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C語言隊列和應(yīng)用詳情_C 語言

作者：Embedded?learner ? 更新時間： 2022-05-06 編程語言

1.隊列的原理

隊列原理其實就像一個管道，如果我們不斷往管道里面塞乒乓球，每個乒乓球在管道里就會排列一條隊形。先進去的乒乓球就會先出來，這個就是隊列的先進先出的規(guī)則。

球從左邊進去，進去的動作就是入列，然后進去的球在管道里排成一個隊列，這個叫隊列緩存，說白了就是數(shù)組，那么這里存了5個球就相當(dāng)于是buff[5];這樣的意思，最右邊出來的1號球就是最早進去的球，出來的這個動作叫出列，所以遵循了先進先出的規(guī)則。

2.隊列的作用

隊列最主要的作用就是用來緩存數(shù)據(jù)，比方說串口接收數(shù)據(jù)，我們一般定義一個數(shù)組來存儲數(shù)據(jù)，但是假如串口數(shù)據(jù)頻率很快，可能這個數(shù)組里存儲的數(shù)據(jù)還沒處理完，下一組串口數(shù)據(jù)又過來了，那么這時候數(shù)組里的數(shù)據(jù)就會被新數(shù)據(jù)覆蓋，導(dǎo)致老的數(shù)據(jù)丟失。像這種就可以通過隊列的方式來處理，每收到一個字節(jié)數(shù)據(jù)都先入列，然后應(yīng)用程序同步解析處理，根據(jù)隊列先進先出的規(guī)則，那么老的數(shù)據(jù)就不會被新的數(shù)據(jù)“插隊”了。

基于這種緩存數(shù)據(jù)的技術(shù)，可以靈活應(yīng)用在各種場景，比如說：

  • 1、操作系統(tǒng)的消息傳遞
  • 2、大數(shù)據(jù)處理

3.隊列程序設(shè)計思路

其實實現(xiàn)隊列的方法有很多種，但是工作原理都是一樣的，我們要編寫代碼，首先要很清楚隊列的工作原理。

  • 1、隊列緩存
  • 2、入列
  • 3、出列
  • 一個隊列基本上要有上面這三個必要的操作，那么隊列緩存就很好理解，說白了就是直接定義一個數(shù)組，數(shù)組大小就是隊列緩存的大小。入列就是把1個或者若干個數(shù)據(jù)按順序存到隊列緩存數(shù)組里，同樣出列把數(shù)據(jù)從隊列緩存里取出來。

入列和出列的原理懂了，那么應(yīng)該怎么樣用程序來實現(xiàn)呢？

4.入列

根據(jù)上文的說法，入列就是把數(shù)據(jù)存進數(shù)組的操作，我們平時存數(shù)組一般都是buff[0]=1;這樣操作。不過在隊列中我們要考慮隊列里當(dāng)前存在多少個數(shù)據(jù)的情況，如果有數(shù)據(jù)，那么我們就不能從[0]這個下標(biāo)開始入列，所以我們在入列時要考慮兩個問題：

  • 1、隊列緩存可以存儲的數(shù)組下標(biāo)位置，這個我們一般稱為隊尾。
  • 2、隊列是否已滿，如果隊列緩存滿了又有新的數(shù)據(jù)入列，該怎么處理？這里我們一般處理方式是按照時間順序，把最早入列的數(shù)據(jù)

丟棄，以新的數(shù)據(jù)替換。
第二個問題先暫時不管，先看第一個問題。根據(jù)前面學(xué)過的數(shù)組與指針，通過指針的特性，我們在用1個指針來代表隊尾，然后這個隊尾指針指向隊列緩存數(shù)組的首地址，當(dāng)入列1個數(shù)據(jù)時，我們的隊尾指針就+1，這樣是不是就能夠知道當(dāng)前隊列緩存的可以存儲的地址了？

