环形缓冲区及实现原理

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在通信程序中，经常使用环形缓冲区作为数据结构来存放通信中发送和接收的数据。环形缓冲区是一个先进先出的循环缓冲区，可以向通信程序提供对缓冲区的互斥访问。1、环形缓冲区的实现原理环形缓冲区通常有一个读指针和一个写指针。读指针指向环形缓冲区中可读的数据，写指针指向环形缓冲区中可写的缓冲区。通过移动读指针和写指针就可以实现缓冲区的数据读取和写入。在通常情况下，环形缓冲区的读用户仅仅会影响读指针，而写用户仅仅会影响写指针。如果仅仅有一个读用户和一个写用户，那么不需要添加互斥保护机制就可以保证数据的正确性。如果有多个读写用户访问环形缓冲区，那么必须添加互斥保护机制来确保多个用户互斥访问环形缓冲区。图1、图2和图3是一个环形缓冲区的运行示意图。图1是环形缓冲区的初始状态，可以看到读指针和写指针都指向第一个缓冲区处；图2是向环形缓冲区中添加了一个数据后的情况，可以看到写指针已经移动到数据块2的位置，而读指针没有移动；图3是环形缓冲区进行了读取和添加后的状态，可以看到环形缓冲区中已经添加了两个数据，已经读取了一个数据。 2、实例：环形缓冲区的实现 环形缓冲区是数据通信程序中使用最为广泛的数据结构之一，下面的代码，实现了一个环形缓冲区：/*ringbuf.c*/＃include   ＃include#defineNMAX8intiput=0;/*环形缓冲区的当前放入位置*/intiget=0;/*缓冲区的当前取出位置*/intn=0;/*环形缓冲区中的元素总数量*/doublebuffer[NMAX];/*环形缓冲区的地址编号计算函数，如果到达唤醒缓冲区的尾部，将绕回到头部。环形缓冲区的有效地址编号为：0到(NMAX-1)*/intaddring(inti){      return(i+1)==NMAX?0:i+1;}/*从环形缓冲区中取一个元素*/doubleget（void）{intpos;if(n>0){         Pos=iget;         iget=addring(iget);         n--;         returnbuffer[pos];}else{printf(“Bufferisemptyn”);return0.0;}/*向环形缓冲区中放入一个元素*/voidput(doublez) {if(nclassCShareQueue{public:CShareQueue();CShareQueue(unsignedintbufsize);virtual~CShareQueue();_Typepop_front();boolpush_back(_Typeitem);//返回容量unsignedintcapacity(){//warning:需要外部数据一致性returnm_capacity;}//返回当前个数unsignedintsize(){//warning:需要外部数据一致性returnm_size;}//是否满//warning:需要外部控制数据一致性boolIsFull() {return(m_size>=m_capacity);}boolIsEmpty(){return(m_size==0);}protected:UINTm_head;UINTm_tail;UINTm_size;UINTm_capacity;_Type*pBuf;};templateCShareQueue<_Type>::CShareQueue():m_head(0),m_tail(0),m_size(0){pBuf=new_Type[512];//默认512m_capacity=512;}templateCShareQueue<_Type>::CShareQueue(unsignedintbufsize):m_head(0),m_tail(0){if(bufsize>512||bufsize<1){pBuf=new_Type[512];m_capacity=512;}else{pBuf=new _Type[bufsize];m_capacity=bufsize;}}templateCShareQueue<_Type>::~CShareQueue(){delete[]pBuf;pBuf=NULL;m_head=m_tail=m_size=m_capacity=0;}//前面弹出一个元素template_TypeCShareQueue<_Type>::pop_front(){if(IsEmpty()){returnNULL;}_Typeitemtmp;itemtmp=pBuf[m_head];m_head=(m_head+1)%m_capacity;--m_size;returnitemtmp;}//从尾部加入队列templateboolCShareQueue<_Type>::push_back(_Typeitem){if(IsFull()){return FALSE;}pBuf[m_tail]=item;m_tail=(m_tail+1)%m_capacity;++m_size;returnTRUE;}#endif//!defined(_DALY_CSHAREQUEUE_H_)