -Schleife, wobei du erkennen kannst, dass die Kontrollinstanz am Fuß der Schleife untergebracht ist:

do { Serial.println(i); i = i - 1; } while(i > 1); // Kontrollinstanz

Diese unterschiedlichen Schleifenformen wirst du zukünftig verwenden, wenn du deine Sketche schreibst.

Wenn man sich als Programmierer eines Problems annimmt und codiert, ist es sinnvoll, sich hier und da Notizen zu machen. Manchmal hat man einen Geistesblitz oder eine geniale Idee und ein paar Tage später – mir geht es jedenfalls öfter so – fällt es dann schwer, sich an die einzelnen Gedankengänge detailliert zu erinnern. Was habe ich da bloß programmiert und warum habe ich es so und nicht anders gemacht? Natürlich kann jeder Programmierer eigene Strategien für das Ablegen geeigneter Notizen entwickeln: Collegeblock, Rückseite von Werbeprospekten, Word-Dokumente und so weiter. Alle diese Methoden haben jedoch entscheidende Nachteile: