如何优雅地实现环形缓冲区？

Posted 2021-11-05 嵌入式大杂烩

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了如何优雅地实现环形缓冲区？相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

循环缓冲区是嵌入式软件工程师在日常开发过程中的关键组件。

多年来，互联网上出现了许多不同的循环缓冲区实现和示例。我非常喜欢这个模块，可以GitHub上找到这个开源的 CBUF.h 模块。

地址：https://github.com/barraq/BRBrain/blob/master/firmware/CBUF.h

CBUF.h 模块使用宏实现循环缓冲区，具体源码如下所示；

#if !defined( CBUF_H )
#define CBUF_H       /**< Include Guard                          */

/* ---- Include Files ---------------------------------------------------- */

/* ---- Constants and Types ---------------------------------------------- */

/**
*   Initializes the circular buffer for use.
*/ 

#define CBUF_Init( cbuf )       cbuf.m_getIdx = cbuf.m_putIdx = 0

/**
*   Returns the number of elements which are currently contained in the 
 *  circular buffer.
*/

#define CBUF_Len( cbuf )        ((typeof( cbuf.m_putIdx ))(( cbuf.m_putIdx ) - ( cbuf.m_getIdx )))

/**
*   Appends an element to the end of the circular buffer
*/

#define CBUF_Push( cbuf, elem ) (cbuf.m_entry)[ cbuf.m_putIdx++ & (( cbuf##_SIZE ) - 1 )] = (elem)

/**
*   Retrieves an element from the beginning of the circular buffer
*/

#define CBUF_Pop( cbuf )        (cbuf.m_entry)[ cbuf.m_getIdx++ & (( cbuf##_SIZE ) - 1 )]

/**
*   Retrieves the i'th element from the beginning of the circular buffer
*/

#define CBUF_Get( cbuf, idx )        (cbuf.m_entry)[( cbuf.m_getIdx + idx ) & (( cbuf##_SIZE ) - 1 )]

/**
*   Retrieves the i'th element from the end of the circular buffer
*/

#define CBUF_GetEnd( cbuf, idx )        (cbuf.m_entry)[( cbuf.m_putIdx - idx - 1 ) & (( cbuf##_SIZE ) - 1 )]

/**
*   Determines if the circular buffer is empty
*/

#define CBUF_IsEmpty( cbuf )    ( CBUF_Len( cbuf ) == 0 )

/**
*   Determines if the circular buffer is full.
*/

#define CBUF_IsFull( cbuf )     ( CBUF_Len( cbuf ) == ( cbuf##_SIZE ))

/**
*   Determines if the circular buffer is currenly overflowed or underflowed.
*/

#define CBUF_Error( cbuf )      ( CBUF_Len( cbuf ) > cbuf##_SIZE )

#if defined( __cplusplus )

template < class IndexType, unsigned Size, class EntryType >
class CBUF
{
public:

    CBUF()
    {
        m_getIdx = m_putIdx = 0;
    }

    IndexType Len() const   { return m_putIdx - m_getIdx; }

    bool IsEmpty() const    { return Len() == 0; }
    bool IsFull() const     { return Len() == Size; }
    bool Error() const      { return Len() > Size; }

    void Push( EntryType val )   
    {
        m_entry[ m_putIdx++ & ( Size - 1 )] = val;
    }

    EntryType Pop()
    {
        return m_entry[ m_getIdx++ & ( Size - 1 )];
    }

private:

    volatile IndexType  m_getIdx;
    volatile IndexType  m_putIdx;
    EntryType           m_entry[ Size ];

};

#endif  // __cplusplus

/* ---- Variable Externs ------------------------------------------------- */
/* ---- Function Prototypes ---------------------------------------------- */

/** @} */

#endif // CBUF_H

现在一般我不喜欢以这种方式使用宏，但实现已被证明是快速、高效且工作相对良好的，这是很难争论的。

循环缓冲区的设置非常简单。首先，需要定义循环缓冲区的大小。这是通过定义宏 myQ_SIZE 来完成的，同时记住缓冲区大小需要是 2 的幂。

然后通过创建一个 myQ 类型的变量来声明循环缓冲区。例如，如果 myQ_SIZE 定义为 64 字节，则可以定义 UART 的发送和接收缓冲区，如下面的图 1 所示。