Arduino-ESP32 Preferences库：键值对数据存储-优快云博客

Arduino-ESP32 Preferences库：键值对数据存储

【免费下载链接】arduino-esp32 Arduino core for the ESP32 项目地址: https://gitcode.com/GitHub_Trending/ar/arduino-esp32

概述

在嵌入式系统开发中，非易失性存储（Non-Volatile Storage，NVS）是保存配置数据、设备状态和用户设置的关键技术。Arduino-ESP32的Preferences库提供了一个简单易用的键值对（Key-Value）存储接口，让开发者能够轻松地在ESP32的闪存中存储和检索各种数据类型。

Preferences库基于ESP-IDF的NVS（Non-Volatile Storage）子系统构建，提供了类型安全的数据存储方案，支持从基本数据类型到复杂数据结构的存储需求。

核心特性

数据类型支持

Preferences库支持丰富的数据类型：

数据类型	存储方法	读取方法	大小
int8_t	putChar()	getChar()	1字节
uint8_t	putUChar()	getUChar()	1字节
int16_t	putShort()	getShort()	2字节
uint16_t	putUShort()	getUShort()	2字节
int32_t	putInt()	getInt()	4字节
uint32_t	putUInt()	getUInt()	4字节
int64_t	putLong64()	getLong64()	8字节
uint64_t	putULong64()	getULong64()	8字节
float	putFloat()	getFloat()	4字节
double	putDouble()	getDouble()	8字节
bool	putBool()	getBool()	1字节
字符串	putString()	getString()	可变长度
二进制数据	putBytes()	getBytes()	最大496KB

命名空间管理

Preferences使用命名空间（Namespace）来组织数据，防止不同模块间的键名冲突：

Preferences prefs;
prefs.begin("app-config", false);  // 使用"app-config"命名空间
prefs.begin("network", false);     // 使用"network"命名空间

快速入门

基本使用流程

#include <Preferences.h>

Preferences preferences;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  
  // 1. 初始化Preferences（读写模式）
  preferences.begin("my-app", false);
  
  // 2. 存储数据
  preferences.putUInt("boot_count", 1);
  preferences.putString("device_name", "ESP32-Device");
  preferences.putBool("is_configured", true);
  
  // 3. 读取数据
  uint32_t count = preferences.getUInt("boot_count", 0);
  String name = preferences.getString("device_name", "Default");
  bool configured = preferences.getBool("is_configured", false);
  
  Serial.printf("Boot count: %u\n", count);
  Serial.printf("Device name: %s\n", name.c_str());
  Serial.printf("Configured: %s\n", configured ? "Yes" : "No");
  
  // 4. 清理资源
  preferences.end();
}

void loop() {}

启动计数器示例

#include <Preferences.h>

Preferences prefs;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  
  prefs.begin("startup-counter", false);
  
  // 读取启动次数，默认为0
  unsigned int counter = prefs.getUInt("counter", 0);
  
  // 增加计数器
  counter++;
  
  Serial.printf("设备已启动 %u 次\n", counter);
  
  // 保存新的计数值
  prefs.putUInt("counter", counter);
  
  prefs.end();
  
  // 模拟10秒后重启
  delay(10000);
  ESP.restart();
}

void loop() {}

高级用法

结构体存储

Preferences库支持通过putBytes()和getBytes()方法存储复杂数据结构：

#include <Preferences.h>

Preferences prefs;

// 定义配置结构体
typedef struct {
  uint8_t hour;
  uint8_t minute;
  uint8_t brightness;
  uint16_t timeout;
} device_config_t;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  prefs.begin("device-config", false);
  
  // 创建配置数据
  device_config_t config = {
    .hour = 9,
    .minute = 30,
    .brightness = 200,
    .timeout = 3000
  };
  
  // 存储结构体
  prefs.putBytes("config", &config, sizeof(config));
  
  // 读取结构体
  device_config_t loaded_config;
  size_t len = prefs.getBytes("config", &loaded_config, sizeof(loaded_config));
  
  if (len == sizeof(loaded_config)) {
    Serial.printf("配置加载成功: %02d:%02d, 亮度: %d, 超时: %dms\n",
                 loaded_config.hour, loaded_config.minute,
                 loaded_config.brightness, loaded_config.timeout);
  }
  
  prefs.end();
}

void loop() {}

数据管理操作

#include <Preferences.h>

Preferences prefs;

void manageData() {
  prefs.begin("data-management", false);
  
  // 检查键是否存在
  if (prefs.isKey("important_value")) {
    Serial.println("键 'important_value' 存在");
  }
  
  // 获取键的数据类型
  PreferenceType type = prefs.getType("important_value");
  Serial.printf("数据类型: %d\n", type);
  
  // 删除单个键
  prefs.remove("temp_value");
  
  // 清空整个命名空间
  // prefs.clear();
  
  // 获取剩余空间信息
  size_t free_entries = prefs.freeEntries();
  Serial.printf("剩余存储条目: %u\n", free_entries);
  
  prefs.end();
}

最佳实践

1. 命名规范

mermaid

2. 错误处理

#include <Preferences.h>

Preferences prefs;

bool saveConfiguration() {
  if (!prefs.begin("config", false)) {
    Serial.println("Preferences初始化失败");
    return false;
  }
  
  size_t result = prefs.putUInt("value", 42);
  if (result == 0) {
    Serial.println("数据存储失败");
    prefs.end();
    return false;
  }
  
  prefs.end();
  return true;
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  
  if (saveConfiguration()) {
    Serial.println("配置保存成功");
  }
}

