02_data_struct_ringbuffer

1. ringbuffer的基本概念

在C语言中，环形缓冲区（Ring Buffer），也称为循环缓冲区或循环队列，是一种常见的数据结构，用于在固定大小的连续内存空间中实现高效的数据读写操作。

环形缓冲区具有以下特点：

* 内存布局：环形缓冲区通常由一个固定大小的数组和两个指针构成，分别指向缓冲区的读取位置和写入位置。

* 循环性质：当读写指针到达缓冲区的边界时，它们会“循环”回到缓冲区的开头，形成一个环。

* 读写操作：数据可以从缓冲区的前端读取，也可以从后端写入，读写指针会相应地移动。

环形缓冲区的优势包括：

* 空间利用率高：由于数据的覆盖写入，环形缓冲区无需频繁地进行内存分配和释放。

* 操作效率高：读取和写入操作可以通过简单的指针操作来实现，效率较高。

2. ringbuffer的代码实现

下面是一个简单的环形缓冲区的示例实现：

// 测试文件的目录：
// Z:\2023-VSCODE-PRO\C++\C_Test_Demo_CMake\data_struct\ringbuffer_01.c
#include <stdio.h>
#define BUFFER_SIZE 10

typedef struct 
{
    int buffer[BUFFER_SIZE];
    int readIndex;
    int writeIndex;
} RingBuffer;

void init(RingBuffer* ringBuffer) 
{
    ringBuffer->readIndex = 0;
    ringBuffer->writeIndex = 0;
}

int isEmpty(RingBuffer* ringBuffer) 
{
    return ringBuffer->readIndex == ringBuffer->writeIndex;
}

int isFull(RingBuffer* ringBuffer) 
{
    return (ringBuffer->writeIndex + 1) % BUFFER_SIZE == ringBuffer->readIndex;
}

int write(RingBuffer* ringBuffer, int data) 
{
    if (isFull(ringBuffer)) 
    {
        // 缓冲区已满，无法写入新数据
        return -1;
    }
    
    ringBuffer->buffer[ringBuffer->writeIndex] = data;
    ringBuffer->writeIndex = (ringBuffer->writeIndex + 1) % BUFFER_SIZE;
}

int read(RingBuffer* ringBuffer) 
{
    if (isEmpty(ringBuffer)) 
    {
        // 缓冲区为空，无法读取数据
        return -1;
    }
    
    int data = ringBuffer->buffer[ringBuffer->readIndex];
    ringBuffer->readIndex = (ringBuffer->readIndex + 1) % BUFFER_SIZE;
    return data;
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    RingBuffer buffer;
    int i;
    int data;

    // 初始化buffer
    init(&buffer);

    // 写buffer
    for(i = 0; i < 11; i++)
    {
        if(write(&buffer,i) == -1)
        {
            printf("buffer is full!\n");
        }
    }
    
    // 读buffer
    for (i = 0; i < 11; i++) 
    {
        data = read(&buffer);
        if(data == -1)
        {
             printf("Buffer is empty!\n");
        }
        else
        {
              printf("Data: %d\n", data);
        }
    }

    return 0;

}

 在这个示例中，我们定义了一个结构体 RingBuffer，包含一个固定大小的数组 buffer，以及读取位置 readIndex 和写入位置 writeIndex。使用 init 函数来初始化环形缓冲区。

isEmpty 和 isFull 函数用于检查缓冲区是否为空或已满。write 函数用于向缓冲区写入数据，如果缓冲区已满，则无法写入新数据。read 函数用于从缓冲区读取数据，如果缓冲区为空，则无法读取数据。

通过这些函数，我们可以方便地进行环形缓冲区的读写操作。

需要注意的是，由于环形缓冲区的特性，当缓冲区已满时，写入新数据将会覆盖原有的数据。同样，当缓冲区为空时，读取数据将会返回一个特定的标识（例如示例中的 -1）。

希望这个示例能够帮助你和我理解C语言下环形缓冲区的概念！

测试程序运行结果如下：

 

未完待续...