linux 环形缓冲区

基础概念

环形缓冲区（Circular Buffer），也称为循环缓冲区，是一种数据结构，用于存储有限数量的数据元素。它的工作原理是在一个固定大小的数组中循环使用存储空间，当数据填满数组时，新的数据会覆盖旧的数据。环形缓冲区通常用于处理实时数据流，如音频、视频处理，网络通信等场景。

优势

高效利用内存：由于数据是循环使用的，不需要为未使用的内存分配额外的空间。
简化数据管理：环形缓冲区的操作相对简单，只需要维护头尾指针即可。
支持连续数据处理：适合处理连续到达的数据流，如日志记录、实时监控等。

类型

环形缓冲区可以根据实现方式分为以下几种类型：

固定大小的环形缓冲区：缓冲区的大小在创建时确定，之后不可更改。
动态调整大小的环形缓冲区：可以根据需要动态调整缓冲区的大小。

应用场景

网络通信：用于存储接收到的数据包，避免数据丢失。
音视频处理：用于存储音频或视频数据，确保数据的连续性和实时性。
日志记录：用于存储系统日志，避免日志文件过大。
实时监控：用于存储实时数据，如传感器数据、交易数据等。

实现示例

以下是一个简单的C语言实现环形缓冲区的示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

typedef struct {
    char *buffer;
    int head;
    int tail;
    int size;
    int count;
} CircularBuffer;

CircularBuffer* createBuffer(int size) {
    CircularBuffer *cb = (CircularBuffer*)malloc(sizeof(CircularBuffer));
    cb->buffer = (char*)malloc(size);
    cb->head = 0;
    cb->tail = 0;
    cb->size = size;
    cb->count = 0;
    return cb;
}

void destroyBuffer(CircularBuffer *cb) {
    free(cb->buffer);
    free(cb);
}

int writeBuffer(CircularBuffer *cb, const char *data, int len) {
    if (len > cb->size - cb->count) {
        return -1; // Buffer overflow
    }
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        cb->buffer[cb->tail] = data[i];
        cb->tail = (cb->tail + 1) % cb->size;
    }
    cb->count += len;
    return len;
}

int readBuffer(CircularBuffer *cb, char *data, int len) {
    if (len > cb->count) {
        return -1; // Not enough data
    }
    for (int i = 0; i < len; i++) {
        data[i] = cb->buffer[cb->head];
        cb->head = (cb->head + 1) % cb->size;
    }
    cb->count -= len;
    return len;
}

int main() {
    CircularBuffer *cb = createBuffer(10);
    const char *data1 = "Hello";
    const char *data2 = "World";
    writeBuffer(cb, data1, strlen(data1));
    writeBuffer(cb, data2, strlen(data2));
    char readData[10];
    readBuffer(cb, readData, 5);
    readData[5] = '\0';
    printf("Read data: %s\n", readData);
    destroyBuffer(cb);
    return 0;
}