5.出列

數(shù)據(jù)入列以后自然要取出來，那么我們?nèi)〉臅r候也是有原則的，不能亂取，而是從最早入列那個數(shù)據(jù)的地址開始取，所以這個出列的數(shù)組下標(biāo)我們稱為隊頭，同樣我們可以使用指針變量來代表這個隊頭。
我們看看下面這個圖是一個出列的流程，我們這個是滿編隊的隊列，總共有1,2，3,4，5個數(shù)據(jù)，那么隊頭指針指向隊列緩存首地址，接著第一個出列的就是數(shù)據(jù)1，出列后隊頭指針加1，就指向數(shù)據(jù)2的地址，那么數(shù)據(jù)2出列后，隊頭指針又加1，指向數(shù)據(jù)3的地址，以此類推，這樣就可以實現(xiàn)先進先出的原則。

6.掌握隊列程序編寫

那么我們知道原理后就可以用程序來實現(xiàn)它了，因為一個產(chǎn)品中，會有很多隊列代表不同的數(shù)據(jù)，比如說消息我有一個隊列，底層串口接收我也有一個隊列，所以我們吧隊列的一些操作，比如說入列，出列的操作單獨寫成函數(shù)接口，方便程序不同區(qū)域的調(diào)用。

#include 
#include "Queue.h"
Queue4 KeyMsg;

