循环队列分析及应用

逐一解读队列模块

一、队列数据结构

queue.h#ifndef _QUEUE_H_
#define _QUEUE_H_#include <stdint.h>这是队列里面的关键参数，队列里面有一个数组，是用来接收数据的，那么就需要定义一个数组的下标，队头和队尾，接着就是队列的长度、最后是队列的数组。typedef struct
{uint32_t head;        //数组下标，指向队头uint32_t tail;        //数组下标，指向队尾uint32_t size;        //队列缓存长度（初始化时赋值）uint8_t *buffer;      //队列缓存数组（初始化时赋值）
} QueueType_t;用来表示队列状态，一共有四种状态，
1、正常状态
2、错误状态
3、队列已填满
4、队列已空
typedef enum
{QUEUE_OK = 0,       //队列正常QUEUE_ERROR,        //队列错误QUEUE_OVERLOAD,     //队列已满QUEUE_EMPTY         //队列已空
} QueueStatus_t;void QueueInit(QueueType_t *queue, uint8_t *buffer, uint32_t size);QueueStatus_t QueuePush(QueueType_t *queue, uint8_t data);QueueStatus_t QueuePop(QueueType_t *queue, uint8_t *pdata);uint32_t QueuePushArray(QueueType_t *queue, uint8_t *pArray, uint32_t len);uint32_t QueuePopArray(QueueType_t *queue, uint8_t *pArray, uint32_t len);uint32_t QueueCount(QueueType_t *queue);#endif

二、队列模块函数

1、初始化队列结构体

一般在调用队列之前需要进行初始化函数

#define MAX_BUF_SIZE       (77)
static uint8_t g_rcvDataBuf[MAX_BUF_SIZE]实例化一个队列数据   主要包含队头、队尾、队列长度、队列的buff数组
static QueueType_t g_rcvQueue首先需要初始化这写个内容
因为QueueType_t里面的buff里面是指针，因此需要将我们自己定义的数组的首地址传进去注意数据类型QueueInit(&g_rcvQueue, g_rcvDataBuf, MAX_BUF_SIZE);void QueueInit(QueueType_t *queue, uint8_t *buffer, uint32_t size)
{queue->buffer = buffer;queue->size = size;queue->head = 0;queue->tail = 0;
}

QueueType_t * queue 这样就相当于将我们自己定义的结构体的首地址传进去，然后利用形参queue进行访问，而前面的QueueType_t 表示的是这个结构体的类型，也就是我们传进去地址类型，或者也可以理解为* queue指针变量的类型，再或者可以理解为我们使用编译器开辟了一个* queue把这个地址空间，而这个地址空间的结构和QueueType_t 是一模一样的，用来保存我们传进去的自己定义的结构体g_rcvQueue。理解可能有些绕，
可以参考我前面的文章。指针深入理解（一）-CSDN博客 指针深入理解（二）-CSDN博客等专栏文章关于这一部分的解读。

而我们的queue->buffer = buffer; 接收的也是我们自己定义数组的首地址，g_rcvDataBuf 这个表示数组名/数组标签 也就是数组的首地址。

2、压入数据到队列中

QueueStatus_t QueuePush(QueueType_t *queue, uint8_t data)
{uint32_t index = (queue->tail + 1) % queue->size;if (index == queue->head){return QUEUE_OVERLOAD;}queue->buffer[queue->tail] = data;queue->tail = index;return QUEUE_OK;
}

传进去的一个是环形队列的指针变量，一个是即将压入队列的data

一个data是一个字节，只能放进去一个字节，并且本身在硬件层面，一次也只能传输一个字节。一个字节发送完毕，产生一个中断。需要多少个字节，则会产生多少个中断。

首先在传进去之前，需要判断队列是否已经满了，如果满了，那么就退出函数。

需要说明的是tail这个变量指的是队尾，可是我们怎么知道这个队尾？
队尾是负责输入数据的。

根据我们编写的代码可以看出，tail只有在初始化的时候会进行赋值为0。后续没有将其赋值为0。
那么第一次压入的时候根据这个QueuePush函数的执行逻辑可以看出，tail会进行加1操作，并且会更新这个数据( queue->tail = index;)。因此正常情况下会一直进行这个操作。

