c语言|5、C语言队列与应用

队列 掌握队列的原理和作用
掌握队列的写法
掌握队列在产品中的应用
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。
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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。
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
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?
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?
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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。
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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。
main.c代码

#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 = https://www.it610.com/article/**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

【c语言|5、C语言队列与应用】队列的应用
串口的应用
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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。
本文博客主要参考无际单片机编程,https://b23.tv/PXO5IMQ。

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