Как реализовать круговой список (кольцевой буфер) в C?

Question

Как мне реализовать циклический список, который перезаписывает самую старую запись, когда она заполнена?

Для небольшого фона я хочу использовать круговой список в GWT; поэтому использование сторонней библиотеки - , а не , что я хочу.

Answer 1

Очень простая реализация, выраженная в C. Реализует очередь FIFO в стиле кольцевого буфера. Можно сделать более универсальным, создав структуру, содержащую размер очереди, данные очереди и индексы очереди (входящие и исходящие), которые будут передаваться с данными для добавления или удаления из очереди. Эти же подпрограммы могут обрабатывать несколько очередей. Также обратите внимание, что это позволяет очереди любого размера, хотя ускорения могут использоваться, если вы используете степени 2 и настраиваете код дальше.

/* Very simple queue
 * These are FIFO queues which discard the new data when full.
 *
 * Queue is empty when in == out.
 * If in != out, then 
 *  - items are placed into in before incrementing in
 *  - items are removed from out before incrementing out
 * Queue is full when in == (out-1 + QUEUE_SIZE) % QUEUE_SIZE;
 *
 * The queue will hold QUEUE_ELEMENTS number of items before the
 * calls to QueuePut fail.
 */

/* Queue structure */
#define QUEUE_ELEMENTS 100
#define QUEUE_SIZE (QUEUE_ELEMENTS + 1)
int Queue[QUEUE_SIZE];
int QueueIn, QueueOut;

void QueueInit(void)
{
    QueueIn = QueueOut = 0;
}

int QueuePut(int new)
{
    if(QueueIn == (( QueueOut - 1 + QUEUE_SIZE) % QUEUE_SIZE))
    {
        return -1; /* Queue Full*/
    }

    Queue[QueueIn] = new;

    QueueIn = (QueueIn + 1) % QUEUE_SIZE;

    return 0; // No errors
}

int QueueGet(int *old)
{
    if(QueueIn == QueueOut)
    {
        return -1; /* Queue Empty - nothing to get*/
    }

    *old = Queue[QueueOut];

    QueueOut = (QueueOut + 1) % QUEUE_SIZE;

    return 0; // No errors
}

Answer 2

Если вам нужен круговой список фиксированной длины. Вы можете использовать (динамический) массив. Используйте две переменные для houskeeping. Один для позиции следующего элемента, один для подсчета количества элементов.

Положить: положить элемент на свободное место. переместить позицию (по модулю длины). Добавьте 1 к количеству, если счет не равен длине списка. Получить: только если считать> 0. переместить позицию влево (по модулю длины). Уменьшить счет.

Answer 3

Использовать связанный список. Поддерживать отдельные указатели для головы и хвоста. Выскочите из головы списка, нажмите на хвост. Если вы хотите, чтобы он был круглым, просто убедитесь, что новый хвост всегда указывает на голову.

Я могу понять, почему вы можете захотеть реализовать FIFO, используя связанный список, но зачем делать его круговым списком?

Answer 4

Я использую это для моего микроконтроллера. Для простоты кода один байт будет незаполненным. Размер aka - 1 - это полная емкость.

fifo_t* createFifoToHeap(size_t size)
{
    byte_t* buffer = (byte_t*)malloc(size);

    if (buffer == NULL)
        return NULL;

    fifo_t* fifo = (fifo_t*)malloc(sizeof(fifo_t));

    if (fifo == NULL)
    {
       free(buffer);
       return NULL;
    }

    fifo->buffer = buffer;
    fifo->head = 0;
    fifo->tail = 0;
    fifo->size = size;

    return fifo;
}

#define CHECK_FIFO_NULL(fifo) MAC_FUNC(if (fifo == NULL) return 0;)

size_t fifoPushByte(fifo_t* fifo, byte_t byte)
{
    CHECK_FIFO_NULL(fifo);

    if (fifoIsFull(fifo) == true)
       return 0;

    fifo->buffer[fifo->head] = byte;

    fifo->head++;
    if (fifo->head == fifo->size)
       fifo->head = 0;

    return 1;
}

size_t fifoPushBytes(fifo_t* fifo, byte_t* bytes, size_t count)
{
    CHECK_FIFO_NULL(fifo);

    for (uint32_t i = 0; i < count; i++)
    {
        if (fifoPushByte(fifo, bytes[i]) == 0)
            return i;
    }

    return count;
}

size_t fifoPopByte(fifo_t* fifo, byte_t* byte)
{
    CHECK_FIFO_NULL(fifo);

    if (fifoIsEmpty(fifo) == true)
        return 0;

