緩衝區的設計

在程式的兩個模組間進行通訊的時候，緩衝區成為乙個經常使用的機制。

如上圖，寫入模組將資訊寫入緩衝區中，讀出模組將資訊讀出緩衝區。這樣使得：

緩衝區顯然不適合下面的情況：

佇列使用環形佇列，如上圖。環形佇列的特點是，不需要進行動態的記憶體釋放和分配，使用固定大小的記憶體空間反覆使用。在實際的佇列插入和彈出操作中，是不斷交叉進行的，當push操作時，head會增加；而pop操作時，tail會增加。push的速度快的時候，有可能追上 tail，這個時候說明佇列已經滿了，不能再進行push的操作了，需要等待 pop 操作騰出佇列的空間。當 pop 的操作快，使得 tail 追上 head，這個時候說明佇列已空了，不能再進行 pop 操作了，需要等待 push 進來資料。

下面列出了乙個環形佇列類的的資料結構的源程式。

/* loopque.h

author: zhangtao

date: july 26, 2009

# ifndef loopque_h

# define loopque_h

# include

namespace xtl

loopque_impl(int msize) : max_size(msize), _front(0), _rear(0), _size(0) {}

_tp& front()

void push(const _tp& value)

void pop()

int check_pop(_tp& tv)

int check_push(const _tp& value)

bool full() const

bool empty() const

int size() const

int capacity() const

private:

int32_t _front; // front index

int32_t _rear; // rear index

int32_t _size; // queue data record number

const int32_t max_size; // queue capacity

_tp data[0]; // data record occupy symbol

};

template

struct loopque_allocate

void deallocate(void *p)

};

template >

class loopque

~loopque()

value_type& front()

const value_type& front() const

void push(const value_type& value)

void pop()

int check_pop(value_type& tv)

int check_push(const value_type& value)

bool full() const

bool empty() const

int size() const

private:

alloc alloc;

loopque_impl<_tp>& impl;

};

} // end of

# endif // end of

程式裡定義了兩個類 loopque_impl及loopqueue。前者定義了環形佇列的基本資料結構和實現，後者又進行了一次記憶體分配包裝。

21行的loopque_impl的建構函式是以佇列的空間大小作為引數建立這個類的。也就是說，在類建立的時候，就決定了佇列的大小。

63行中定義的佇列的陣列空間為 _tp data[0]。這似乎是乙個奇怪的事情。事實上，這個空間大小應該是max_size個陣列空間。但由於max_size是在類建立的時候確定的，在這裡，data[0]只起到乙個佔位符的作用。所以，loopque_impl這個類是不能直接使用的，需要正確的分配好記憶體大小，才能使用，這也是需要裡另外設計乙個類loopqueue的重要原因之一。也許您會奇怪，為什麼要這樣使用呢？如果定義乙個指標，例如：_tp *data，然後在建構函式裡面使用 data = new _tp[max_size]，不是很容易嗎？但是，不要忘記了，我們這個環形佇列類有可能會是乙個程序間共享類。例如，乙個程序push操作，另乙個程序pop操作。這樣，這個類是需要建立在共享記憶體中的。而共享記憶體中的類的成員，如果包含有指標或者引用這樣的型別，將給記憶體分配帶來很大的麻煩。而我們這樣以這個佔位符的方式設計這個類，將減少這種麻煩和複雜性。

17行的addsize的類函式確定了loopque_impl需要的另外的記憶體空間的大小。

loopqueue顯示了怎樣使用loopque_impl，解決記憶體分配問題的。從79行的模版引數中，我們看到，除了緩衝區資料存放型別_tp的引數外，還有乙個alloc型別。這便是用於分配loopque_impl記憶體空間使用的模版類。

在loopqueue的成員中，定義了loopque_impl的乙個引用 impl（102行）。這個引用便是指向使用alloc分配空間得來的loopque_impl的空間。

alloc模版引數有乙個預設的定義值 loopque_allocate。從這個預設的分配記憶體的類裡，我們可以看到乙個分配loopque_impl的實現樣例，見69行：

char *p = new char[sizeof(loopque_impl<_tp>) + loopque_impl<_tp>::addsize(msize)];

return *(new (p) loopque_impl<_tp>(msize));

這裡，先根據msize分配好了靠慮到了data[msize]的足夠的記憶體，然後，再使用定位的new操作，將loopque_impl建立在這個記憶體區中。這樣，loopque_impl類就可以使用它其中的 _tp data[0]的成員。實際上，這個成員已經有 _tp data[msize]這樣的空間了。這裡，如果我們設計另外乙個分配記憶體的類，例如，loopque_shmalloc。這個類是使用共享記憶體，並在其中建立loopque_impl類。這樣我們就可以使用：

loopque<_tp loopque_shmalloc>

來建立乙個可以在程序間共享而進行通訊的環形佇列類了。

至此，我們可以總結一下：這些工作我們將在隨後的設計中進行。且聽下回分解。

附件: loopque的測試程式:

/* tst-loopque.cpp

test program for class

author: zhangtao

date: july 27, 2009

# include

# include // for function

# include "xtl/loopque.h"

int

main(int argc, char **argv)

queue.check_push(1000);

std::cout <

for ( int i = 0; i

std::cout <

return 0;

}

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