C語(yǔ)言環(huán)形隊(duì)列的原理和特點(diǎn)

什么是環(huán)形隊(duì)列？

環(huán)形緩沖區(qū)是一個(gè)非常典型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)符合生產(chǎn)者，消費(fèi)者模型，可以理解它是一個(gè)水坑，生產(chǎn)者不斷的往里面灌水，消費(fèi)者就不斷的從里面取出水。

那就可能會(huì)有人問(wèn)，既然需要灌水，又需要取出水，為什么還需要開(kāi)辟一個(gè)緩沖區(qū)內(nèi)存空間呢？直接把生產(chǎn)者水管的尾部接到消費(fèi)者水管的頭部不就好了，這樣可以省空間啊。

答案是不行的，生產(chǎn)者生產(chǎn)水的速度是不知道的，消費(fèi)者消費(fèi)水的速度也是不知道的，如果你強(qiáng)制接在一起，因?yàn)樯a(chǎn)和消費(fèi)的速度不同，就非?？赡艽嬖谒鼙ǖ那闆r，你說(shuō)這樣危險(xiǎn)不危險(xiǎn)？

在音頻系統(tǒng)框架下，alsa就是使用環(huán)形隊(duì)列的，在生產(chǎn)者和消費(fèi)者速度不匹配的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)xrun的問(wèn)題。

環(huán)形隊(duì)列的特點(diǎn)

1、數(shù)組構(gòu)造環(huán)形緩沖區(qū)

假設(shè)我們用數(shù)組來(lái)構(gòu)造一個(gè)環(huán)形緩存區(qū)，如下圖

我們需要幾個(gè)東西來(lái)形容這個(gè)環(huán)形緩沖區(qū)，一個(gè)的讀位置，一個(gè)是寫(xiě)位置，一個(gè)是環(huán)形緩沖區(qū)的長(zhǎng)度

從圖片看，我們知道，這個(gè)環(huán)形緩沖區(qū)的讀寫(xiě)位置是指向數(shù)組的首地址的，環(huán)形緩沖區(qū)的長(zhǎng)度是 5 。

那如何判斷環(huán)形緩沖區(qū)為空呢？

如果 R == W 就是讀寫(xiě)位置相同，則這個(gè)環(huán)形緩沖區(qū)為空

那如何判斷環(huán)形緩沖區(qū)滿了呢？

如果 （W - R ）= Len ，則這個(gè)環(huán)形緩沖區(qū)已經(jīng)滿了。

2、向環(huán)形緩沖區(qū)寫(xiě)入 3個(gè)數(shù)據(jù)

寫(xiě)入 3 個(gè)數(shù)據(jù)后，W 的值等于 3 了，R 還是等于 0。

3個(gè)企鵝已經(jīng)排列

3、從環(huán)形緩沖區(qū)讀取2個(gè)數(shù)據(jù)

讀出兩個(gè)數(shù)據(jù)后，R = 2 了，這個(gè)時(shí)候，W還是等于 3，畢竟沒(méi)有再寫(xiě)過(guò)數(shù)據(jù)了。

4、再寫(xiě)入3個(gè)數(shù)據(jù)

如果 W 》 LEN 后，怎么找到最開(kāi)始的位置的呢？這個(gè)就需要進(jìn)行運(yùn)算了，W%LEN 的位置就是放入數(shù)據(jù)的位置 ，6%5 = 1。

5、再寫(xiě)入1個(gè)數(shù)據(jù)

這個(gè)時(shí)候環(huán)形隊(duì)列已經(jīng)滿了，要是想再寫(xiě)入數(shù)據(jù)的話，就不行了，（W - R） = 5 == LEN

代碼實(shí)現(xiàn)

/* 實(shí)現(xiàn)的最簡(jiǎn)單的ringbuff 有更多提升空間，可以留言說(shuō)明 */

#include “stdio.h”

#include “stdlib.h”

#define LEN 10

/*環(huán)形隊(duì)列結(jié)構(gòu)體*/

typedef struct ring_buff{

int array［LEN］;

int W;

int R;

