C++如何实现一个环形缓冲区(ring buffer)_C++ 环形缓冲区实现方法-C++-PHP中文网

C++如何实现一个环形缓冲区(ring buffer)_C++ 环形缓冲区实现方法

裘德小鎮的故事

发布： 2025-10-09 20:25:01

原创

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环形缓冲区是一种固定大小的FIFO数据结构，使用数组和读写索引实现高效存取，通过取模运算形成环形循环，配合full标志区分空满状态，适用于生产者-消费者等场景。

c++如何实现一个环形缓冲区(ring buffer)_c++ 环形缓冲区实现方法

环形缓冲区（Ring 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使用数组和两个指针（或索引）来管理读写位置。

基本原理

环形缓冲区底层通常用一个固定大小的数组实现，配合两个索引：

write_index（写索引）：指向下一个可写入的位置
read_index（读索引）：指向下一个可读取的位置

当索引到达数组末尾时，通过取模运算回到开头，形成“环形”效果。

简单模板实现

下面是一个线程不安全但高效的基础环形缓冲区模板实现：

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template <typename T, size_t Capacity>
class RingBuffer {
private:
    T buffer[Capacity];
    size_t read_index = 0;
    size_t write_index = 0;
    bool full = false;
<p>public:
bool push(const T& item) {
if (full) return false;
buffer[write_index] = item;
write_index = (write_index + 1) % Capacity;
// 写入后如果写索引追上读索引，表示满了
full = (write_index == read_index);
return true;
}</p><pre class='brush:php;toolbar:false;'>bool pop(T& item) {
    if (empty()) return false;
    item = buffer[read_index];
    read_index = (read_index + 1) % Capacity;
    full = false; // 只要读了，就一定不满
    return true;
}

bool empty() const {
    return (!full && (read_index == write_index));
}

bool is_full() const {
    return full;
}

size_t size() const {
    if (full) return Capacity;
    if (write_index >= read_index)
        return write_index - read_index;
    else
        return Capacity - (read_index - write_index);
}

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};

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使用示例

你可以这样使用上面的 RingBuffer：

#include <iostream>
<p>int main() {
RingBuffer<int, 4> rb;</p><pre class='brush:php;toolbar:false;'>rb.push(1);
rb.push(2);
rb.push(3);

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

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}