C++20: processe telemetria local

O que você vai construir

Um programa de linha de comando que recebe leituras simuladas de temperatura de dois sensores e mostra a média de um deles. Esse é um primeiro exercício da camada de software de um sistema IoT: organizar amostras, selecionar um dispositivo e lidar com a ausência de dados.

Depois da média de duas temperaturas, você vai guardar várias leituras e escolher de qual sensor calcular a média. Há três novidades de C++ para explorar: uma coleção, uma função e um resultado que pode não existir.

Continue no projeto ola-kinein, na Vectis, com as ferramentas do primeiro tutorial. Também é possível acompanhar pelo terminal com g++ e suporte a C++20. As amostras continuam inventadas: esta etapa ainda roda inteiramente no computador.

Passo 1: escreva o programa

Abra o mesmo src/main.cpp e substitua o cálculo anterior pelo código abaixo. Salve antes de compilar. Você continua no mesmo projeto e não precisa alterar o CMakeLists.txt.

Se estiver usando apenas o terminal, substitua o conteúdo do seu main.cpp.

#include <array>
#include <cstddef>
#include <iomanip>
#include <iostream>
#include <optional>
#include <span>
#include <string>
#include <string_view>

struct Leitura {
  std::string sensor;
  int milicelsius;
};

std::optional<double> media_celsius(
    std::span<const Leitura> leituras,
    std::string_view sensor) {
  double soma = 0.0;
  std::size_t quantidade = 0;

  for (const Leitura& leitura : leituras) {
    if (leitura.sensor == sensor) {
      soma += static_cast<double>(leitura.milicelsius) / 1000.0;
      ++quantidade;
    }
  }

  if (quantidade == 0) {
    return std::nullopt;
  }

  return soma / static_cast<double>(quantidade);
}

int main() {
  const std::array<Leitura, 4> leituras{{
      {"sala", 21500},
      {"externo", 19100},
      {"sala", 22000},
      {"sala", 21750},
  }};

  std::cout << std::fixed << std::setprecision(2);

  for (std::string_view sensor : {"sala", "patio"}) {
    const auto media = media_celsius(leituras, sensor);
    if (media) {
      std::cout << sensor << ": " << *media << " C\n";
    } else {
      std::cout << sensor << ": sem leituras\n";
    }
  }
}

Cada temperatura é armazenada como um inteiro em milésimos de grau Celsius: 21500 representa 21,5 °C. A conversão para double acontece quando calculamos a média.

Passo 2: compile e confira o resultado

Na Vectis 0.3.5: salve com Ctrl+S, compile com Ctrl+Alt+B e espere o sucesso no painel Build. Mantenha um terminal aberto (Alt+F12) e execute pelo ▶, como na etapa anterior.

Pelo terminal: no diretório onde salvou main.cpp, execute:

g++ -std=c++20 -Wall -Wextra -Wpedantic -Werror main.cpp -o telemetria
./telemetria

Resultado esperado:

sala: 21.75 C
patio: sem leituras

As três leituras da sala somam 65,25 °C; divididas por três, produzem 21,75 °C. O pátio não aparece nas amostras, então o programa informa que não há leituras em vez de dividir por zero.

Se o compilador disser que não conhece std::span, confirme se aceita -std=c++20. No GCC, essa opção seleciona o padrão C++20.

Passo 3: entenda as escolhas de C++ moderno

• std::array mantém um conjunto pequeno e fixo de amostras neste exercício. Em uma aplicação que acumula amostras dinamicamente, std::vector é uma escolha mais adequada.
• std::string guarda o nome de cada sensor junto com a leitura. Já std::string_view recebe o nome usado na busca sem precisar criar outra string.
• std::span<const Leitura> permite percorrer as amostras sem copiá-las. É uma visão: o programa que chama a função continua responsável por manter as amostras vivas durante a chamada.
• std::optional<double> representa uma média que pode não existir. O código só acessa *media depois de verificar se há valor.

Os conceitos de interfaces explícitas, objetos que possuem seus dados e visões sem posse são desenvolvidos nas C++ Core Guidelines. O uso de std::span passou a fazer parte da biblioteca em C++20, conforme os documentos do comitê WG21. Este texto e o exemplo foram escritos para este guia; não reproduzem a documentação dessas fontes.

Passo 4: faça três pequenas mudanças

1. Troque "patio" por "externo" no laço final. A segunda linha deve passar a mostrar externo: 19.10 C.
2. Adicione {"sala", 22500} ao fim das amostras e altere o tamanho de std::array<Leitura, 4> para std::array<Leitura, 5>. A média da sala deve passar a 21.94 C após o arredondamento para duas casas.
3. Remova ou renomeie todas as leituras de "sala". O programa deve mostrar sala: sem leituras.

Recompile e execute após cada mudança. Se o resultado for diferente, confira o nome do sensor, a quantidade de elementos do std::array e a unidade de cada valor.

Próximos estudos

Você chegou ao fim deste percurso: seu ola-kinein foi de uma mensagem a um cálculo com várias leituras. Antes de acrescentar um dispositivo ou rede, pratique os exercícios e confira a saída. Este exemplo ainda não trata leituras inválidas nem o instante em que cada amostra foi obtida.

Para avançar por conta própria, uma boa tarefa é escrever testes para media_celsius com CTest e estudar como validar uma entrada recebida pelo programa.

Para aprofundar, consulte também a documentação do GCC sobre padrões de linguagem e o tutorial oficial de testes com CMake e CTest.