一、什么是環形隊列？

(資料圖片僅供參考)

環形緩沖區是一個非常典型的數據結構，這種數據結構符合生產者，消費者模型，可以理解它是一個水坑，生產者不斷的往里面灌水，消費者就不斷的從里面取出水。

那就可能會有人問，既然需要灌水，又需要取出水，為什么還需要開辟一個緩沖區內存空間呢？直接把生產者水管的尾部接到消費者水管的頭部不就好了，這樣可以省空間啊。

答案是不行的，生產者生產水的速度是不知道的，消費者消費水的速度也是不知道的，如果你強制接在一起，因為生產和消費的速度不同，就非常可能存在水管爆炸的情況，你說這樣危險不危險？

在音頻系統框架下，alsa就是使用環形隊列的，在生產者和消費者速度不匹配的時候，就會出現xrun的問題。

二、環形隊列的特點

1、數組構造環形緩沖區

假設我們用數組來構造一個環形緩存區，如下圖所示：

我們需要幾個東西來形容這個環形緩沖區，一個的讀位置，一個是寫位置，一個是環形緩沖區的長度。

從圖片看，我們知道，這個環形緩沖區的讀寫位置是指向數組的首地址的，環形緩沖區的長度是 5 。

那如何判斷環形緩沖區為空呢？

如果 R == W 就是讀寫位置相同，則這個環形緩沖區為空

那如何判斷環形緩沖區滿了呢？

如果 （W - R ）= Len ，則這個環形緩沖區已經滿了。

2、向環形緩沖區寫入3個數據

寫入 3 個數據后，W 的值等于 3 了，R 還是等于 0。

3個企鵝已經排列~

3、從環形緩沖區讀取2個數據

讀出兩個數據后，R = 2 了，這個時候，W還是等于 3，畢竟沒有再寫過數據了。

4、再寫入3個數據

如果 W > LEN 后，怎么找到最開始的位置的呢？這個就需要進行運算了，W%LEN 的位置就是放入數據的位置 ，6%5 = 1。

5、再寫入1個數據

這個時候環形隊列已經滿了，要是想再寫入數據的話，就不行了，(W - R) = 5 == LEN

三、代碼實現

/* 實現的最簡單的ringbuff 有更多提升空間，可以留言說明 */#include "stdio.h"#include "stdlib.h"#define LEN 10/*環形隊列結構體*/typedef struct ring_buff{int array[LEN];int W;int R;}*ring;/*環形隊列初始化*/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");  return NULL;}p->W = 0;p->R = 0;return p;}/*判斷環形隊列是否已經滿了*/int get_ring_buff_fullstate(struct ring_buff * p_ring_buff){/*如果寫位置減去讀位置等于隊列長度，就說明這個環形隊列已經滿*/if((p_ring_buff->W - p_ring_buff->R) == LEN){return (1);}else{return (0);}}/*判斷環形隊列為空*/int get_ring_buff_emptystate(struct ring_buff * p_ring_buff){/*如果寫位置和讀的位置相等，就說明這個環形隊列為空*/if(p_ring_buff->W == p_ring_buff->R){return (1);}else{return (0);}}/*插入數據*/int ring_buff_insert(struct ring_buff * p_ring_buff,int data){if(p_ring_buff == NULL){  printf("p null");  return (-1);}if(get_ring_buff_fullstate(p_ring_buff) == 1){printf("buff is full");return (-2);}p_ring_buff->array[p_ring_buff->W%LEN] = data;p_ring_buff->W ++;//printf("inset:%d %d",data,p_ring_buff->W);return (0);}/*讀取環形隊列數據*/int ring_buff_get(struct ring_buff * p_ring_buff){int data = 0;if(p_ring_buff == NULL){  printf("p null");  return (-1);}if(get_ring_buff_emptystate(p_ring_buff) == 1){printf("buff is empty");return (-2);}data = p_ring_buff->array[p_ring_buff->R%LEN];p_ring_buff->R++;return data;}/*銷毀*/int ring_buff_destory(struct ring_buff * p_ring_buff){if(p_ring_buff == NULL){  printf("p null");  return (-1);}free(p_ring_buff);return (0);}int main(){int i = 0;/*定義一個環形緩沖區*/ring pt_ring_buff = fifo_init();/*向環形緩沖區中寫入數據*/for(i = 0;i<10;i++){ring_buff_insert(pt_ring_buff,i);}/*從環形緩沖區中讀出數據*/for(i = 0;i<10;i++){printf("%d ",ring_buff_get(pt_ring_buff));}/*銷毀一個環形緩沖區*/ring_buff_destory(pt_ring_buff);return (1);}

換一個寫法，這個寫法是各種大神級別的：

/* 實現的最簡單的ringbuff 有更多提升空間，可以留言說明 */#include "stdio.h"#include "stdlib.h"#define LEN 64/*環形隊列結構體*/typedef struct ring_buff{int array[LEN];int W;int R;}*ring;/*環形隊列初始化*/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");  return NULL;}p->W = 0;p->R = 0;return p;}/*判斷環形隊列是否已經滿了*/int get_ring_buff_fullstate(struct ring_buff * p_ring_buff){/*如果寫位置減去讀位置等于隊列長度，就說明這個環形隊列已經滿*/if((p_ring_buff->W - p_ring_buff->R) == LEN){return (1);}else{return (0);}}/*判斷環形隊列為空*/int get_ring_buff_emptystate(struct ring_buff * p_ring_buff){/*如果寫位置和讀的位置相等，就說明這個環形隊列為空*/if(p_ring_buff->W == p_ring_buff->R){return (1);}else{return (0);}}/*插入數據*/int ring_buff_insert(struct ring_buff * p_ring_buff,int data){if(p_ring_buff == NULL){  printf("p null");  return (-1);}if(get_ring_buff_fullstate(p_ring_buff) == 1){printf("buff is full");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",data,p_ring_buff->W);return (0);}/*讀取環形隊列數據*/int ring_buff_get(struct ring_buff * p_ring_buff){int data = 0;if(p_ring_buff == NULL){  printf("p null");  return (-1);}if(get_ring_buff_emptystate(p_ring_buff) == 1){printf("buff is empty");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;}/*銷毀*/int ring_buff_destory(struct ring_buff * p_ring_buff){if(p_ring_buff == NULL){  printf("p null");  return (-1);}free(p_ring_buff);return (0);}int main(){int i = 0;/*定義一個環形緩沖區*/ring pt_ring_buff = fifo_init();/*向環形緩沖區中寫入數據*/for(i = 0;i<10;i++){ring_buff_insert(pt_ring_buff,i);}/*從環形緩沖區中讀出數據*/for(i = 0;i<10;i++){printf("%d ",ring_buff_get(pt_ring_buff));}/*銷毀一個環形緩沖區*/ring_buff_destory(pt_ring_buff);return (1);}

四、總結

環形隊列的使用場景非常多，安卓的音頻數據讀寫，很多都用到環形隊列，我們在開發過程中使用的環形隊列肯定比我上面的那個例子要復雜的多，我這里演示的是比較簡單的功能，但麻雀雖小，五臟俱全，希望這個麻雀讓你們了解這個數據結構，在實際項目中大展身手。