Queue

本文介绍了一种基于环形缓冲区的队列实现方法,并提供了详细的源代码分析。该队列支持多线程操作,包括阻塞和非阻塞的入队与出队功能,并通过互斥锁和条件变量来同步线程。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >



typedef struct __struct_queue__ TQueue;

struct __struct_queue__
{
        void**          buffer;
        uint32_t        capacity;
        uint32_t        wr;
        uint32_t        rd;
        pthread_mutex_t mutex;
        pthread_cond_t  cond_full;
        pthread_cond_t  cond_empty;
        uint32_t enable_print;
};

/**
 * Default queue configuration.
 */
static const TQueue QUEUE_INITIALIZER =
{
        .buffer =               NULL,
        .capacity =             0,
        .wr =                   0,
        .rd =                   0,
        .mutex =                PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER,
        .cond_empty =           PTHREAD_COND_INITIALIZER,
        .cond_full =            PTHREAD_COND_INITIALIZER,
        .enable_print=0,
};

/**
 * Check if the queue is full
 * @param queue queue
 * @return true if full, false if not.
 */
bool Queue_IsFull(TQueue * queue)
{
    return (((queue->wr-queue->rd) % queue->capacity) == queue->capacity-1) ? true : false;
}

/**
 * Check if the queue is empty
 * @param queue queue
 * @return true if empty, false if not.
 */
bool Queue_IsEmpty(TQueue * queue)
{
    if(queue->enable_print)printf("IsEmpty=%s %d %d %d %d\n",
        (0 == ((queue->rd-queue->wr)%queue->capacity)) ? "true":"false",
        ((queue->rd-queue->wr)%queue->capacity),
        queue->rd,queue->wr,queue->capacity);
    return (0 == ((queue->rd-queue->wr)%queue->capacity)) ? true:false;
}

/**
 * Push the value into the queue.
 * @param queue queue
 * @param value value will be put into the queue
 */
void Queue_Enqueue(TQueue *queue, void *value)
{
    bool empty_flag=false;
    // Lock the queue
    pthread_mutex_lock(&(queue->mutex));
    // Wait for the queue to be not full

    while (true==Queue_IsFull(queue))
    {
        if(queue->enable_print)
            printf("\nFull\n");
        pthread_cond_wait(&(queue->cond_full), &(queue->mutex));
    }
    // Push the value into queue.
    //~ if(Queue_IsEmpty(queue))
    empty_flag=Queue_IsEmpty(queue);
    queue->buffer[queue->wr % queue->capacity] = value;
    queue->wr++;
    pthread_mutex_unlock(&(queue->mutex));
    if(true==empty_flag)
    {
        if(queue->enable_print)
            printf("\nBroadCast Enqueue\n");
        pthread_cond_broadcast(&(queue->cond_empty));
    }
}

/**
 * Enqueue in non-block mode.
 * @param queue queue
 * @param value value that will be enqueued
 * @return true if enqueued, false if not
 */
bool Queue_TryEnqueue(TQueue *queue, void *value)
{
    bool ret=false,empty_flag;
    pthread_mutex_lock(&(queue->mutex));
    if(false == Queue_IsFull(queue))
    {
        empty_flag=Queue_IsEmpty(queue);
        queue->buffer[queue->wr % queue->capacity] = value;
        queue->wr++;
        ret = true;
    }
    pthread_mutex_unlock(&(queue->mutex));
    if(ret==true&&true==empty_flag)
    {
        pthread_cond_broadcast(&(queue->cond_empty));
    }
    return ret;
}

/**
 * Dequeue from queue in block mode. If no message in the queue, function will be blocked
 * until there is a message returned.
 * @param queue queue.
 */
void *Queue_Dequeue(TQueue *queue)
{
    bool full_flag;
    pthread_mutex_lock(&(queue->mutex));
    // Wait for message in queue.
    while(Queue_IsEmpty(queue))
    {
        if(queue->enable_print)printf("IsEmpty=%s %d %d %d %d\n",
        (0 == ((queue->rd-queue->wr)%queue->capacity)) ? "true":"false",
        ((queue->rd-queue->wr)%queue->capacity),
        queue->rd,queue->wr,queue->capacity);

        pthread_cond_wait(&(queue->cond_empty), &(queue->mutex));
    }
    full_flag=Queue_IsFull(queue);
    void *value = queue->buffer[queue->rd % queue->capacity];
    queue->rd++;
    pthread_mutex_unlock(&(queue->mutex));
    if(true==full_flag)
        pthread_cond_broadcast(&(queue->cond_full));
    return value;
}

