Cuando comienzas a trabajar con Arduino, entender los tipos de variables es esencial para desarrollar tus proyectos de programación. Las variables son los contenedores que te permiten almacenar y manipular datos en tus sketches. Desde números enteros hasta valores booleanos, cada tipo de variable tiene su propia función y uso, lo que te ayuda a optimizar tu código y hacerlo más eficiente.
A través de este artículo, descubrirás los distintos tipos de variables disponibles en Arduino, cómo declararlas y cuándo utilizarlas. La importancia del tipo de variable declarada en la programación es fundamental. Determina la corrección del código, así como las capacidades de la variable y, por ejemplo, la precisión de los cálculos en el programa que escribimos.
Declaración de Variables en Arduino
En Arduino, las variables son esenciales para almacenar y manipular datos. Para crear una variable en Arduino, debes indicar su tipo de dato y su nombre. La acción de crear una variable es conocida como declarar una variable. Por ejemplo, para declarar un número entero, puedes escribir int miNumero;.
El nombre de una variable, también conocido como identificador de variable, debe seguir algunas reglas, como describir lo que almacena. Por ejemplo, un nombre como promedio facilita saber el contenido de la variable, a diferencia de si la nombramos p.
Puedes inicializar una variable de inmediato al declararla, como int miNumero = 10;. El valor de una variable puede cambiar durante la ejecución del programa. Esta acción se realiza mediante una expresión o sentencia de asignación. Las sentencias de asignación inicializan o cambian el valor almacenado en una variable usando el operador de asignación = (signo de igualdad). El valor de la expresión del lado derecho del signo de igualdad es almacenado en la variable del lado izquierdo.
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Tipos de Datos Básicos y sus Rangos
Existen muchos tipos de datos, cada uno con un uso y aplicación específicos. Un tipo de dato está compuesto por un conjunto de valores (dominio) y un conjunto de operaciones que se pueden realizar sobre dichos valores. En Arduino, existen varios tipos de variables que te permitirán trabajar con diferentes tipos de información.
Variables de Tipo Entero
Las variables de tipo entero se utilizan para almacenar números enteros, es decir, números sin parte fraccionaria. El tipo de dato entero se considera un tipo de dato básico para almacenar números.
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int: En Arduino, se declara comúnmente usando la palabra clave int. El tamaño del tipo de dato int es de dos bytes (16 bits) en la mayoría de las placas Arduino (como la UNO R3), lo que le permite almacenar un número entero entre -32768 (-215) y 32767 (215-1). En los microcontroladores AVR ATmega y la placa Arduino UNO R3, el tipo de dato int almacena valores de hasta dos bytes. Sin embargo, para las placas Arduino Zero y Arduino MKR1000 basadas en el microcontrolador SAMD21, así como el Arduino Due, el tipo de dato int almacena valores de 4 bytes (32 bits), abarcando un rango desde -2147483648 hasta 2147483647 (-(231) a ((231)-1)).
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unsigned int: Este tipo almacena valores enteros sin signo, ocupando dos bytes (16 bits) en la mayoría de las placas. Su rango va desde 0 hasta 65535 (216-1). En Arduino Due, el tipo unsigned int almacena un valor de 4 bytes (32 bits).
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short: Es un tipo de dato entero que almacena dos bytes o 16 bits de datos. El rango de la variable short es de -32768 a 32767 (-(215) a ((215)-1)). Los Arduinos basados en microcontroladores ARM y ATmega suelen almacenar el valor del tipo de dato short en dos bytes.
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long: Es una variable de tamaño extendido que almacena cuatro bytes (32 bits). El rango del tipo de dato long abarca desde -2147483648 hasta 2147483647. Cuando se usan enteros en operaciones que podrían exceder el rango de int, al menos uno de los números debe ir seguido de la letra L para que se considere tipo long.
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unsigned long: También es una variable de tamaño extendido que almacena cuatro bytes (32 bits). Este tipo no almacena números negativos, lo que hace que su rango abarque desde 0 hasta 4294967295 (232-1).
