C语言中怎么实现一个环形队列

C语言中怎么实现一个环形队列,相信很多没有经验的人对此束手无策,为此本文总结了问题出现的原因和解决方法,通过这篇文章希望你能解决这个问题。

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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。

C语言中怎么实现一个环形队列  

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。

C语言中怎么实现一个环形队列  

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?

C语言中怎么实现一个环形队列  

 

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

C语言中怎么实现一个环形队列

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

C语言中怎么实现一个环形队列

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

C语言中怎么实现一个环形队列  

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

C语言中怎么实现一个环形队列  

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

C语言中怎么实现一个环形队列  

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

C语言中怎么实现一个环形队列  

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);
}
 

C语言中怎么实现一个环形队列

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);
}

看完上述内容,你们掌握C语言中怎么实现一个环形队列的方法了吗?如果还想学到更多技能或想了解更多相关内容,欢迎关注创新互联行业资讯频道,感谢各位的阅读!


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