}*ring;

/*環(huán)形隊(duì)列初始化*/

struct ring_buff * fifo_init（void）

{

struct ring_buff * p = NULL;

p = （struct ring_buff *）malloc（sizeof（struct ring_buff））;

if（p == NULL）

{

printf（“fifo_init malloc error

”）;

return NULL;

}

p-》W = 0;

p-》R = 0;

return p;

}

/*判斷環(huán)形隊(duì)列是否已經(jīng)滿了*/

int get_ring_buff_fullstate（struct ring_buff * p_ring_buff）

{

/*如果寫(xiě)位置減去讀位置等于隊(duì)列長(zhǎng)度，就說(shuō)明這個(gè)環(huán)形隊(duì)列已經(jīng)滿*/

if（（p_ring_buff-》W - p_ring_buff-》R） == LEN）

{

return （1）;

}

else

{

return （0）;

}

}

/*判斷環(huán)形隊(duì)列為空*/

int get_ring_buff_emptystate（struct ring_buff * p_ring_buff）

{

/*如果寫(xiě)位置和讀的位置相等，就說(shuō)明這個(gè)環(huán)形隊(duì)列為空*/

if（p_ring_buff-》W == p_ring_buff-》R）

{

return （1）;

}

else

{

return （0）;

}

}

/*插入數(shù)據(jù)*/

int ring_buff_insert（struct ring_buff * p_ring_buff，int data）

{

if（p_ring_buff == NULL）

{

printf（“p null

”）;

return （-1）;

}

if（get_ring_buff_fullstate（p_ring_buff） == 1）

{

printf（“buff is full

”）;

return （-2）;

}

p_ring_buff-》array［p_ring_buff-》W%LEN］ = data;

p_ring_buff-》W ++;

//printf（“inset：%d %d

”，data，p_ring_buff-》W）;

return （0）;

}

/*讀取環(huán)形隊(duì)列數(shù)據(jù)*/

int ring_buff_get（struct ring_buff * p_ring_buff）

{

int data = 0;

if（p_ring_buff == NULL）

{

printf（“p null

”）;

return （-1）;

}

if（get_ring_buff_emptystate（p_ring_buff） == 1）

{

printf（“buff is empty

”）;

return （-2）;

}

data = p_ring_buff-》array［p_ring_buff-》R%LEN］;

p_ring_buff-》R++;

return data;

}

/*銷毀*/

int ring_buff_destory（struct ring_buff * p_ring_buff）

{

if（p_ring_buff == NULL）

{

printf（“p null

”）;

return （-1）;

}

free（p_ring_buff）;

return （0）;

}

int main（）

{

int i = 0;

/*定義一個(gè)環(huán)形緩沖區(qū)*/

ring pt_ring_buff = fifo_init（）;

/*向環(huán)形緩沖區(qū)中寫(xiě)入數(shù)據(jù)*/

for（i = 0;i《10;i++）

{

ring_buff_insert（pt_ring_buff，i）;

}

/*從環(huán)形緩沖區(qū)中讀出數(shù)據(jù)*/

for（i = 0;i《10;i++）

{

printf（“%d ”，ring_buff_get（pt_ring_buff））;

}

/*銷毀一個(gè)環(huán)形緩沖區(qū)*/

ring_buff_destory（pt_ring_buff）;

return （1）;

}

換一個(gè)寫(xiě)法，這個(gè)寫(xiě)法是各種大神級(jí)別的

/* 實(shí)現(xiàn)的最簡(jiǎn)單的ringbuff 有更多提升空間，可以留言說(shuō)明 */

#include “stdio.h”

#include “stdlib.h”

#define LEN 64

/*環(huán)形隊(duì)列結(jié)構(gòu)體*/

typedef struct ring_buff{

int array［LEN］;

int W;

int R;

}*ring;

/*環(huán)形隊(duì)列初始化*/

struct ring_buff * fifo_init（void）

{

struct ring_buff * p = NULL;

p = （struct ring_buff *）malloc（sizeof（struct ring_buff））;

if（p == NULL）

{

printf（“fifo_init malloc error

”）;

return NULL;

