概述
一种更好的计算队尾指针的方法。
队尾指针新算法
一个新的计算队尾指针的公式:
设模拟环形队列的线性表长度是N,队头指针为head,队尾指针为tail,则每增加一条记录,就可以用一下方法计算新的队尾指针: tail = (tail + 1) % N
环形队列示意图
思考
但是,我在移植到8266的代码时,发现有点问题。
第一,head和tail应该是存储该数组的下标而不是一个指向该数组元素的指针。如果tail是指针,那么 tail本质上是一个内存地址,*tail是指向该数组的某一元素。那么这算式tail = (tail + 1) % N其实是对某数组元素的内存地址+1,然后在用N求余。 所以head和tail应该是保存该数组的下标,而不是指向该数组元素的指针。
第二,由于原先的代码,其队尾指针总是指向最后一个入队元素的下一个元素,而《算》给出的队列,队尾指针总是指向最后一个入队的元素。如上图,一个N=12的环形队列,原先的代码tail是指向第8个,《算》是指向第7个,由于我是在8266的示例代码上修改的,所以《算》给出的队尾指针算法需要调整一下:
//元素入队之后 tail++; //tail指向最后一个入队的下一个元素 tail=tail % N; //重新计算tail的数值123
新的数据结构
那么我就开始定义新的数据结构了,原先的数据结构是这样的
typedef struct{ uint8_t* p_o; //指向原点的指针,用来数组首地址 uint8_t* volatile p_r; //读取指针,相当于head uint8_t* volatile p_w; //写入指针,相到于tail volatile int32_t fill_cnt; //队列计数 int32_t size; //缓冲区的大小 }RINGBUF;
新的数据结构:
typedef struct { char *buf; //指向队列数组的指针 unsigned int length; //数组长度 unsigned int head; //队头,存储数组下标 unsigned int tail; //队尾,存储数组下标 int fill_cnt; //队列计数 }RINGBUF;
判断是否空队列
一开始,本来想用if(head==tail)来判断队列是否为空的,但是由于tail保存的是入队元素的下一个数组下标,当队列填满的时候,tail的下标正好等于head,所以不能通过if(head==tail)来判断队列是否为空,
完整代码
下面是完整的数组环形队列代码,运行环境是VS2015,主函数里进行了简单的测试:
// RingBuf.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。 // #include "stdafx.h" typedef struct { char *buf; //指向队列数组的指针 unsigned int length; //长度 unsigned int head; //队头 unsigned int tail; //队尾 int fill_cnt; //队列计数 }RINGBUF; int RINGBUF_Init(RINGBUF* r, char array[], size_t len) { if (len <2 || array==NULL){ return false; } r->buf = array; r->length = len; r->fill_cnt = 0; r->head = r->tail = 0; return true; } int RINGBUF_Put(RINGBUF* r, char data) { //当tail+1等于head时,说明队列已满 if (r->fill_cnt >= r->length) { printf("BUF FULL! "); return false; // 如果缓冲区满了,则返回错误 } r->buf[r->tail] = data; r->tail++; r->fill_cnt++; //计算tail是否超出数组范围,如果超出则自动切换到0 r->tail = r->tail % r->length; return true; } int RINGBUF_Get(RINGBUF* r, char *c, unsigned int length) { //当tail等于head时,说明队列空 if (r->fill_cnt<=0) { printf("BUF EMPTY! "); return false; } //最多只能读取r->length长度数据 if (length > r->length) { length = r->length; } int i; for (i = 0; ifill_cnt--; *c = r->buf[r->head++]; // 返回数据给*c *c++; //计算head自加后的下标是否超出数组范围,如果超出则自动切换到0 r->head = r->head % r->length; } return true; } #define BUF_LEN 5 RINGBUF BUFF; char buf[BUF_LEN]; int main() { RINGBUF_Init(&BUFF, buf, sizeof(buf)); printf("1、逐个读取数据测试 "); int length = 5; for (int i = 0; i < length; i++) { RINGBUF_Put(&BUFF, i); } char data; length = 5; for (int i = 0; i < length; i++) { RINGBUF_Get(&BUFF, &data, 1); //从BUFF读取1个字节 printf("每次读取1个字节:buf pop : %d ", data); //打印该字节 } printf(" 2、一次性读取测试 "); length = 5; for (int i = 0; i < length; i++) { RINGBUF_Put(&BUFF, '1' + i); } char data2[11] = { 0 }; RINGBUF_Get(&BUFF, data2, 5); printf("一次性读取5个字节:buf pop : %s ", data2); //打印该字节 printf(" 3、放入超过缓冲区长度(BUF_LEN+1)数据测试: "); length = BUF_LEN + 1; for (int i = 0; i < length; i++){ RINGBUF_Put(&BUFF, '1'+i); } char data3[BUF_LEN+1] = { 0 }; RINGBUF_Get(&BUFF, data3, BUF_LEN + 1); printf("一次性读取(BUF_LEN+1)个字节测试:buf pop : %s ", data3); //打印该字节 //4、测试读取空缓冲区 printf(" 4、读取空缓冲区测试: "); RINGBUF_Get(&BUFF, data3, 2); //从BUFF读取2个字节 return 0; }
控制台打印信息如下:
1、逐个读取数据测试
每次读取1个字节:buf pop : 0
每次读取1个字节:buf pop : 1
每次读取1个字节:buf pop : 2
每次读取1个字节:buf pop : 3
每次读取1个字节:buf pop : 4
2、一次性读取测试
一次性读取5个字节:buf pop : 12345
3、放入超过缓冲区长度(BUF_LEN+1)数据测试:
BUF FULL!
一次性读取(BUF_LEN+1)个字节测试:buf pop : 12345
4、读取空缓冲区测试:
BUF EMPTY!
请按任意键继续…
后话
由于存在几种队尾指向元素的方式,以上代码是还可以在修改优化一下的。
《算》的代码是不需要考虑队列是否满了,他只需要直接覆盖旧的元素即可,我的需求是需要判断队列是否填满,以免旧的元素被覆盖。
审核编辑:汤梓红
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