C语言，环形队列

什么是环形队列？

环形缓冲区是一个非常典型的数据结构，这种数据结构符合生产者，消费者模型，可以理解它是一个水坑，生产者不断的往里面灌水，消费者就不断的从里面取出水。

那就可能会有人问，既然需要灌水，又需要取出水，为什么还需要开辟一个缓冲区内存空间呢？直接把生产者水管的尾部接到消费者水管的头部不就好了，这样可以省空间啊。

答案是不行的，生产者生产水的速度是不知道的，消费者消费水的速度也是不知道的，如果你强制接在一起，因为生产和消费的速度不同，就非常可能存在水管爆炸的情况，你说这样危险不危险？

在音频系统框架下，alsa就是使用环形队列的，在生产者和消费者速度不匹配的时候，就会出现xrun的问题。

环形队列的特点

1、数组构造环形缓冲区

假设我们用数组来构造一个环形缓存区，如下图

640?wx_fmt=png

我们需要几个东西来形容这个环形缓冲区，一个的读位置，一个是写位置，一个是环形缓冲区的长度

640?wx_fmt=png

从图片看，我们知道，这个环形缓冲区的读写位置是指向数组的首地址的，环形缓冲区的长度是 5 。

那如何判断环形缓冲区为空呢？

如果 R == W 就是读写位置相同，则这个环形缓冲区为空

那如何判断环形缓冲区满了呢？

如果（W - R ）= Len ，则这个环形缓冲区已经满了。

2、向环形缓冲区写入 3个数据

写入 3 个数据后，W 的值等于 3 了，R 还是等于 0。

3个企鹅已经排列

3、从环形缓冲区读取2个数据

读出两个数据后，R = 2 了，这个时候，W还是等于 3，毕竟没有再写过数据了。

4、再写入3个数据

如果 W > LEN 后，怎么找到最开始的位置的呢？这个就需要进行运算了，W%LEN 的位置就是放入数据的位置，6%5 = 1。

5、再写入1个数据

这个时候环形队列已经满了，要是想再写入数据的话，就不行了，(W - R) = 5 == LEN

代码实现

/* 实现的最简单的ringbuff 有更多提升空间，可以留言说明 */
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"#define LEN 10/*环形队列结构体*/
typedef struct ring_buff{int array[LEN];int W;int R;
}*ring;/*环形队列初始化*/
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\n");return NULL;}p->W = 0;p->R = 0;return p;
}/*判断环形队列是否已经满了*/
int get_ring_buff_fullstate(struct ring_buff * p_ring_buff)
{/*如果写位置减去读位置等于队列长度，就说明这个环形队列已经满*/if((p_ring_buff->W - p_ring_buff->R) == LEN){return (1);}else{return (0);}
}/*判断环形队列为空*/
int get_ring_buff_emptystate(struct ring_buff * p_ring_buff)
{/*如果写位置和读的位置相等，就说明这个环形队列为空*/if(p_ring_buff->W == p_ring_buff->R){return (1);}else{return (0);}
}
/*插入数据*/
int ring_buff_insert(struct ring_buff * p_ring_buff,int data)
{if(p_ring_buff == NULL){printf("p null\n");return (-1);	}if(get_ring_buff_fullstate(p_ring_buff) == 1){printf("buff is full\n");return (-2);}p_ring_buff->array[p_ring_buff->W%LEN] = data;p_ring_buff->W ++;//printf("inset:%d %d\n",data,p_ring_buff->W);return (0);
}/*读取环形队列数据*/
int ring_buff_get(struct ring_buff * p_ring_buff)
{int data = 0;if(p_ring_buff == NULL){printf("p null\n");return (-1);	}if(get_ring_buff_emptystate(p_ring_buff) == 1){printf("buff is empty\n");return (-2);}data = p_ring_buff->array[p_ring_buff->R%LEN];p_ring_buff->R++;return data;
}/*销毁*/
int ring_buff_destory(struct ring_buff * p_ring_buff)
{if(p_ring_buff == NULL){printf("p null\n");return (-1);	}free(p_ring_buff);return (0);
}int main()
{int i = 0;/*定义一个环形缓冲区*/ring pt_ring_buff = fifo_init();/*向环形缓冲区中写入数据*/for(i = 0;i<10;i++){ring_buff_insert(pt_ring_buff,i);}/*从环形缓冲区中读出数据*/for(i = 0;i<10;i++){printf("%d ",ring_buff_get(pt_ring_buff));}/*销毁一个环形缓冲区*/ring_buff_destory(pt_ring_buff);return (1);
}

640?wx_fmt=png

换一个写法，这个写法是各种大神级别的


/* 实现的最简单的ringbuff 有更多提升空间，可以留言说明 */
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"#define LEN 64/*环形队列结构体*/
typedef struct ring_buff{int array[LEN];int W;int R;
}*ring;/*环形队列初始化*/
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\n");return NULL;}p->W = 0;p->R = 0;return p;
}/*判断环形队列是否已经满了*/
int get_ring_buff_fullstate(struct ring_buff * p_ring_buff)
{/*如果写位置减去读位置等于队列长度，就说明这个环形队列已经满*/if((p_ring_buff->W - p_ring_buff->R) == LEN){return (1);}else{return (0);}
}/*判断环形队列为空*/
int get_ring_buff_emptystate(struct ring_buff * p_ring_buff)
{/*如果写位置和读的位置相等，就说明这个环形队列为空*/if(p_ring_buff->W == p_ring_buff->R){return (1);}else{return (0);}
}
/*插入数据*/
int ring_buff_insert(struct ring_buff * p_ring_buff,int data)
{if(p_ring_buff == NULL){printf("p null\n");return (-1);	}if(get_ring_buff_fullstate(p_ring_buff) == 1){printf("buff is full\n");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\n",data,p_ring_buff->W);return (0);
}/*读取环形队列数据*/
int ring_buff_get(struct ring_buff * p_ring_buff)
{int data = 0;if(p_ring_buff == NULL){printf("p null\n");return (-1);	}if(get_ring_buff_emptystate(p_ring_buff) == 1){printf("buff is empty\n");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;
}/*销毁*/
int ring_buff_destory(struct ring_buff * p_ring_buff)
{if(p_ring_buff == NULL){printf("p null\n");return (-1);	}free(p_ring_buff);return (0);
}int main()
{int i = 0;/*定义一个环形缓冲区*/ring pt_ring_buff = fifo_init();/*向环形缓冲区中写入数据*/for(i = 0;i<10;i++){ring_buff_insert(pt_ring_buff,i);}/*从环形缓冲区中读出数据*/for(i = 0;i<10;i++){printf("%d ",ring_buff_get(pt_ring_buff));}/*销毁一个环形缓冲区*/ring_buff_destory(pt_ring_buff);return (1);
}