int main(int argc, char *argv[])
{
?? ?unsigned char a;?
?? ?QueueEmpty(KeyMsg);/*初始化*/
?? ?printf("site:%d\r\n",sizeof(KeyMsg.Buff));?
?? ?printf("&KeyMsg=0x%x, KeyMsg.Buff=0x%x, KeyMsg.Head=0x%x, KeyMsg.Tail=0x%x\r\n",&KeyMsg,KeyMsg.Buff,KeyMsg.Head,KeyMsg.Tail);
?? ?printf("&buff[0]=0x%x, &buff[1]=0x%x, &buff[2]=0x%x, &buff[3]=0x%x \r\n",&KeyMsg.Buff[0],&KeyMsg.Buff[1],&KeyMsg.Buff[2],&KeyMsg.Buff[3]);
?? ?printf("\r\n");?
?? ?
?? ?a = 1;
?? ?QueueDataIn(KeyMsg,&a,1);/*要用哪一個隊列，要存那個數(shù)據(jù)，要存多少個數(shù)據(jù)*/
?? ?printf("&KeyMsg=0x%x, KeyMsg.Buff=0x%x, KeyMsg.Head=0x%x, KeyMsg.Tail=0x%x\r\n",&KeyMsg,KeyMsg.Buff,KeyMsg.Head,KeyMsg.Tail);
?? ?printf("buff[0]=0x%x, buff[1]=0x%x, buff[2]=0x%x, buff[3]=0x%x \r\n",KeyMsg.Buff[0],KeyMsg.Buff[1],KeyMsg.Buff[2],KeyMsg.Buff[3]);
?? ?printf("\r\n");?
?? ?
?? ?a = 2;
?? ?QueueDataIn(KeyMsg,&a,1);
?? ?printf("&KeyMsg=0x%x, KeyMsg.Buff=0x%x, KeyMsg.Head=0x%x, KeyMsg.Tail=0x%x\r\n",&KeyMsg,KeyMsg.Buff,KeyMsg.Head,KeyMsg.Tail);
?? ?printf("buff[0]=0x%x, buff[1]=0x%x, buff[2]=0x%x, buff[3]=0x%x \r\n",KeyMsg.Buff[0],KeyMsg.Buff[1],KeyMsg.Buff[2],KeyMsg.Buff[3]);
?? ?printf("\r\n");?
?? ?
?? ?a = 3;
?? ?QueueDataIn(KeyMsg,&a,1);
?? ?printf("&KeyMsg=0x%x, KeyMsg.Buff=0x%x, KeyMsg.Head=0x%x, KeyMsg.Tail=0x%x\r\n",&KeyMsg,KeyMsg.Buff,KeyMsg.Head,KeyMsg.Tail);
?? ?printf("buff[0]=0x%x, buff[1]=0x%x, buff[2]=0x%x, buff[3]=0x%x \r\n",KeyMsg.Buff[0],KeyMsg.Buff[1],KeyMsg.Buff[2],KeyMsg.Buff[3]);
?? ?printf("\r\n");?
?? ?
? ? a = 4;
?? ?QueueDataIn(KeyMsg,&a,1);
?? ?printf("&KeyMsg=0x%x, KeyMsg.Buff=0x%x, KeyMsg.Head=0x%x, KeyMsg.Tail=0x%x\r\n",&KeyMsg,KeyMsg.Buff,KeyMsg.Head,KeyMsg.Tail);
?? ?printf("buff[0]=0x%x, buff[1]=0x%x, buff[2]=0x%x, buff[3]=0x%x \r\n",KeyMsg.Buff[0],KeyMsg.Buff[1],KeyMsg.Buff[2],KeyMsg.Buff[3]);
?? ?printf("\r\n");?
?? ?
?? ?a = 5;
?? ?QueueDataIn(KeyMsg,&a,1);
?? ?printf("&KeyMsg=0x%x, KeyMsg.Buff=0x%x, KeyMsg.Head=0x%x, KeyMsg.Tail=0x%x\r\n",&KeyMsg,KeyMsg.Buff,KeyMsg.Head,KeyMsg.Tail);
?? ?printf("buff[0]=0x%x, buff[1]=0x%x, buff[2]=0x%x, buff[3]=0x%x \r\n",KeyMsg.Buff[0],KeyMsg.Buff[1],KeyMsg.Buff[2],KeyMsg.Buff[3]);
?? ?printf("\r\n");?
?? ?
?? ?printf("&KeyMsg=0x%x, KeyMsg.Buff=0x%x, KeyMsg.Head=0x%x, KeyMsg.Tail=0x%x\r\n",&KeyMsg,KeyMsg.Buff,KeyMsg.Head,KeyMsg.Tail);
?? ?QueueDataOut(KeyMsg,&a);/*要用哪一個隊列，要取那個數(shù)據(jù)*/
?? ?printf("a=%d\r\n",a);?
?? ?printf("&KeyMsg=0x%x, KeyMsg.Buff=0x%x, KeyMsg.Head=0x%x, KeyMsg.Tail=0x%x\r\n",&KeyMsg,KeyMsg.Buff,KeyMsg.Head,KeyMsg.Tail);
?? ?printf("buff[0]=0x%x, buff[1]=0x%x, buff[2]=0x%x, buff[3]=0x%x \r\n",KeyMsg.Buff[0],KeyMsg.Buff[1],KeyMsg.Buff[2],KeyMsg.Buff[3]);
?? ?printf("\r\n");?
?? ?
?? ?return 0;
}

queue.c代碼

void S_QueueEmpty(unsigned char **Head,unsigned char **Tail,unsigned char *pBuff)
{
?? ?*Head = pBuff;
?? ?*Tail = pBuff;?
}

void S_QueueDataIn(unsigned char **Head,unsigned char **Tail,unsigned char *pBuff,unsigned char Len,unsigned char *pData,unsigned char DataLen)
{
?? ?unsigned char num;
?? ?//關(guān)閉中斷?
?? ?for(num=0; num < DataLen; num++,pData++)
?? ?{?? ?
?? ??? ?**Tail = *pData;?? ??? ?//這里把數(shù)據(jù)入列?
?? ??? ?(*Tail)++;?? ??? ??? ??? ?//隊尾指針加1
?? ? ?? ?if(*Tail == pBuff+Len)
?? ? ?? ?{
?? ? ?? ??? ?*Tail = pBuff;?
?? ? ?? ?}
?? ??? ?if(*Tail == *Head)
?? ??? ?{
?? ??? ??? ?
?? ??? ??? ?if(++(*Head) == pBuff+Len)
?? ??? ??? ?{
?? ??? ??? ??? ?*Head = pBuff;?? ?
?? ??? ??? ?}
?? ??? ?}
?? ?}
?? ?//打開中斷?
}