循环队列会出现两种情况，一种是读的太快，写的太慢，head和tail会相等
另外一种情况就是tail走了一圈，和head重合了，这个是写的比读的快， 这一种相当于是队列满了，那么就不能再写入数据了，但是和第一种就会造成无法判断，因此为了避免这种情况，设计者就重新设计了一个思路，在数组中空出来一个位置，不写入数据。
也就是tail指向head前面的一个位置时，认为队列满了，这样就轻松区别了这两种情况。
而在代码实现上面就是下面这一行代码

uint32_t index = (queue->tail + 1) % queue->size;

并且这个取模运算就是实现了循环操作，由于tail和head之间隔了一个位置，那么就算这个时候tail已经走了一圈，由于head前面必须要保持一个空位置，因此，只有在以下这种情况才会是满

    uint32_t index = (queue->tail + 1) % queue->size;if (index == queue->head){return QUEUE_OVERLOAD;}queue->buffer[queue->tail] = data;queue->tail = index;return QUEUE_OK;

如果我数组的长度是5，那么数值就是0-4.
假设我现在tail现在是在0号位置写入数据，但是在刚进来这个函数的时候已经tail+1了，也就是index是1，在写入0位置数据以后，就会将index赋值为tail，此时tail为1，但是是没有数据的。这样就实现了在head前面永远有一个位置是空的，或者可以理解为写入当前tail数据位置的下一次位置已经被空出来了，不可能被写入数据。因此下一次进来就会立马＋1进行判断，判断是否紧挨着head的位置，如果是就不会写了，直接退出函数。如果不是就会写，是在不＋1的位置写。这个地方需要认真理解，帮助后续的分析代码有很大帮助，或者说进行优化的时候，可以有思路，知其所以然。

这是写入一组数据到队列中，
道理是一样的，只不过使用了for循环遍历。
将这一组数据全部写到队列里面。

uint32_t QueuePushArray(QueueType_t *queue, uint8_t *pArray, uint32_t len)
{uint32_t i;for (i = 0; i < len; i++){if(QueuePush(queue, pArray[i]) == QUEUE_OVERLOAD){break;}}return i;
}

3、读队列的数据

首先将接收数组进行初始化操作。

然后是调用函数，

uint8_t readBuf[PACKET_DATA_LEN_MAX] = {0};QueuePop(&g_rcvQueue, &readBuf[0])

注意写入和读取两个函数的区别

QueueStatus_t QueuePop(QueueType_t *queue, uint8_t *pdata)
{if(queue->head == queue->tail){return QUEUE_EMPTY;}*pdata = queue->buffer[queue->head];queue->head = (queue->head + 1) % queue->size;return QUEUE_OK;
}

在读取之前先要判断队列是否为空，
就跟在写之前先判断是否为满一样，在工作用，一定要注意边界条件的处理，只有这样才能将产品维护的很好，业务干的漂亮，不然就是写出来Bug很多。
言归正传
当队列为空的时候，也就只有一种情况，我写的太慢了，读的速度很快，导致队列中一会数据就用完了。那就是head追上了tail，也只有这一种情况会这样。需要注意的是队列满的时候，是另外的判断思路。因此，满和空就完全是两个判断方式，直接让他们两种情况永远不会有交集。

此外，如果位置不是空，那就取出当前位置的数据，然后进行+1，因为我读取了这次的数据以后，我一定要直接+1处理，这样不会影响我下一次的判断。这就是编程的思想。

跟写入的思路是异曲同工之妙。

这是直接读出来一组数据，直接连续读数据。
一口气读出来。感觉这样容易导致空？
目前想想不到应用场景。

uint32_t QueuePopArray(QueueType_t *queue, uint8_t *pArray, uint32_t len)
{uint32_t i;for(i = 0; i < len; i++){if (QueuePop(queue, &pArray[i]) == QUEUE_EMPTY){break;}}return i;
}

四、获取队列中的数据个数

一般是两种情况，

uint32_t QueueCount(QueueType_t *queue)
{if (queue->head <= queue->tail){return queue->tail - queue->head;}return queue->size + queue->tail - queue->head;
}

以上就是循环队列的基本使用方法。

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