Массивы массивов: вложенные списки без паники

Прогноз для теплицы приходил от узла на веранде: на каждый день две температуры, ночная и дневная. Первая версия протокола была честной и наивной — четырнадцать ключей: day1, night1, day2, night2 и так до седьмого дня. Скетч вытаскивал их четырнадцатью строками чтения, и всё работало ровно до того дня, как я захотел десятидневный прогноз. Ключи в пакете добавились, скетч — нет: пять новых дней молча остались нулями, а теплица не открыла форточку, потому что по таблице «днём минус».

Вторую версию я сгоряча упростил: сложил все значения в один плоский массив и различал день и ночь по чётности индекса. Работало и пересчитывалось. Через месяц я открыл тот скетч и добрых полчаса вспоминал, что именно лежит под нечётными номерами. Экономия одной пары скобок обернулась легендой, которую приходилось носить в голове и передавать из рук в руки.

В этом уроке — третья версия, массив массивов: внешний список по дням, внутренний кортеж из двух значений. Разберём чтение по индексам, порядок циклов, где двумерные данные живут в настоящих API и сколько стоит каждый уровень вложенности. Прогоним всё в симуляторе: движок книги читает вложенные массивы так же, как настоящая плата.

Массив внутри массива записывается двумя парами квадратных скобок: [[10.2,18.5],[9.8,17.1],[11.0,19.4]]. Внешний массив держит по элементу на день, каждый элемент — маленький массив из двух значений: ночной и дневной градус. Вся грамматика уже была в уроке про синтаксис JSON, ничего нового: скобки те же, просто внутри значений лежат ещё одни скобки. Вкладывать можно и дальше, но каждый уровень — отдельный контейнер в памяти документа со своей ячейкой и своим разбором, и на Uno с двумя килобайтами SRAM моё правило — не глубже двух-трёх этажей.

Чтение идёт слева направо, по одному индексу за шаг: doc["week"][2][0] — ключ week, потом третий день, потом первое значение внутри него. Индексы считаются с нуля, как при чтении плоских полей. Порядок скобок — это порядок спуска: поменять местами два последних индекса в кортеже из двух значений значит выйти за границу, и библиотека молча вернёт ноль. Никакого сообщения — ноль как температура, ровно как в моей теплице того июля.

Циклы ложатся на матрёшку как по чертежу: внешний for идёт по дням, внутри него два чтения — [d][0] и [d][1]. Если значений в кортеже больше, внутренний уровень тоже перебирается своим for с собственной границей. Главное — не смешивать уровни: когда оба цикла идут по одному массиву, легко уехать на строку выше и читать чужие значения, не получив ни единого предупреждения.

Научитесь читать матрёшку глазами парсера — это экономит часы. Скопируйте пакет и пройдите по скобкам: открылась квадратная — массив, запятые делят его на дни; открылась вложенная квадратная — кортеж, в нём два значения. Глубина видна сразу, имена не нужны. Если структура чужая, прогоните её через любой онлайн-форматировщик: он разложит плотную строку на уровни с отступами, и каждый этаж получит свою строку. Мне хватает этого ритуала перед каждым новым API: минута взгляда против получаса проб и нулей на экране.

Двумерных данных вокруг много. Прогноз OpenWeatherMap — массив list из шагов по три часа, и в каждом шаге спрятан объект main с температурой; расписание полива — дни недели, в каждом часы и литры; таблица кодов пульта — ряды и колонки. Когда структура двумерная по смыслу, честнее всего отдавать её двумерной и в пакете, а не сплющивать в строку с легендой на полях.

У двумерной таблицы есть сосед — массив объектов: [{"noch":10.2,"den":18.5},{"noch":9.8,"den":17.1}]. Он читается глазами без легенды: сразу видно, какое значение ночное. Плата за это — байты: каждое значение тащит имя ключа в каждом элементе, и на пакете из сотни строк разница с массивом массивов доходит до сотен байтов. Для протоколов между моими собственными устройствами я беру массив массивов: короче, а порядок полей я сам же зафиксировал и подписал в скетче.

Цена вопроса в байтах считается на пальцах. Пара с именами {"noch":10.2,"den":18.5} занимает двадцать четыре символа; та же пара массивом [10.2,18.5] — двенадцать. На неделе из семи дней разница — восемьдесят четыре байта, на сотне строк — больше килобайта, а для Uno это не «просто байты», а половина всей SRAM. Имена ключей — самый дорогой компонент пакета: каждое значение несёт своё имя рядом с собой через запятую.

Для чужих API выбора нет: приходят объекты, и путь достаётся длиннее — doc["list"][0]["main"]["temp"]. Такой спуск мы уже делали на живой плате в уроке про JSON по HTTP на ESP32: список шагов с вложенным объектом разбирается той же логикой слева направо, просто скобок больше. Уровни те же, меняется только тип каждого этажа.

Есть и третий путь — плоские ключи day1, night1: для двух-трёх пар он даже читабельнее, но при семи днях это четырнадцать строк чтения и четырнадцать мест для опечатки. Когда данных по проводу много и их хочется печатать колонками, посмотрите таблицы данных из Serial: двумерная структура и табличный вывод созданы друг для друга.

Движок книги читает вложенные массивы по-настоящему: строка разбирается в документ, элементы доступны по двойному индексу, цикл по дням работает как на плате. Одна честная оговорка про форму доступа: в симуляторе ключ читается точечной записью doc.week[d][0] — на настоящей плате она равнозначна doc["week"][d][0], но движок понимает только точку. Скобочную форму, вложенные объекты и полный тип DeserializationError гоняйте на плате — скетч из блока выше для того и лежит.

Ещё одно свойство, о котором забывают: внутренние массивы не обязаны быть одинаковой длины. В неделе из кортежей по два значения это неважно, но пакет вида [[10,18],[9,17,4]] — кортеж из трёх значений во втором дне — валиден, и чтение третьего элемента честно вернёт четвёрку. Полагаться на переменную длину я не советую: в своём протоколе держите кортеж фиксированным, а в чужих пакетах проверяйте длину перед чтением хвоста — чтение за границей и здесь молча даст ноль.

Внутри сим-блока — неделя теплицы: семь пар «ночь, день». Строка razbor= показывает, удался ли разбор; дальше цикл печатает каждую строку таблицы с разницей градусов и выводит среднюю по дням и самый холодный день. Поменяйте одно значение в пакете — пересчитается вся таблица: разбор, обход, статистика. Чтение за границей массива движок, как и библиотека, ответит нулём — проверьте это экспериментом из списка ниже.

Две пары скобок, два цикла, ноль магии — двумерные данные перестают пугать, как только вы читаете их глазами парсера: индекс за индексом, слева направо. Числа из симуляции и с платы совпадут до сотой: средняя по дням 18.51 градуса одна и та же по обе стороны экрана. Следующий шаг — данные, которых много: история измерений, которую терять по одной точке за раз жалко и каналу, и серверу. В следующем уроке пакуем сотню показаний в один JSON, считаем его байты до отправки и рисуем график прямо в мониторе порта. Домашнее задание с платой: примите свой же недельный пакет обратно и разложите по дням, сверив с печатью из этого урока; а если история длиннее недели, ей самое место в логе на SD-карте.