unsigned char S_QueueDataOut(unsigned char **Head,unsigned char **Tail,unsigned char *pBuff,unsigned char Len,unsigned char *pData)
{
?? ?unsigned char status;
?? ?//關(guān)閉中斷?
?? ?status = 0;
?? ?if(*Head != *Tail)
?? ?{
?? ??? ?*pData = **Head;
?? ??? ?status = 1;
?? ??? ?if(++(*Head) == pBuff+Len)
?? ??? ?{
?? ??? ??? ?*Head = pBuff;
?? ??? ?}
?? ?}
?? ?//恢復(fù)中斷?
?? ?return status;
}

unsigned short S_QueueDataLen(unsigned char **Head,unsigned char **Tail,unsigned char *pBuff,unsigned char Len)
{
?? ?if(*Tail > *Head)
?? ?{
?? ??? ?return *Tail-*Head;
?? ?}
?? ?if(*Tail < *Head)
?? ?{
?? ??? ?return *Tail+Len-*Head;?? ?
?? ?}
}

queue.h代碼

#ifndef _QUEUE_H_
#define _QUEUE_H_

extern void S_QueueEmpty(unsigned char **Head,unsigned char **Tail,unsigned char *pBuff);
extern void S_QueueDataIn(unsigned char **Head,unsigned char **Tail,unsigned char *pBuff,unsigned char Len,unsigned char *pData,unsigned char DataLen);
extern unsigned char S_QueueDataOut(unsigned char **Head,unsigned char **Tail,unsigned char *pBuff,unsigned char Len,unsigned char *pData);?
extern unsigned short S_QueueDataLen(unsigned char **Head,unsigned char **Tail,unsigned char *pBuff,unsigned char Len);?

#define QueueEmpty(x) ?S_QueueEmpty((unsigned char **)&(x).Head,(unsigned char **)&(x).Tail,(unsigned char *)(x).Buff)

#define QueueDataIn(x,y,z) S_QueueDataIn((unsigned char **)&(x).Head,(unsigned char **)&(x).Tail,(unsigned char *)&(x).Buff,sizeof((x).Buff),y,z)
#define QueueDataOut(x,y) ?S_QueueDataOut((unsigned char **)&(x).Head,(unsigned char **)&(x).Tail,(unsigned char *)&(x).Buff,sizeof((x).Buff),y)
#define QueueDataLen(x) ?? ?S_QueueDataLen((unsigned char **)&(x).Head,(unsigned char **)&(x).Tail,(unsigned char *)&(x).Buff,sizeof((x).Buff))
?
typedef struct
{
?? ?unsigned char *Head; ?? ?//隊頭指針，用來出列用的?
?? ?unsigned char *Tail; ?? ?//隊尾指針，用來入列用的?
?? ?unsigned char Buff[4];?? ?//隊列緩存?
}Queue4;

typedef struct
{
?? ?unsigned char *Head; ?? ?//隊頭指針，用來出列用的?
?? ?unsigned char *Tail; ?? ?//隊尾指針，用來入列用的?
?? ?unsigned char Buff[128];?? ?//隊列緩存?
}Queue128;

typedef struct
{
?? ?unsigned char *Head; ?? ?//隊頭指針，用來出列用的?
?? ?unsigned char *Tail; ?? ?//隊尾指針，用來入列用的?
?? ?unsigned char Buff[512];?? ?//隊列緩存?
}Queue512;
#endif

7.隊列的應(yīng)用

串口的應(yīng)用:

如果產(chǎn)品有兩個功能，一個功能需要燈一秒閃1次，另一個功能需要燈1秒閃2次，在功能切換很快的情況下，需要功能正常并且燈的閃爍正常，那么就需要隊列了。

原文鏈接：https://blog.csdn.net/weixin_44795447/article/details/123201835

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