}

p-》W = 0;

p-》R = 0;

return p;

}

/*判斷環(huán)形隊(duì)列是否已經(jīng)滿了*/

int get_ring_buff_fullstate（struct ring_buff * p_ring_buff）

{

/*如果寫(xiě)位置減去讀位置等于隊(duì)列長(zhǎng)度，就說(shuō)明這個(gè)環(huán)形隊(duì)列已經(jīng)滿*/

if（（p_ring_buff-》W - p_ring_buff-》R） == LEN）

{

return （1）;

}

else

{

return （0）;

}

}

/*判斷環(huán)形隊(duì)列為空*/

int get_ring_buff_emptystate（struct ring_buff * p_ring_buff）

{

/*如果寫(xiě)位置和讀的位置相等，就說(shuō)明這個(gè)環(huán)形隊(duì)列為空*/

if（p_ring_buff-》W == p_ring_buff-》R）

{

return （1）;

}

else

{

return （0）;

}

}

/*插入數(shù)據(jù)*/

int ring_buff_insert（struct ring_buff * p_ring_buff，int data）

{

if（p_ring_buff == NULL）

{

printf（“p null

”）;

return （-1）;

}

if（get_ring_buff_fullstate（p_ring_buff） == 1）

{

printf（“buff is full

”）;

return （-2）;

}

//p_ring_buff-》array［p_ring_buff-》W%LEN］ = data;

p_ring_buff-》array［p_ring_buff-》W&（LEN -1）］ = data;

p_ring_buff-》W ++;

//printf（“inset：%d %d

”，data，p_ring_buff-》W）;

return （0）;

}

/*讀取環(huán)形隊(duì)列數(shù)據(jù)*/

int ring_buff_get（struct ring_buff * p_ring_buff）

{

int data = 0;

if（p_ring_buff == NULL）

{

printf（“p null

”）;

return （-1）;

}

if（get_ring_buff_emptystate（p_ring_buff） == 1）

{

printf（“buff is empty

”）;

return （-2）;

}

//data = p_ring_buff-》array［p_ring_buff-》R%LEN］;

data = p_ring_buff-》array［p_ring_buff-》R&（LEN -1）］;

p_ring_buff-》R++;

return data;

}

/*銷毀*/

int ring_buff_destory（struct ring_buff * p_ring_buff）

{

if（p_ring_buff == NULL）

{

printf（“p null

”）;

return （-1）;

}

free（p_ring_buff）;

return （0）;

}

int main（）

{

int i = 0;

/*定義一個(gè)環(huán)形緩沖區(qū)*/

ring pt_ring_buff = fifo_init（）;

/*向環(huán)形緩沖區(qū)中寫(xiě)入數(shù)據(jù)*/

for（i = 0;i《10;i++）

{

ring_buff_insert（pt_ring_buff，i）;

}

/*從環(huán)形緩沖區(qū)中讀出數(shù)據(jù)*/

for（i = 0;i《10;i++）

{

printf（“%d ”，ring_buff_get（pt_ring_buff））;

}

/*銷毀一個(gè)環(huán)形緩沖區(qū)*/

ring_buff_destory（pt_ring_buff）;

return （1）;

}

總結(jié)

環(huán)形隊(duì)列的使用場(chǎng)景非常多，安卓的音頻數(shù)據(jù)讀寫(xiě)，很多都用到環(huán)形隊(duì)列，我們?cè)陂_(kāi)發(fā)過(guò)程中使用的環(huán)形隊(duì)列肯定比我上面的那個(gè)例子要復(fù)雜的多，我這里演示的是比較簡(jiǎn)單的功能，但是麻雀雖小，五臟俱全，希望這個(gè)麻雀讓你們了解這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在實(shí)際項(xiàng)目中大展身手。

原文標(biāo)題：C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)環(huán)形隊(duì)列的原理和方法

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責(zé)任編輯：haq