Кольцевой буфер

Кольцевой буфер, или циклический буфер (англ. ring-buffer) — это структура данных, использующая единственный буфер фиксированного размера, как будто бы после последнего элемента сразу же снова идет первый. Такая структура легко предоставляет возможность буферизации потоков данных.

Применение

Кольцевой буфер находит очень широкое применение в том числе при программировании микроконтроллеров. Данные структуры часто используют для организации различных очередей сообщений и буферов приёма-передачи различных коммуникационных интерфейсов. Популярность КБ обусловлена тем, что это один из самых простых и эффективных способов организовать FIFO (англ. first in — first out, «первым пришёл — первым вышел») без использования динамической памяти. Существует множество разновидностей КБ.

Внутреннее устройство

Кольцевой буфер создается пустым, с некоторой заранее определенной длиной. Например, это семиэлементный буфер:

Предположим, что в середину буфера записывается 1 (в кольцевом буфере точная начальная ячейка не имеет значения):

Затем предположим, что после единицы были добавлены ещё два элемента — 2 и 3:

Если после этого два элемента должны быть удалены из буфера, то выбираются два наиболее старых элемента. В нашем случае удаляются элементы 1 и 2, в буфере остается только 3:

Если в буфере находится 7 элементов, то он заполнен:

Если продолжить запись в буфер, не принимая во внимание его заполненность, то новые данные начнут перезаписывать старые данные. В нашем случае, добавляя элементы A и B, мы перезапишем 3 и 4:

В другом варианте реализации процедуры, обслуживающие буфер, могут предотвратить перезапись данных и вернуть ошибку или выбросить исключение. Перезапись или её отсутствие оставляется на усмотрение обслуживающих процедур буфера или приложения, использующего кольцевой буфер.

Наконец, если теперь удалить из буфера два элемента, то удалены будут не 3 и 4, а 5 и 6, потому что A и B перезаписали элементы 3 и 4; буфер придет в состояние: