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c++怎么实现一个环形缓冲区_c++环形缓冲区实现方法

尼克

发布： 2025-09-29 15:35:02

原创

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环形缓冲区通过数组和头尾指针实现FIFO，利用模运算使索引回绕，结合count变量区分空满状态，支持高效读写操作。

c++怎么实现一个环形缓冲区_c++环形缓冲区实现方法

环形缓冲区（Circular Buffer），也叫循环队列，是一种固定大小的先进先出（FIFO）数据结构，常用于生产者-消费者场景、网络数据缓存等。C++ 中实现环形缓冲区可以通过数组加头尾指针的方式高效完成。

基本原理与设计思路

环形缓冲区使用一个固定长度的数组，并维护两个索引：

head：指向下一个写入位置
tail：指向下一个读取位置

当 head 或 tail 到达数组末尾时，自动回到 0，形成“环形”效果。通过模运算实现索引回绕。

简单模板实现

#include <iostream>
#include <vector>

template <typename T>
class CircularBuffer {
private:
    std::vector<T> buffer;
    size_t head = 0;
    size_t tail = 0;
    size_t count = 0;  // 当前元素个数
    const size_t capacity;

public:
    explicit CircularBuffer(size_t size)
        : buffer(size), capacity(size) {}

    // 写入一个元素
    bool push(const T& value) {
        if (isFull()) return false;
        buffer[head] = value;
        head = (head + 1) % capacity;
        ++count;
        return true;
    }

    // 读取一个元素
    bool pop(T& value) {
        if (isEmpty()) return false;
        value = buffer[tail];
        tail = (tail + 1) % capacity;
        --count;
        return true;
    }

    bool isEmpty() const { return count == 0; }
    bool isFull() const { return count == capacity; }
    size_t size() const { return count; }
    size_t max_size() const { return capacity; }

    // 查看队首元素（不弹出）
    T front() const {
        if (isEmpty()) throw std::runtime_error("Buffer is empty");
        return buffer[tail];
    }
};

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使用示例

int main() {
    CircularBuffer<int> cb(3);

    cb.push(1);
    cb.push(2);
    cb.push(3);

    if (!cb.push(4)) {
        std::cout << "Buffer full, cannot push.\n";
    }

    int val;
    while (cb.pop(val)) {
        std::cout << val << " ";
    }
    // 输出: 1 2 3
    return 0;
}

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