/**
 * Dequeue in non-block mode.
 * @param queue queue
 */
bool Queue_TryDequeue(TQueue *queue,void** ret)
{
//    void * ret = NULL;
    bool is_valid=false,full_flag;
    pthread_mutex_lock(&(queue->mutex));
    // If there is message in queue, dequeue.
    if(false == Queue_IsEmpty(queue))
    {
        full_flag=Queue_IsFull(queue);
        *ret = queue->buffer[queue->rd % queue->capacity];
        queue->rd++;
        is_valid=true;
    }
    pthread_mutex_unlock(&(queue->mutex));
    if (true== is_valid&&true==full_flag)
    {
        pthread_cond_broadcast(&(queue->cond_full));
    }
    return is_valid;
}

/**
 * Get the element count in queue.
 * @param queue queue
 * @return element count in queue
 */
int Queue_Sizeof(TQueue *queue)
{
        pthread_mutex_lock(&(queue->mutex));
        int size = (queue->rd-queue->wr)%queue->capacity;
        pthread_mutex_unlock(&(queue->mutex));
        return size;
}

/**
 * Create a queue.
 * @param capacity capacity of the queue.
 * @return queue handle
 */
TQueue *Queue_Create(uint32_t capacity)
{
    TQueue *q = (TQueue*)malloc(sizeof(TQueue));
    if(NULL != q)
    {
        *q = QUEUE_INITIALIZER;
        capacity += 1;
        q->buffer = (void **)malloc(sizeof(void*)*(capacity));
        if(NULL == q->buffer)
        {
            free(q);
            return NULL;
        }
        q->capacity=capacity;
    }
    return q;
}

/**
 * Destroy the queue.
 * @param queue
 * @param item_free
 */
void Queue_Destroy(TQueue *queue, void (*item_free)(void *))
{
    void *item;
    do
    {
        if(Queue_IsEmpty(queue))
            break;
        item = Queue_Dequeue(queue);
        if(NULL!=item_free)
            item_free(item);
    }while(NULL != item);
    free(queue->buffer);
    free(queue);
}

void Queue_EnableDebug(TQueue *q)
{
    q->enable_print=1;
}

### Python `queue.Queue` 的使用方法 #### 创建队列对象 为了创建一个 `queue.Queue` 对象,可以简单地调用其构造函数而无需传递任何参数。这会初始化一个新的、空的FIFO(先进先出)队列实例。 ```python import queue q = queue.Queue() ``` #### 向队列入数据 (put 方法) 通过 `put(item)` 方法向队列中添加项目。此操作会在必要时阻塞直到有可用的空间为止(如果指定了最大尺寸并已满),除非设置了超时时间[^2]。 ```python for i in range(5): q.put(i) ``` #### 从队列取数据 (get 方法) 利用 `get()` 方法可以从队列移除并返回最前面的一项;当队列为非空时立即完成该动作,否则将一直等待直至获取到一项或发生指定的超时期限。 ```python while not q.empty(): item = q.get() print(f'Got {item} from the queue.') ``` #### 检查队列是否为空 (empty 方法) 可以通过 `empty()` 来判断当前队列里是否有剩余项存在。注意即使刚刚执行过一次成功的 `get()`, 队列也可能瞬间被其他线程填充而不为空。 ```python if not q.empty(): print('The queue is not empty yet.') else: print('The queue has been emptied.') ``` #### 获取队列大小 (qsize 方法) 虽然不是所有平台上都支持精确计数,但是大多数情况下还是能够依靠 `qsize()` 获得近似的未处理条目数量作为参考依据。 ```python print(f'There are approximately {q.qsize()} items waiting in the queue.') ```
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