3. 数据版本管理

#include <Preferences.h>

Preferences prefs;

void migrateData() {
  prefs.begin("app-data", false);
  
  // 检查数据版本
  uint32_t data_version = prefs.getUInt("data_version", 0);
  
  if (data_version < 2) {
    // 从版本1迁移到版本2
    if (prefs.isKey("old_setting")) {
      int old_value = prefs.getInt("old_setting", 0);
      prefs.putInt("new_setting", old_value * 2); // 数据转换
      prefs.remove("old_setting");
    }
    prefs.putUInt("data_version", 2);
  }
  
  prefs.end();
}

性能优化

读写优化策略

#include <Preferences.h>

Preferences prefs;

void optimizedStorage() {
  // 批量操作：先begin，执行多次操作，最后end
  prefs.begin("optimized", false);
  
  // 批量写入数据
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
    char key[16];
    sprintf(key, "item_%d", i);
    prefs.putInt(key, i * 100);
  }
  
  // 批量读取数据
  int total = 0;
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
    char key[16];
    sprintf(key, "item_%d", i);
    total += prefs.getInt(key, 0);
  }
  
  Serial.printf("总和: %d\n", total);
  prefs.end();
}

内存使用考虑

mermaid

实际应用场景

物联网设备配置

#include <Preferences.h>
#include <WiFi.h>

Preferences devicePrefs;

class DeviceConfig {
private:
  String ssid;
  String password;
  String mqttServer;
  int mqttPort;
  
public:
  bool loadConfig() {
    devicePrefs.begin("iot-device", false);
    
    ssid = devicePrefs.getString("wifi_ssid", "");
    password = devicePrefs.getString("wifi_password", "");
    mqttServer = devicePrefs.getString("mqtt_server", "mqtt.example.com");
    mqttPort = devicePrefs.getInt("mqtt_port", 1883);
    
    devicePrefs.end();
    return !ssid.isEmpty();
  }
  
  bool saveConfig(String newSSID, String newPassword, 
                 String newMQTTServer, int newMQTTPort) {
    devicePrefs.begin("iot-device", false);
    
    devicePrefs.putString("wifi_ssid", newSSID);
    devicePrefs.putString("wifi_password", newPassword);
    devicePrefs.putString("mqtt_server", newMQTTServer);
    devicePrefs.putInt("mqtt_port", newMQTTPort);
    
    devicePrefs.end();
    return true;
  }
  
  void connectWiFi() {
    if (loadConfig()) {
      WiFi.begin(ssid.c_str(), password.c_str());
      Serial.println("正在连接WiFi...");
    }
  }
};

用户偏好设置

#include <Preferences.h>

Preferences userPrefs;

struct UserPreferences {
  int brightness;
  int volume;
  bool darkMode;
  String language;
};

UserPreferences getUserPreferences() {
  UserPreferences prefs;
  userPrefs.begin("user-prefs", true); // 只读模式
  
  prefs.brightness = userPrefs.getInt("brightness", 80);
  prefs.volume = userPrefs.getInt("volume", 50);
  prefs.darkMode = userPrefs.getBool("dark_mode", false);
  prefs.language = userPrefs.getString("language", "zh-CN");
  
  userPrefs.end();
  return prefs;
}

void saveUserPreferences(const UserPreferences& prefs) {
  userPrefs.begin("user-prefs", false);
  
  userPrefs.putInt("brightness", prefs.brightness);
  userPrefs.putInt("volume", prefs.volume);
  userPrefs.putBool("dark_mode", prefs.darkMode);
  userPrefs.putString("language", prefs.language);
  
  userPrefs.end();
}

故障排除

常见问题及解决方案

问题现象	可能原因	解决方案
数据读取为默认值	键不存在或数据类型不匹配	使用isKey()检查键是否存在
存储空间不足	数据量过大或频繁写入	优化数据结构，减少写入频率
数据损坏	意外断电或写入中断	实现数据校验机制
性能下降	频繁的begin/end操作	批量处理读写操作

调试技巧

#include <Preferences.h>

Preferences debugPrefs;

void debugPreferences() {
  debugPrefs.begin("debug-namespace", true);
  
  // 列出所有键及其类型
  const char* keys[] = {"key1", "key2", "key3"}; // 已知的键
  for (const char* key : keys) {
    if (debugPrefs.isKey(key)) {
      PreferenceType type = debugPrefs.getType(key);
      Serial.printf("键: %s, 类型: %d\n", key, type);
    }
  }
  
  debugPrefs.end();
}

总结

Arduino-ESP32的Preferences库为开发者提供了强大而灵活的非易失性存储解决方案。通过合理的命名空间管理、数据类型支持和错误处理机制，开发者可以轻松实现：

🔧 设备配置持久化 - 保存网络设置、设备参数等
📊 运行状态记录 - 跟踪启动次数、运行时间等
⚙️ 用户偏好存储 - 保存用户自定义设置
🗃️ 数据缓存 - 临时数据的非易失存储

记住最佳实践：合理使用命名空间、实现错误处理、优化读写操作频率，并考虑数据版本迁移策略。这些技巧将帮助您构建更加稳定可靠的ESP32应用程序。

Preferences库是ESP32生态系统中不可或缺的工具，掌握其使用将显著提升您的嵌入式开发能力。

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创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考