WhyCan Forum(哇酷开发者社区)

参考链接: 在嵌入式C中实现循环/环形缓冲区

嵌入式软件通常涉及状态机，循环缓冲区和队列。在这篇文章中，将给你一个数据结构的概述，并引导你完成在低内存设备中实现循环/环形缓冲区所涉及的步骤。

对于那些不知道循环缓冲区是什么的人来说，这是一个数组结构，在数组结构中，数组被视为循环，并且在达到数组长度后，循环返回到0。这是通过有两个指针来完成的。一个指向“头”，另一个指向缓冲区的“尾部”。随着数据被添加到缓冲区，头指针向上移动，并且随着数据被移除（读取），尾指针向上移动。这与实施有关，因观点而异。所以，为了争辩，我们会同意的，你写在头上，从尾巴读。

这是一个很好的维基百科的 GIF ，

图片说明了一切。动画是非常快的，可能需要一些时间观察动画的迭代，然后才会注意到所有涉及的情况，但是花时间给出了对内存和指针的直观表示。

完整与空白
关于循环缓冲区的下一个重要的事情是没有“干净的方式”来区分缓冲区满空的情况。这是因为在这两种情况下，头等于尾巴。有很多方法/解决方法来处理这个问题，但其中大多数是不可读的。我提出了一个相当可读的方法。

在这种方法中，有两个关键的情况（边界条件）在实施循环缓冲区时必须考虑，

头等于尾巴 - >缓冲区是空的
（头+ 1）等于尾 - >缓冲区已满
其实质是，每当你试图推动，你检查is_buffer_full条件，每当有流行，你检查is_buffer_empty。

有了这些知识，我将着手定义数据类型！

typedef struct {
    uint8_t * const buffer;
    int head;
    int tail;
    const int maxLen;
} circBuf_t;

我们的主要结构是处理缓冲区及其指针。注意缓冲区是uint8_t * const buffer。const uint8_t *是一个指向常量元素的字节数组的指针，即被指向的值不能被改变，但指针本身可以被改变。另一方面uint8_t * const是指向一个字节数组的常量指针，其中被指向的值可以被改变，但指针不能被改变。

这样做是为了能够对缓冲区进行更改，但是不会意外地孤立指针。这是一个非常好的安全措施，我强烈建议你不要跳过那部分。

在push和pop例程中，我们将计算“next”偏移点到当前写入/读取将发生的位置。如前所述，如果下一个位置指向尾部指向的位置，那么我们知道缓冲区已满，并且不会将数据写入缓冲区（返回错误）。同样，当头等于尾时，我们知道缓冲区是空的，没有任何东西可以被读取。

将数据推入循环缓冲区
在大多数用例场景中，您将在ISR中调用此方法。因此，一个推送应该尽可能小，整个例程应该包含关键部分，以使其在多线程环境中同步。

在头指针递增之前，必须加载数据，以确保只有有效的数据被消费者线程（一个调用pop的函数）读取，见下文。

另外，如果您注意到，我们在缓冲区中保留一个字节作为保留空间。乍一看，它可能会被看作是一个一个，但如果你有这个事情，你会发现它的工程交易。如果我要使用这一个额外的字节，检测完整和空的情况就会变得稍微复杂一些，编写能够处理所有情况的代码是非常耗时的，而且很难调试。

因此，总而言之，对于小型和固定大小的数据单元，只要保留一个字节，而您仍然可以保持清醒。

int circBufPush(circBuf_t *c, uint8_t data)
{
    // next is where head will point to after this write.
    int next = c->head + 1;
    if (next >= c->maxLen)
        next = 0;

    if (next == c->tail) // check if circular buffer is full
        return -1;       // and return with an error.

    c->buffer[c->head] = data; // Load data and then move
    c->head = next;            // head to next data offset.
    return 0;  // return success to indicate successful push.
}

从循环缓冲区中弹出数据
Pop例程被应用程序调用来从缓冲区中取出数据。如果有多个线程正在读取这个缓冲区，这也必须包含在关键部分（虽然这不是通常的做法）

在这里，由于每个数据单元都是一个字节，所以在数据读取之前，尾部可以移动到下一个偏移量，当我们完全加载时，我们在缓冲区中保留一个字节。但是，在更先进的循环缓冲器实现方式中，数据单元并不需要是相同的大小。在这种情况下，我们不知道在读取数据之前需要移动多少尾部。

为了保持与这些实现的一致性，我将读取数据，然后移动尾指针。

int circBufPop(circBuf_t *c, uint8_t *data)
{
    // if the head isn't ahead of the tail, we don't have any characters
    if (c->head == c->tail) // check if circular buffer is empty
        return -1;          // and return with an error

    // next is where tail will point to after this read.
    int next = c->tail + 1;
    if(next >= c->maxLen)
        next = 0;

    *data = c->buffer[c->tail]; // Read data and then move
    c->tail = next;             // tail to next data offset.
    return 0;  // return success to indicate successful push.
}

用法
我觉得很明显，你必须定义一个特定长度的缓冲区，然后创建一个实例，circBuf_t并将指针分配给缓冲区及其指针maxLen。

不言而喻，缓冲区必须是全局的，或者只要需要使用缓冲区就必须处于堆栈状态。

为了使维护变得容易一点，你可以使用这个宏，但会损害新用户的代码可读性。

#define CIRCBUF_DEF(x,y)          \
    uint8_t x##_dataSpace[y];     \
    circBuf_t x = {               \
        .buffer = x##_dataSpace,      \
        .head = 0,                \
        .tail = 0,                \
        .maxLen = y               \
    }
例如，如果你需要一个长度为32字节的循环缓冲区，你可以在你的应用程序中这样做，

CIRCBUF_DEF(myDatBuf, 32);

void thisIsYourAppCode()
{
    uint8_t outData, inData = 0x55;

    if (circBufPush(&myDatBuf, inData)) {
        DBG("Out of space in CB");
        return;
    }

    if (circBufPop(&myDatBuf, &outData)) {
        DBG("CB is empty");
        return;
    }

    // here outData = inData = 0x55;

    return data;
}

我希望这篇文章有助于理解循环缓冲区。我们会看到更多这样的数据结构，并且在将来的帖子中对这个循环缓冲区类型进行了高级扩展.

哈，不用谢。
想想还是C++轮子多,
直接new 出对象直接用就可以了。

http://www.boost.org/doc/libs/1_61_0/doc/html/circular_buffer.html

http://www.boost.org/doc/libs/1_61_0/doc/html/circular_buffer/example.html