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byte: Es un tipo de dato sin signo que almacena un valor numérico de 8 bits sin decimales. El valor que puede tomar un dato de este tipo es siempre un número entero entre 0 y 255. Este tipo es idéntico al tipo unsigned char.
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word: Las variables de tipo word en Arduino se utilizan para almacenar valores enteros sin signo de 16 bits. Esto permite almacenar un rango de valores desde 0 hasta 65535. Es ideal cuando se trabaja con sensores o dispositivos que envían datos de tamaño considerable.
Nota importante: Las variables de tipo entero pueden sobrepasar su valor máximo o mínimo como consecuencia de una operación, lo que se conoce como "overflow" y puede causar resultados inesperados. En el caso de word, exceder su límite puede resultar en que el valor se reinicie a 0.
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Variables de Tipo Decimal (Punto Flotante)
Para trabajar con números decimales, es decir, números con una parte fraccionaria, puedes usar los tipos de punto flotante.
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float: Es el tipo de datos para números de punto flotante. Un float ocupa 4 bytes (32 bits) y puede tener hasta 7 dígitos de precisión. Los números de punto flotante están comprendidos entre -3.4028235E+38 y 3.4028235E+38. Los números de punto flotante a menudo se usan para aproximar valores analógicos y continuos (como la medición de voltajes eléctricos usando un convertidor ADC) porque tienen mayor resolución que los enteros. Por ejemplo, el número 14 es un entero, mientras que 14.0 es un número de punto flotante.
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double: También se utiliza para manejar números decimales o de punto flotante. Ocupa el doble de memoria que el tipo float, almacenando números de punto flotante con mayor precisión y rango. El tipo double denota números de punto flotante de doble precisión y ocupa cuatro bytes en las placas ATmega y UNO, y 8 bytes en Arduino Due.
Nota importante: Los números de punto flotante no son exactos, y pueden producir resultados extraños en las comparaciones debido a su naturaleza de aproximación.
Variables de Tipo Carácter
Las variables de tipo carácter se utilizan para almacenar un solo carácter.
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char: En Arduino, se declara con la palabra clave char, que utiliza un solo byte (8 bits) de memoria. El valor que puede tener una variable de tipo char es un solo carácter (una letra, un dígito, un signo de puntuación, etc.). Almacenar un carácter ASCII ocupa 8 bits, lo que permite almacenar caracteres como valores numéricos (su código ASCII asociado). Por esta razón, el tipo char a menudo se considera un tipo entero, ya que los símbolos se representan en memoria por códigos numéricos enteros. Por ejemplo, la letra 'A' en codificación ASCII tiene el valor numérico 65. Si se realiza la expresión 'A' + 2, el resultado será 67.
Si necesitas trabajar con cadenas de caracteres (más de un carácter), debes usar un arreglo de caracteres (char[]) o la clase String. La clase String en Arduino proporciona una variedad de métodos que te permiten realizar operaciones comunes con cadenas de caracteres, como String saludo = "Hola, Mundo!";.
Variables de Tipo Booleano
Las variables booleanas son fundamentales para gestionar la lógica en tus programas.
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boolean: Se declaran usando la palabra clave boolean y pueden almacenar solo dos valores: verdadero (true) o falso (false). Se utilizan para almacenar un estado de entre esos dos posibles, y así hacer que el código reaccione según detecte true o false. Por ejemplo, las variables booleanas se pueden usar para comprobar si se han recibido datos de un sensor o no, para verificar si un actuador está disponible, o para comprobar si el valor de otra variable cumple una condición. En un ejemplo práctico, una variable booleana podría controlar el encendido o apagado de un LED según el estado de un botón.
