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环形缓冲区(Circular Buffer 或 Ring Buffer)是一种数据结构,它在逻辑上形成一个闭环。这种结构非常适用于需要固定大小的缓冲区的情况,如音频处理、网络通信、实时数据传输等。环形缓冲区的主要特点和用途包括:
固定大小:环形缓冲区的大小在创建时确定,并且在其生命周期内保持不变。
高效的数据插入和移除:在环形缓冲区中添加或移除元素(通常是在头部添加,在尾部移除)是非常高效的,因为这些操作不需要移动缓冲区中的其他元素。
循环覆盖:当缓冲区填满时,新添加的元素将覆盖最早添加的元素。这使得环形缓冲区非常适用于处理流式数据,其中只关心最近的数据。
无需动态内存分配:由于环形缓冲区的大小是固定的,因此在初始化后不需要额外的内存分配。
下面是C#中一个泛型环形缓冲区的实现- // LiteRingBuffer 是一个泛型类,用于存储类型为 T 的数据
- public class LiteRingBuffer<T> : IEnumerable<T>
- {
- // _elements 数组用于存储环形缓冲区的元素
- private readonly T[] _elements;
- // _start 和 _end 分别表示缓冲区中第一个和最后一个元素的索引
- private int _start;
- private int _end;
- // _count 表示缓冲区中当前元素的数量
- private int _count;
- // _capacity 表示缓冲区的最大容量
- private readonly int _capacity;
-
- // 索引器,用于访问缓冲区中的元素。它将索引 i 映射到环形缓冲区的正确位置
- public T this[int i] => _elements[(_start + i) % _capacity];
- // 构造函数,初始化环形缓冲区的大小
- public LiteRingBuffer(int count)
- {
- _elements = new T[count];
- _capacity = count;
- }
- // Add 方法用于向缓冲区添加新元素
- public void Add(T element)
- {
- if(_count == _capacity)
- throw new ArgumentException(); // 如果缓冲区已满,则抛出异常
- _elements[_end] = element; // 将元素添加到_end指向的位置
- _end = (_end + 1) % _capacity; // 更新_end索引
- _count++; // 增加元素数量
- }
- // FastClear 方法用于快速清空缓冲区
- public void FastClear()
- {
- _start = 0;
- _end = 0;
- _count = 0;
- }
- // Count 属性返回缓冲区中的元素数量
- public int Count => _count;
- // First 属性返回缓冲区中的第一个元素
- public T First => _elements[_start];
- // Last 属性返回缓冲区中的最后一个元素
- public T Last => _elements[(_start+_count-1)%_capacity];
- // IsFull 属性指示缓冲区是否已满
- public bool IsFull => _count == _capacity;
- // RemoveFromStart 方法从缓冲区的开始移除指定数量的元素
- public void RemoveFromStart(int count)
- {
- if(count > _capacity || count > _count)
- throw new ArgumentException(); // 如果请求移除的元素数量不合法,则抛出异常
- _start = (_start + count) % _capacity; // 更新_start索引
- _count -= count; // 减少元素数量
- }
- // GetEnumerator 方法提供了遍历缓冲区的方法
- public IEnumerator<T> GetEnumerator()
- {
- int counter = _start;
- while (counter != _end)
- {
- yield return _elements[counter];
- counter = (counter + 1) % _capacity;
- }
- }
- // IEnumerable 接口的实现,用于集合的迭代
- IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator()
- {
- return GetEnumerator();
- }
- }
复制代码 来源:https://www.cnblogs.com/Mr147/archive/2023/12/01/17869704.html
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