[common c/c++] ring buffer/circular buffer 环形队列/环形缓冲区

前言:

ring buffer / circular buffer 又名环形队列 / 环形缓冲区,其通过开辟固定尺寸的内存来实现反复复用同一块内存的目的。由于预先开辟了固定尺寸的内容,所以当数据满的时候,可以有两种处理方式,具体使用哪一种按照实际需求,具体如下:

1)当队列满的时候,新来的数据会覆盖最古老的数据,这种数据结构的特点是数据的写入不会因为队列满了而停止,同时也会导致旧数据的丢失,常用在一些对老旧数据不敏感的场景。如果数据很重要且不希望被丢弃,那么不要使用这种覆盖的模式,比如 流媒体场景下,每一帧数据都要确保完整地被渲染出来,不然会出现跳帧和音画同步无法完成等问题,所以不适合这种模式。

2)当数据满的时候,block 或者禁止写入操作,直到队列有空间时再允许写入。这种模式下可以保证数据不被覆盖掉。

环形队列优势在于,不需要反复开辟(alloc)内存空间,可以反复复用同一块内存区域,这样避免了反复申请释放内存带来的时间开销和内存碎片化。

ps:下文以环形队列来代替 ring buffer / circular buffer / 环形缓冲区。

环形队列的最小可操作单位并不是固定的,可以是一个字节的内存空间,也可以是N个字节,或者是其他数据结构体类型的内存尺寸,这取决于环形队列最小单元的尺寸。比如  char ringbuffer[409600] 的环形队列,可操作的最小单位一般就是一个字节,long long ringbuffer[409600] 的环形队列,很可能就是按照8个字节作为一个最小粒度单元的。

下文中使用单位一次来指代环形队列的最小可操作元素,同样地一个步进单位也是指一次地址移动的步长。

设计思路:

环形队列 的管理需要 4 个 index 值 ,队列开始处 start,队列结束处 end,已填充区域的头部 head,已填充区域的尾部 tail。因为环形队列是固定尺寸的缓冲区,所以一般情况下使用内存地址来表示者 4个 index。

start 和 end 表示开辟的固定内存空间的 起始位置,用来限定整个环形队列可以游走的空间范围。start指向内存开始的地址,end指向内存结束的地址。

head 和 tail 反映已经写入数据的内存空间的 起始位置,这里用反映而不是用表示是说明 head 和 tail 对于地址的表示 和 start 和 end 有所不同。 head 指向下一次可写入地址的开始位置,注意这里是下一次可写入,而不是上一次写入的尾部。tail 指向已经写入区域的最老的内存单元的地址。head 指向的是未被写入的地址,tail指向的是已经被写入的地址。

几个重要的限定条件:

1)head index 只能指向未被写入的位置。

A ‘head’ index - the point at which the producer inserts items into the buffer.

2)tail index 可以指向任何位置。

A ‘tail’ index - the point at which the consumer finds the next item in the buffer.

3)队列满:当 head index 前进一个 单位后等于 tail index 的时候,队列就满了,这个时候其实还剩余一个未被写入的单位,因为 head 永远是指向未被写入的单位。所以队列满等于 head + sizeof(element) = tail 。如果head 和 tail 是指针,那么 head + 1 = tail,因为指针 加 1 会根据指针类型自动调节字节步长。

the buffer is full when the head pointer is one less than the tail pointer.

伪代码:

bool isempty(){

  if(tail == head)

    return true;

  else

    return false;

}

4)队列空:当 tail index 等于 head index 的时候,队列就空了。

Typically when the tail pointer is equal to the head pointer, the buffer is empty

伪代码:

bool isfull(){

  if(tail == head+1)

    return true;

  else

    return false;

}

上面伪代码只做说明,不可实用,因为实际情况下需要考虑到 head 和 tail 到达和越过  end 时需要重置到 start 位置重新计算的问题。

是否需要考虑同步问题:

是,需要考虑同步问题。

单生产者和单消费者场景下,产消双方没有机会操作相同的队列单元,但是head index 和 tail index 还是存在 race condition 的。

多生产者和多消费者场景下,更需要加锁。

implement with c++ 11:

队列满则覆盖版老数据版本:

队列满则等待可用空间版本:

implement with c:

队列满则覆盖版老数据版本:

队列满则等待可用空间版本:

lock free practice:

队列满则覆盖版老数据版本:

队列满则等待可用空间版本:

参考:

Circular Buffers — The Linux Kernel documentationicon-default.png?t=N7T8https://www.kernel.org/doc/html/v4.20/core-api/circular-buffers.html

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/news/128426.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

HCL模拟器综合实验案例(2)

本案例提供给计算机网络专业学生以及参加新华三杯的同学进行学习 题目 由于公司并购前的历史原因导致双方使用不同的 OSPF 进程,经由总部技术部统一规划后再做调整,现阶段使用暂时过渡方案,即使用静态路由、OSPF、RIP、BGP多协议组网&#x…

协同办公系统:企业提质增效的利器

随着科技的不断发展,企业对于提高工作效率、优化管理流程、降低成本的需求日益迫切。协同办公系统应运而生,成为了许多企业提质增效的利器。那么,协同办公系统究竟是如何帮助企业实现这些目标的呢?本文将从以下几个方面进行详细阐…

【CSS】样式的计算过程

标签的 CSS 样式 现在有这么一段 HTML 代码&#xff1a; <div class"test"><h1>Hello World</h1> </div>目前我们没有给 h1 设置任何样式&#xff0c;可以看到 h1 自带了一些样式&#xff0c;eg&#xff1a;font-size、font-weight、margi…

微信小程序快速备案的通道揭秘方法

随着国家政策的调整&#xff0c;微信小程序备案已变得刻不容缓。传统备案路径较为繁琐&#xff0c;耗时较长&#xff0c;为解决此痛点&#xff0c;今天我们将揭示一个快速备案的新通道。 步骤1&#xff1a;探索智慧助手 打开微信&#xff0c;探索“智慧商家服务助手”公众号。…

NProgress顶部进度条的用法

大家打开一个网页的时候&#xff0c;会看到一个进度条&#xff0c;然后加载完成后进度条就消失了。这个呢&#xff0c;就是一个第三方的进度条库&#xff0c;叫做nprogress. 1.首先安装nprogress(咱直接用npm安装了) : npm install --save nprogress 2.然后在 router/index.j…

编译支持GPU的opencv,并供python的import cv2调用

下载opencv和opencv_contrib&#xff0c;cmake过程中要下载的一些包可以手动下载配置&#xff0c;如果网络较好&#xff0c;也可以等待自动下载。主要记录的是cmake命令&#xff1a; cmake -D CMAKE_BUILD_TYPERELEASE \-D BUILD_opencv_python3YES \-D CMAKE_INSTALL_PREFIX/…

Mac允许任何来源的的安装包进行安装

首先打开终端&#xff0c;开启“任何来源”&#xff0c;执行如下命令&#xff1a; sudo spctl --master-disable 然后回车&#xff0c;继续输入密码&#xff08;密码输入时是不可见的&#xff09;&#xff0c;然后回车。 接着打开【系统偏好设置】&#xff0c;选择【安全性与…

MySQL(6):多表查询

多表查询&#xff0c;也称为关联查询&#xff0c;指两个或更多个表一起完成查询操作。 前提条件&#xff1a; 这些一起查询的表之间是有关系的&#xff08;一对一、一对多&#xff09;&#xff0c;它们之间一定是有关联字段&#xff0c;这个关联字段可能建立了外键&#xff0c;…

CSS3盒模型

CSS3盒模型规定了网页元素的显示方式&#xff0c;包括大小、边框、边界和补白等概念。2015年4月&#xff0c;W3C的CSS工作组发布了CSS3基本用户接口模块&#xff0c;该模块负责控制与用户接口界面相关效果的呈现方式。 1、盒模型基础 在网页设计中&#xff0c;经常会听到内容…

Spring Boot 整合 MyBatis Plus

目录 一、初始化演示数据 二、创建应用 二、应用配置 三、实体类 四、Mapper 五、Mapper 映射文件 六、Service 七、Service 层抽象接口 八、配置 Mapper 扫描包 九、在日志中输出 SQL 十、测试 MyBatis Plus 是 MyBatis 框架的一个增强。除了基本的 MyBatis 功能外…

