C语言--环形缓存区

环形缓存区工作原理

环形缓冲区是固定大小的缓冲区，工作原理就像内存是连续的且可循环。在生成和使用内存时，不需要将原来的数据全部清理掉，只要调整head/tail指针即可。当添加数据时，head指针前进。当使用数据时，tail指针向前移动。当到达缓冲区的尾部时，指针又回到缓冲区的起始位置。

优势：当有大量数据但不需要全部存储的情况下，计算机在处理数据时会先处理先来的，处理完之后会把数据释放掉，再继续处理下一个。那么已经处理的数据的内存就会被浪费掉。因为后来的数据只能往后排队，如果将剩余的数据都往前移动一次，效率便会大大降低。因此环形队列就出现了。核心是申请一段内存，通过特殊方法让其首尾相连，形成一个闭环的内存地址。这样既可以继续处理源源不断的数据，又不用再去申请新的内存空间暂存新的数据，效率大大提高。

劣势：环形缓冲区最重要的一个特点是写的速度和读的速度匹配性问题，环形缓冲区一般是将数据先写入缓冲区内，然后有个写的指针位置，但是不能超过读的位置，因为数据还未被读取，便写入数据，就会造成数据还未被读取便被新的数据覆盖，造成数据的丢失。读数据同样原理，读的指针不能超过写的位置，这样就会读到之前读过的数据，造成数据的重复。空间如果设置的太大，会造成内存的浪费，有内存一直处于空闲状态，如果空间设置到的太小，可能会造成读的速度快于写的速度，导致读的过程中会有短暂的等待时间，造成效率不是最高。

1、写入数据<缓冲区

 2、写入数据>缓冲区

 代码：

#include "RingBuffer.h" 

static UINT16 validlen;  			    	//已使用的数据长度
static UINT8* pHead = NULL; 				//环形缓冲区首地址
static UINT8* pTail = NULL; 				//环形缓存区尾地址
static UINT8* pValid = NULL; 				//已使用缓冲区的首地址
static UINT8* pValidTail = NULL; 		    //已使用缓冲区的尾地址

//malloc申请空间 
void initRingbuffer(void)
{
	if(pHead == NULL)
	{
		pHead = (char*) malloc(BUFFER_SIZE);
	}
	pValid = pValidTail = pHead;
	pTail = pHead + BUFFER_SIZE;
	validlen = 0;
}

//释放环形缓冲区 
void releaseRingbuffer(void)
{
	if(pHead != NULL)
		free(pHead);
	pHead = NULL; 
}

/*************************************************************/
/******功能:初始化指定的环形缓冲区			             *****/
/******param:@buffer：定义静态缓冲区数组的首地址 
       param:@size:该缓冲区的大小                       ******/
/************************************************************/
void InitRingBuffer(UINT8* buffer, UINT16 size)
{
	if(pHead == NULL)
	{
		pHead = buffer;
	}
	pValid = pValidTail = pHead;
	pTail = pHead + size;
	validlen = 0;
}

/***********************************************************/
/******功能:向缓冲区写入数据			               *****/
/******param:@buffer 写入的数据指针
             @len 写入的数据长度		              ******/
/******return:-1 写入的数据长度过大 -2:缓冲区未初始化  *****/
/***********************************************************/
int writeRingbuffer(UINT8* buffer, UINT32 len)
{
	UINT16 len1, len2, movelen;
	if(len > BUFFER_SIZE)
	{
		return -1;
	}
	if(pHead == NULL)
	{
		return -2;
	}
	assert(buffer);
	
	//将要写入的数据copy到pVaildTaill处
	if(pValidTail+len > pTail)
	{	
		len1 = pTail - pValidTail;              //放到尾部 
		len2 = len - len1;                      //尾部放不下的位置，从头开始放 
		memcpy(pValidTail, buffer, len1);
		memcpy(pHead, buffer + len1, len2);
		pValidTail = pHead + len2;              //新的有效数据 
	}else
	{
		memcpy(pValidTail, buffer, len);
		pValidTail += len;                      //新的有效数据区结尾 
	}

	//重新计算已使用区的起始位置
	if(validlen + len > BUFFER_SIZE)
	{
		movelen = validlen + len - BUFFER_SIZE;
		if(pValid + movelen > pTail)            //需要分成两段 
		{
			len1 = pTail - pValid;
			len2 = movelen - len1;
			pValid = pHead + len2;
		}else
		{
			pValid += movelen;
		}
		validlen = BUFFER_SIZE;
	}else
	{
		validlen += len;
	}
	return 0;
}

/*************************************************************/  
/******功能:从缓冲区读取指定长度的数据	                 *****/
/******param:@buffer 接收读取数据的指针
             @length 读取的数据长度		                ******/
/******return:-1 缓冲区未初始化 >0:读取的有效数据大小    *****/
/*************************************************************/
int readRingbuffer(UINT8* buffer, UINT32 len)
{
	UINT16 len1, len2;
	
	if(pHead == NULL)
	{
		return -1;
	}
	assert(buffer);
	if(len > validlen)
	{
		len = validlen;
	}
	if(validlen == 0)
	{
		return 0;
	}
	
	if(pValid + len > pTail)                     //需要分成两段copy 
	{
		len1 = pTail - pValid;
		len2 = len - len1;
		memcpy(buffer, pValid, len1);           //第一段 
		memcpy(buffer + len1, pHead, len2);     //第二段 ，绕到整个存储区的开头 
		pValid = pHead + len2;                  //更新已使用缓冲区的起始
	}else
	{
		memcpy(buffer, pValid, len);
		pValid += len;                         //更新已使用缓冲区的起始 
	}
	validlen -= len;                           //更新已使用缓冲区的长度 
	return len;
}

/*************************************************************/
/******功能:获取已使用的缓冲区数据长度	                 *****/
/******param:void                                       ******/
/******return:已使用缓冲区的数据长度                     *****/
/************************************************************/
UINT32 getRingbufferValidLen(void)
{
	return validlen;
}