Tabla Resumen de Tipos de Datos y Rangos
La siguiente tabla resume los tipos de datos comunes en Arduino, su tamaño en memoria y los rangos de valores que pueden almacenar:
| Tipo de Dato | Tamaño Típico (bytes) | Rango de Valores | Descripción |
|---|---|---|---|
| boolean | 1 | true o false | Almacena un valor lógico. |
| byte | 1 | 0 a 255 | Entero sin signo de 8 bits. |
| char | 1 | -128 a 127 (con signo) o 0 a 255 (sin signo) | Almacena un carácter ASCII (8 bits). |
| short | 2 | -32768 a 32767 | Entero de 16 bits. |
| int (ATmega) | 2 | -32768 a 32767 | Entero de 16 bits. |
| int (ARM/Due) | 4 | -2147483648 a 2147483647 | Entero de 32 bits. |
| unsigned int (ATmega) | 2 | 0 a 65535 | Entero sin signo de 16 bits. |
| unsigned int (ARM/Due) | 4 | 0 a 4294967295 | Entero sin signo de 32 bits. |
| word | 2 | 0 a 65535 | Entero sin signo de 16 bits (equivalente a unsigned int de 16 bits). |
| long | 4 | -2147483648 a 2147483647 | Entero de 32 bits. |
| unsigned long | 4 | 0 a 4294967295 | Entero sin signo de 32 bits. |
| float | 4 | -3.4028235E+38 a 3.4028235E+38 | Número de punto flotante de precisión simple. |
| double (ATmega/UNO) | 4 | -3.4028235E+38 a 3.4028235E+38 | Número de punto flotante (equivalente a float). |
| double (Due) | 8 | ±1.7976931348623157E+308 | Número de punto flotante de doble precisión. |
Manejo Avanzado de Variables
Conversión y Casting de Variables
La conversión, o "casting", es esencial cuando trabajas con diferentes tipos de datos en Arduino. A veces, deberás transformar un tipo de variable en otro para realizar operaciones matemáticas o facilitar la comprensión del valor.
Para realizar operaciones con tipos de datos mixtos, es posible que necesites usar "casting" para evitar errores. Por ejemplo, al sumar un float con un int, puedes convertir el int a float para asegurar la precisión en el resultado. Utiliza funciones como int(), float(), o long() para convertir variables. Por ejemplo, si tienes un float que representa una medida y necesitas un entero para un cálculo, puedes usar int(variable).
Considera el siguiente código para entender la importancia del casting en operaciones con tipos mixtos:
int x = 3;int y;float z;void setup() { Serial.begin(9600);}void loop() { y = x / 2; // y es una variable int y no puede almacenar fracciones, por lo que devolverá 1. z = (float)x / 2.0; // z almacena el valor 1.5 porque es de tipo float. // esto significa que tenemos que usar la división por 2.0 en lugar de 2.}Del código anterior, se deduce que incluso si usamos números enteros para cálculos de punto flotante, debemos añadir un punto decimal y un cero (2.0 en lugar de 2) o realizar un casting explícito ((float)x). De lo contrario, el compilador entenderá que usamos enteros y devolverá valores enteros.
Alcance de las Variables (Globales y Locales)
El alcance de una variable define dónde puede ser accedida y utilizada dentro de tu programa:
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Variables Globales: Una variable global se declara fuera de cualquier función (como setup() o loop()) y puede ser utilizada por todas las funciones del sketch. Por ejemplo, si declaramos int valBtn; al inicio del código, antes de setup(), valBtn sería una variable global.
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Variables Locales: Una variable local se declara dentro de una función o bloque de código. Solo puede ser utilizada dentro de esa función o bloque. Por ejemplo, si int valBtn; se declara dentro de setup(), valBtn sería local a setup().
Constantes
En ocasiones, necesitamos almacenar un valor en una variable que no tendrá ninguna modificación durante la ejecución del programa. Para estos casos, se utilizan las constantes.
Las constantes son valores que no cambian durante la ejecución del programa y se declaran usando la palabra clave const. Por ejemplo, const int maxIntentos = 5;. Definir valores como pines de conexión de nuestros dispositivos como constantes (const int pinLed = 13;) ayuda a hacer el código más claro y a evitar modificaciones accidentales, asegurando que su valor permanezca fijo durante toda la ejecución del programa.