RingBuffer源代码分析

Posted 2020-08-31

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RingBuffer源代码分析

看到一篇写的非常详细的帖子，为防止楼主删帖后找不到，果断转载过来

RingBuffer源代码分析 出处： http://bbs.ickey.cn/community/forum.php?mod=viewthread&tid=43202
(出处: ICKEY BBS)

大家都知道，环形缓冲区是比较常用的数据结构，正好机智云"微信宠物屋源代码v2.3"中也用到了。

下面给大家分析一下。

   

首先是数据结构：

"RingBuffer.h"

注意是head指向了读区域，tail指向了写区域！

注意是head指向了读区域，tail指向了写区域！

注意是head指向了读区域，tail指向了写区域！

typedef struct {

    size_t rb_capacity;     //缓冲区容量

    char  *rb_head;         //用于读出的指针

    char  *rb_tail;         //用于写入的指针

    char  rb_buff[256];     //缓冲区实体

}RingBuffer;

   

下面分析他的几个函数：

"RingBuffer.c"

   

//用来比较最小值的宏

#define min(a, b) (a)<(b)?(a)

b)

 

//新建RingBuffer，给成员赋值

//MAX_RINGBUFFER_LEN 这个宏，被定义为"P0数据最大长度"的2倍

//head/tail  两个指针，都指向缓冲区实体（数组rb_buff）的首地址

void rb_new(RingBuffer* rb)

{

    rb->rb_capacity = MAX_RINGBUFFER_LEN; //capacity;

    rb->rb_head     = rb->rb_buff;

    rb->rb_tail     = rb->rb_buff;

};

   

   

获得缓冲区总容量Capacity：

   

size_t     rb_capacity(RingBuffer *rb)

{

    return rb->rb_capacity;

}

   

获得缓冲区可读区域，返回可读区域大小：

   

三种情况：

1、head与tail都指向同一个地方时，可读区域大小为0【这种情况只会在缓冲区还未使用时出现，

开始使用之后，不会出现head/tail重合的现象，即tail永远不会等于head，否则head指向的数据还未读走就被覆盖了！】

2、head < tail  ，说明tail没有写到缓冲区末尾，从缓冲区开头重新开始。可读的区域自然为(tail - head)

3、head > tail  ，说明tail已经从缓冲区末尾写完，并从开头处重新准备写了。

插入图片给大家看看：

rb_buff是数组名，因此可以作为缓冲实体首地址的指针。

   

size_t     rb_can_read(RingBuffer *rb)

{

    if (rb->rb_head == rb->rb_tail) return 0;

    if (rb->rb_head < rb->rb_tail) return rb->rb_tail - rb->rb_head;

    return rb_capacity(rb) - (rb->rb_head - rb->rb_tail);

}

   

   

获得可写区域大小，就可以用总容量 减去 可读区域大小来计算了：

   

size_t     rb_can_write(RingBuffer *rb)

{

    return rb_capacity(rb) - rb_can_read(rb);

}

   

   

读数据，从head指向的地址开始，读到data指向的地址处，读count个数据。返回读的个数

三种情况：

1、head < tail  ，此时要从count 和"可读区域大小"中选一个较小的值，作为读操作的次数。避免了count 大于"可读区域"的错误。

2、head > tail  且 count 的个数 小于"从head到缓冲区末尾的数据个数"图中蓝色。直接复制内存，再修改head 指针即可。

3、head > tail  且 count 的个数 大于"从head到缓冲区末尾的数据个数"。

此时，先把从head到缓冲区末尾的值蓝色复制到data处，再把剩余的绿色复制过去。注意两个值：copy_sz 和*(data + copy_sz)如图

这种情况下，问题来了，要是绿色的区域超过了tail 怎么办？:）

所以，应该加了一个判断，这个在写操作中做了，但这里没做。即要读的个数count 要小于可读区域的大小。

不然会出现head > tail 但head 指向的数据以及head 后边的数据又不是有效数据，这个问题。

代码：

   

size_t     rb_read(RingBuffer *rb, void *data, size_t count)

{

    if (rb->rb_head < rb->rb_tail)

    {

        int copy_sz = min(count, rb_can_read(rb));

        memcpy(data, rb->rb_head, copy_sz);

        rb->rb_head += copy_sz;

        return copy_sz;

    }

    else

    {

        if (count < rb_capacity(rb)-(rb->rb_head - rb->rb_buff))

        {

            int copy_sz = count;

            memcpy(data, rb->rb_head, copy_sz);

            rb->rb_head += copy_sz;

            return copy_sz;

        }

        else

        {

            int copy_sz = rb_capacity(rb) - (rb->rb_head - rb->rb_buff);

            memcpy(data, rb->rb_head, copy_sz);

            rb->rb_head = rb->rb_buff;   

            copy_sz += rb_read(rb, (char*)data+copy_sz, count-copy_sz); 

            return copy_sz;

        }

    }

}

   

   

   

写数据，把数据从data指向的地址，写到tail 指向的地址，写count个。返回写的个数。

这里进来直接判断，要写入的内容大小 要小于可写区域大小，防止造成数据覆盖。写入合法。

下面写入分了三种情况：

1、2 需要计算tail_avail_sz，这个值为tail 到缓冲区末尾的数据区域大小。

1、head < tail  ，count < tail_avail_sz  。直接复制内容。假如tail 到了缓冲区末尾，让tail 回到缓冲区首地址。

2、head < tail  ，count > tail_avail_sz  。先写入 tail_avail_sz 个数据，tail 回到缓冲区首地址，再写入剩余的部分。

3、head > tail  ，这种情况最简单，由于已经做了写入合法判断，所以直接复制内容，修改tail 即可。

代码：

   

size_t     rb_write(RingBuffer *rb, const void *data, size_t count)

{

    if (count >= rb_can_write(rb)) 

            return -1;

 

    if (rb->rb_head <= rb->rb_tail)  

    {

        int tail_avail_sz = rb_capacity(rb) - (rb->rb_tail - rb->rb_buff);

        if (count <= tail_avail_sz)

        {

            memcpy(rb->rb_tail, data, count);

            rb->rb_tail += count;

            if (rb->rb_tail == rb->rb_buff+rb_capacity(rb))

                rb->rb_tail = rb->rb_buff;

            return count;

        }

        else

        {

            memcpy(rb->rb_tail, data, tail_avail_sz);

            rb->rb_tail = rb->rb_buff;

 

            return tail_avail_sz + rb_write(rb, (char*)data+tail_avail_sz, count-tail_avail_sz);

        }

    }

    else

    {

        memcpy(rb->rb_tail, data, count);

        rb->rb_tail += count;

        return count;

    }

}

   

   

对于源程序中的，指针不为NULL判断，其实是必须要加上的，不知道为什么，我下载的代码，这些部分都被注释掉了。