2025 年 ESP32 開發新趨勢｜掌握 C11 Generic 寫出更聰明的程式碼！

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C11 Generic 是 C 語言中一個強大卻常被忽略的特性，它讓開發者能夠根據傳入的數據類型動態選擇對應的處理邏輯，實現類似泛型（Generic）編程的效果。對於嵌入式系統開發（如 ESP32）來說，這意味著我們可以用更簡潔的代碼處理多種類型的數據，無論是 GPIO 的電平控制、BLE 的數據解析，還是 WiFi 的訊息傳遞。透過 _Generic，我們不再需要為每種類型撰寫重複的函數，而是可以創建一個統一的泛型 API，讓代碼更易讀、更易維護。本文將帶你深入瞭解 _Generic 的運作原理，並通過實際範例展示如何在 ESP32 上實現高效的泛型 API。

內容

什麼是 C11 Generic？

_Generic 是 C11 標準 引入的一個特性，它允許你根據表達式的類型選擇不同的程式碼路徑。它的基本語法如下：

_Generic(expression, type1: result1, type2: result2, ..., default: result_default)

_Generic 會根據 expression 的類型選擇對應的 result。如果沒有匹配的類型，則會選擇 default分支。

_Generic 的好處

類型安全：在編譯時進行類型檢查，避免運行時錯誤。
代碼簡潔：不需要為每種類型寫重複的程式碼。
擴展性強：可以輕鬆支援新的數據類型，只需添加新的處理函數和 _Generic 分支。
可讀性高：讓程式碼邏輯更清晰，開發者不需要關心具體的數據類型。

開發環境

在開始編程之前，請確保已完成以下準備工作：

安裝 ESP-IDF 開發環境 (至少版本 v4.4 或更高)。
ESP32 開發板。

使用泛型的控制函數

我們可以用 GPIO 的操作來進一步說明 _Generic 的好處。在 ESP32 開發中，GPIO 的操作非常常見，例如設置 GPIO 模式、讀取 GPIO 狀態、控制 GPIO 輸出等。這些操作通常需要處理不同類型的數據（如 int、bool 或 enum），而 _Generic 可以幫助我們創建一個泛型 API，讓 GPIO 的操作更加簡潔和靈活。

程式碼範例 :

#include <stdio.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "driver/gpio.h"
#include "esp_log.h"

#define LED_GPIO    2
#define RELAY_GPIO  4

static const char *TAG = "GENERIC_GPIO";

// GPIO Initialization
void gpio_init_output(gpio_num_t pin) {
    gpio_config_t io_conf = {
        .pin_bit_mask = (1ULL << pin),
        .mode = GPIO_MODE_OUTPUT,
        .pull_up_en = GPIO_PULLUP_DISABLE,
        .pull_down_en = GPIO_PULLDOWN_DISABLE,
        .intr_type = GPIO_INTR_DISABLE
    };
    gpio_config(&io_conf);
}

// Control LED (bool type)
void control_led(bool state) {
    gpio_set_level(LED_GPIO, state);
    ESP_LOGI(TAG, "LED is now %s", state ? "ON" : "OFF");
}

// Control Relay (int type: 0 or 1)
void control_relay(int state) {
    gpio_set_level(RELAY_GPIO, state);
    ESP_LOGI(TAG, "Relay is now %s", state ? "Activated" : "Deactivated");
}

// Control PWM (float type: simulate PWM output)
void control_pwm(float duty_cycle) {
    int pwm_value = (int)(duty_cycle * 255); // Map 0.0–1.0 to 0–255
    gpio_set_level(LED_GPIO, pwm_value > 128 ? 1 : 0); // Simple PWM simulation
    ESP_LOGI(TAG, "PWM Duty Cycle: %.2f", duty_cycle);
}

// Generic Macro for GPIO Control
#define gpio_control(x) _Generic((x),          \
    bool: control_led,                         \
    int: control_relay,                        \
    float: control_pwm                         \
)(x)

void app_main(void) {
    // Initialize GPIOs
    gpio_init_output(LED_GPIO);
    gpio_init_output(RELAY_GPIO);

    // Test Generic GPIO Control
    gpio_control(true);        // Controls LED: ON
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));

    gpio_control(0);           // Controls Relay: OFF
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));

    gpio_control(0.75f);       // Controls PWM: 75% Duty Cycle
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));

    gpio_control(false);       // Controls LED: OFF
    gpio_control(1);           // Controls Relay: ON
    gpio_control(0.25f);       // Controls PWM: 25% Duty Cycle
}

程式碼說明 :

GPIO 初始化：

使用 gpio_config() 初始化 LED（GPIO 2）和繼電器（GPIO 4）。

不同的控制函數：

control_led()：處理 bool 型別，控制 LED 開關。
control_relay()：處理 int 型別，控制繼電器啟動或關閉。
control_pwm()：處理 float 型別，模擬 PWM 控制行為。

泛型巨集 gpio_control()：

透過 _Generic，根據傳入的變數型別自動呼叫對應的控制函數。
呼叫方式簡單直觀，例如：gpio_control(true)、gpio_control(0.75f)。

執行結果

透過監控串列輸出，預期結果如下：

I (0) GENERIC_GPIO: LED is now ON
I (1000) GENERIC_GPIO: Relay is now Deactivated
I (2000) GENERIC_GPIO: PWM Duty Cycle: 0.75
I (3000) GENERIC_GPIO: LED is now OFF
I (3000) GENERIC_GPIO: Relay is now Activated
I (3000) GENERIC_GPIO: PWM Duty Cycle: 0.25