C语言队列和应用

时间:2022-05-23 Embedded learner 人气:0

1.队列的原理

队列原理其实就像一个管道，如果我们不断往管道里面塞乒乓球，每个乒乓球在管道里就会排列一条队形。先进去的乒乓球就会先出来，这个就是队列的先进先出的规则。

球从左边进去，进去的动作就是入列，然后进去的球在管道里排成一个队列，这个叫队列缓存，说白了就是数组，那么这里存了5个球就相当于是buff[5];这样的意思，最右边出来的1号球就是最早进去的球，出来的这个动作叫出列，所以遵循了先进先出的规则。

2.队列的作用

队列最主要的作用就是用来缓存数据，比方说串口接收数据，我们一般定义一个数组来存储数据，但是假如串口数据频率很快，可能这个数组里存储的数据还没处理完，下一组串口数据又过来了，那么这时候数组里的数据就会被新数据覆盖，导致老的数据丢失。像这种就可以通过队列的方式来处理，每收到一个字节数据都先入列，然后应用程序同步解析处理，根据队列先进先出的规则，那么老的数据就不会被新的数据“插队”了。

基于这种缓存数据的技术，可以灵活应用在各种场景，比如说：

1、操作系统的消息传递
2、大数据处理

3.队列程序设计思路

其实实现队列的方法有很多种，但是工作原理都是一样的，我们要编写代码，首先要很清楚队列的工作原理。

1、队列缓存
2、入列
3、出列
一个队列基本上要有上面这三个必要的操作，那么队列缓存就很好理解，说白了就是直接定义一个数组，数组大小就是队列缓存的大小。入列就是把1个或者若干个数据按顺序存到队列缓存数组里，同样出列把数据从队列缓存里取出来。

入列和出列的原理懂了，那么应该怎么样用程序来实现呢？

4.入列

根据上文的说法，入列就是把数据存进数组的操作，我们平时存数组一般都是buff[0]=1;这样操作。不过在队列中我们要考虑队列里当前存在多少个数据的情况，如果有数据，那么我们就不能从[0]这个下标开始入列，所以我们在入列时要考虑两个问题：

1、队列缓存可以存储的数组下标位置，这个我们一般称为队尾。
2、队列是否已满，如果队列缓存满了又有新的数据入列，该怎么处理？这里我们一般处理方式是按照时间顺序，把最早入列的数据

丢弃，以新的数据替换。
第二个问题先暂时不管，先看第一个问题。根据前面学过的数组与指针，通过指针的特性，我们在用1个指针来代表队尾，然后这个队尾指针指向队列缓存数组的首地址，当入列1个数据时，我们的队尾指针就+1，这样是不是就能够知道当前队列缓存的可以存储的地址了？

5.出列

数据入列以后自然要取出来，那么我们取的时候也是有原则的，不能乱取，而是从最早入列那个数据的地址开始取，所以这个出列的数组下标我们称为队头，同样我们可以使用指针变量来代表这个队头。
我们看看下面这个图是一个出列的流程，我们这个是满编队的队列，总共有1,2，3,4，5个数据，那么队头指针指向队列缓存首地址，接着第一个出列的就是数据1，出列后队头指针加1，就指向数据2的地址，那么数据2出列后，队头指针又加1，指向数据3的地址，以此类推，这样就可以实现先进先出的原则。

6.掌握队列程序编写

那么我们知道原理后就可以用程序来实现它了，因为一个产品中，会有很多队列代表不同的数据，比如说消息我有一个队列，底层串口接收我也有一个队列，所以我们吧队列的一些操作，比如说入列，出列的操作单独写成函数接口，方便程序不同区域的调用。

#include <stdio.h>
#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);/*要用哪一个队列，要存那个数据，要存多少个数据*/
    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);/*要用哪一个队列，要取那个数据*/
    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代码

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;
    //关闭中断 
    for(num=0; num < DataLen; num++,pData++)
    {    
        **Tail = *pData;        //这里把数据入列 
        (*Tail)++;                //队尾指针加1
         if(*Tail == pBuff+Len)
         {
             *Tail = pBuff; 
         }
        if(*Tail == *Head)
        {
            
            if(++(*Head) == pBuff+Len)
            {
                *Head = pBuff;    
            }
        }
    }
    //打开中断 
}

unsigned char S_QueueDataOut(unsigned char **Head,unsigned char **Tail,unsigned char *pBuff,unsigned char Len,unsigned char *pData)
{
    unsigned char status;
    //关闭中断 
    status = 0;
    if(*Head != *Tail)
    {
        *pData = **Head;
        status = 1;
        if(++(*Head) == pBuff+Len)
        {
            *Head = pBuff;
        }
    }
    //恢复中断 
    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代码

#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;     //队头指针，用来出列用的 
    unsigned char *Tail;     //队尾指针，用来入列用的 
    unsigned char Buff[4];    //队列缓存 
}Queue4;

typedef struct
{
    unsigned char *Head;     //队头指针，用来出列用的 
    unsigned char *Tail;     //队尾指针，用来入列用的 
    unsigned char Buff[128];    //队列缓存 
}Queue128;

typedef struct
{
    unsigned char *Head;     //队头指针，用来出列用的 
    unsigned char *Tail;     //队尾指针，用来入列用的 
    unsigned char Buff[512];    //队列缓存 
}Queue512;
#endif

7.队列的应用

串口的应用:

如果产品有两个功能，一个功能需要灯一秒闪1次，另一个功能需要灯1秒闪2次，在功能切换很快的情况下，需要功能正常并且灯的闪烁正常，那么就需要队列了。

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