浅谈安科瑞电力监控系统在百事亚洲研发中心的应用

摘要&#xff1a;介绍百事亚洲研发中心&#xff0c;采用智能电力仪表、采集配电现场的各种电参量和开关信号。系统采用现场就地组网的方式&#xff0c;组网后通过现场总线通讯并远传至后台&#xff0c;通过Acrel-2000型电力监控系统实现配电所配电回路用电的实时监控和管理。 …

【AI视野·今日Robot 机器人论文速览 第六十一期】Tue, 24 Oct 2023

AI视野今日CS.Robotics 机器人学论文速览 Tue, 24 Oct 2023 Totally 50 papers &#x1f449;上期速览✈更多精彩请移步主页 Daily Robotics Papers Robot Fine-Tuning Made Easy: Pre-Training Rewards and Policies for Autonomous Real-World Reinforcement Learning Autho…

全球互联网信息,中文内容只占1.3%,学好英语,这几条路子让你赚认知外的钱

在全世界的整个互联网上&#xff0c;中文内容只占1.3%&#xff0c;而英文内容接近60%&#xff0c;如果你不会英语&#xff0c;你的眼界和思维将局限在这1.3%里面。 单单就说赚钱这个事情&#xff0c;学好英语&#xff0c;你可以有很多特殊的路子赚到大钱&#xff0c;可以赚到你…

c语言练习(9周)(16~20)

输入12个一位整数&#xff0c;创建二维数组a[3][4]&#xff0c;显示二维数组及各列的平均值&#xff0c;平均值四舍五入到小数点后一位。 题干输入12个一位整数&#xff0c;创建二维数组a[3][4]&#xff0c;显示二维数组及各列的平均值&#xff0c;平均值四舍五入到小数点后一…

uni-app 应对微信小程序最新隐私协议接口要求的处理方法

这里给大家分享我在网上总结出来的一些知识&#xff0c;希望对大家有所帮助 一&#xff0c;问题起因 最新在开发小程序的时候&#xff0c;调用微信小程序来获取用户信息的时候经常报错一个问题 fail api scope is not declared in the privacy agreement&#xff0c;api更具公告…

STM32:AHT20温湿度传感器驱动程序开发

注&#xff1a;温湿度传感器AHT20数据手册.pdf http://www.aosong.com/userfiles/files/AHT20%E4%BA%A7%E5%93%81%E8%A7%84%E6%A0%BC%E4%B9%A6(%E4%B8%AD%E6%96%87%E7%89%88)%20B1.pdf 一、分析AHT数据手册文档 (1).准备工作 1.新建工程。配置UART2 2.配置I2C1为I2C标准模式&…

Rocky9 上安装 redis-dump 和redis-load 命令

一、安装依赖环境 1、依赖包 dnf -y install perl gcc gcc-c zlib-devel2、编译openssl 1.X ### 下载编译 wget https://www.openssl.org/source/openssl-1.1.1t.tar.gz tar xf openssl-1.1.1t.tar.gz cd openssl-1.1.1t ./config --prefix/usr/local/openssl make make ins…

[Hive] 查询结果保存

文章目录 1.插入新表追加 2.插入hdfs文件系统 1.插入新表 使用INSERT OVERWRITE语句的情况&#xff1a; 整个表&#xff1a;可以使用INSERT OVERWRITE TABLE table_name语句将查询结果直接覆盖整个表中的数据。 INSERT OVERWRITE TABLE table_name SELECT * FROM ...特定分区…

Vue项目创建与启动(2023超详细的图文教程)

目录 一、下载node.js 二、下载vue-cli与webpack插件 三、项目初始化(项目配置详细信息) 四、项目启动 五、Vue项目工程结构&#xff08;扩展知识&#xff09; 一、下载node.js 1.检测是否已经安装过node.js 打开控制台,输入 npm -v如果有会显示对应版本 如果没有会显示…

centos中mongodb设置服务自启动并 允许远程IP访问

安装mongodb参考 注意的是配置文件需要把journal设置为true 制作为系统服务 创建MongoDB服务文件。运行以下命令创建服务文件/etc/systemd/system/mongod.service&#xff1a; vi /etc/systemd/system/mongod.service [Unit] DescriptionMongoDB Database Server Documenta…