    *byte = fifo->buffer[fifo->tail];

    fifo->tail++;
    if (fifo->tail == fifo->size)
        fifo->tail = 0;

    return 1;
}

size_t fifoPopBytes(fifo_t* fifo, byte_t* bytes, size_t count)
{
    CHECK_FIFO_NULL(fifo);

    for (uint32_t i = 0; i < count; i++)
    {
        if (fifoPopByte(fifo, bytes + i) == 0)
            return i;
    }

    return count;
}

bool fifoIsFull(fifo_t* fifo)
{
    if ((fifo->head == (fifo->size - 1) && fifo->tail == 0) || (fifo->head == (fifo->tail - 1)))
        return true;
    else
        return false;
}

bool fifoIsEmpty(fifo_t* fifo)
{
    if (fifo->head == fifo->tail)
        return true;
    else
        return false;
}

size_t fifoBytesFilled(fifo_t* fifo)
{
    if (fifo->head == fifo->tail)
        return 0;
    else if ((fifo->head == (fifo->size - 1) && fifo->tail == 0) || (fifo->head == (fifo->tail - 1)))
        return fifo->size;
    else if (fifo->head < fifo->tail)
        return (fifo->head) + (fifo->size - fifo->tail);
    else
        return fifo->head - fifo->tail; 
}

Answer 5

Используйте массив и сохраняйте переменную P с первой доступной позицией.

Увеличивайте P каждый раз, когда добавляете новый элемент.

Чтобы узнать эквивалентный индекс P в вашем массиве, сделайте (P% n), где n - размер вашего массива.

Answer 6

Вот элегантный способ создания динамически увеличивающейся / уменьшающейся циклической очереди с использованием java .

Я прокомментировал большую часть кода для легкого и быстрого понимания. Надеюсь, это поможет:)

    public class CircularQueueDemo {
    public static void main(String[] args) throws Exception {

        CircularQueue queue = new CircularQueue(2);
        /* dynamically increasing/decreasing circular queue */
        System.out.println("--dynamic circular queue--");
        queue.enQueue(1);
        queue.display();
        queue.enQueue(2);
        queue.display();
        queue.enQueue(3);
        queue.display();
        queue.enQueue(4);
        queue.display();
        queue.deQueue();
        queue.deQueue();
        queue.enQueue(5);
        queue.deQueue();    
        queue.display();

    }
}

class CircularQueue {
    private int[] queue;
    public int front;
    public int rear;
    private int capacity;

    public CircularQueue(int cap) {
        front = -1;
        rear = -1;
        capacity = cap;
        queue = new int[capacity];
    }

    public boolean isEmpty() {
        return (rear == -1);
    }

    public boolean isFull() {
        if ((front == 0 && rear == capacity - 1) || (front == rear + 1))
            return true;
        else
            return false;
    }

    public void enQueue(int data) { 
        if (isFull()) {            //if queue is full then expand it dynamically   
            reSize();                    
            enQueue(data);
        } else {                                 //else add the data to the queue
            if (rear == -1)                      //if queue is empty
                rear = front = 0;
            else if (rear == capacity)          //else if rear reached the end of array then place rear to start (circular array)
                rear = 0;
            else
                rear++;                         //else just incement the rear 
            queue[rear] = data;                 //add the data to rear position
        }
    }

    public void reSize() {
        int new_capacity = 2 * capacity;                  //create new array of double the prev size
        int[] new_array = new int[new_capacity];          

