什么是環(huán)形隊(duì)列？C語言環(huán)形隊(duì)列的特點(diǎn)與實(shí)現(xiàn)

一、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，既然需要灌水，又需要取出水，為什么還需要開辟一個(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的問題。

二、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)組來構(gòu)造一個(gè)環(huán)形緩存區(qū)，如下圖所示：

我們需要幾個(gè)東西來形容這個(gè)環(huán)形緩沖區(qū)，一個(gè)的讀位置，一個(gè)是寫位置，一個(gè)是環(huán)形緩沖區(qū)的長度。

從圖片看，我們知道，這個(gè)環(huán)形緩沖區(qū)的讀寫位置是指向數(shù)組的首地址的，環(huán)形緩沖區(qū)的長度是 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)寫入3個(gè)數(shù)據(jù)

寫入 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，畢竟沒有再寫過數(shù)據(jù)了。

4、再寫入3個(gè)數(shù)據(jù)

如果 W > LEN 后，怎么找到最開始的位置的呢？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，要是想再寫入數(shù)據(jù)的話，就不行了，(W - R) = 5 == LEN

三、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)
{
/*如果寫位置減去讀位置等于隊(duì)列長度，就說明這個(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)
{
/*如果寫位置和讀的位置相等，就說明這個(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)寫法，這個(gè)寫法是各種大神級(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)
{
/*如果寫位置減去讀位置等于隊(duì)列長度，就說明這個(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)
{
/*如果寫位置和讀的位置相等，就說明這個(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);
}

?

四、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，很多都用到環(huán)形隊(duì)列，我們?cè)陂_發(fā)過程中使用的環(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。
?