        int prev_size = getSize();                        //get prev no of elements present
        int i = 0;                                        //place index to starting of new array

        while (prev_size >= 0) {                          //while elements are present in prev queue
            if (i == 0) {                                 //if i==0 place the first element to the array
                new_array[i] = queue[front++];
            } else if (front == capacity) {               //else if front reached the end of array then place rear to start (circular array) 
                front = 0;
                new_array[i] = queue[front++];
            } else                                        //else just increment the array
                new_array[i] = queue[front++];
            prev_size--;                                  //keep decreasing no of element as you add the elements to the new array
            i++;                                          //increase the index of new array
        }
        front = 0;                                        //assign front to 0
        rear = i-1;                                       //assign rear to the last index of added element
        capacity=new_capacity;                            //assign the new capacity
        queue=new_array;                                  //now queue will point to new array (bigger circular array)
    }

    public int getSize() {
        return (capacity - front + rear) % capacity;                  //formula to get no of elements present in circular queue
    }

    public int deQueue() throws Exception {
        if (isEmpty())                                       //if queue is empty
            throw new Exception("Queue is empty");
        else {
            int item = queue[front];                        //get item from front
            if (front == rear)                              //if only one element
                front = rear = -1;
            else if (front == capacity)                     //front reached the end of array then place rear to start (circular array)
                front = 0;
            else
                front++;                                    //increment front by one
            decreaseSize();                                 //check if size of the queue can be reduced to half
            return item;                                    //return item from front
        }

    }

    public void decreaseSize(){                           //function to decrement size of circular array dynamically
        int prev_size = getSize();
        if(prev_size<capacity/2){                         //if size is less than half of the capacity
            int[] new_array=new int[capacity/2];          //create new array of half of its size
            int index=front;                              //get front index
            int i=0;                                      //place an index to starting of new array (half the size)
            while(prev_size>=0){                          //while no of elements are present in the queue
                if(i==0)                                  //if index==0 place the first element
                    new_array[i]=queue[front++];
                else if(front==capacity){                 //front reached the end of array then place rear to start (circular array)      
                    front=0;
                    new_array[i]=queue[front++];
                }
                else
                    new_array[i]=queue[front++];         //else just add the element present in index of front
                prev_size--;                             //decrease the no of elements after putting to new array 
                i++;                                     //increase the index of i
            }
            front=0;                                     //assign front to 0
            rear=i-1;                                    //assign rear to index of last element present in new array(queue)
            capacity=capacity/2;                         //assign new capacity (half the size of prev)
            queue=new_array;                             //now queue will point to new array (or new queue)
        }
    }

    public void display() {                           //function to display queue
        int size = getSize();
        int index = front;

        while (size >= 0) {
            if (isEmpty())
                System.out.println("Empty queue");
            else if (index == capacity)
                index = 0;
            System.out.print(queue[index++] + "=>");
            size--;
        }
        System.out.println("  Capacity: "+capacity);

    }

}

Выход:

- динамическая круговая очередь -

1 => Вместимость: 2

1 => 2 => Вместимость: 2

1 => 2 => 3 => Вместимость: 4

1 => 2 => 3 => 4 => Вместимость: 4

4 => 5 => Вместимость: 2

Answer 7

Я не думаю, что очередь - лучший способ создать кеш. Вы хотите, чтобы ваш кеш был действительно быстрым! И линейное сканирование вашей очереди - это не тот путь, если вы не хотите, чтобы ваш кэш был очень маленьким или ваша память действительно ограничена.

Предполагая, что вам не нужен очень маленький кэш или медленный кеш, использование связанного списка с хэш-картой значения для узла в связанном списке является хорошим способом. Вы всегда можете выселить голову, и всякий раз, когда к элементу обращаются, вы можете удалить его и поместить в начало списка. Для доступа вы можете получить его напрямую или проверить, находится ли он в кеше в O (1). Исключение элемента также является O (1) и обновляет список.

Например, посмотрите на LinkedHashMap в Java.

http://docs.oracle.com/javase/6/docs/api/java/util/LinkedHashMap.html