循环队列FIFO

这里的 FIFO 是先入先出的意思，即谁先进入队列，谁先出去。比如我们需要串口打印数据，当使用缓存将该数据保存的时候，在输出数据时必然是先进入的数据先出去，那么该如何实现这种机制呢？

首先就是建立一个缓存空间，这里假设为 7 个字节空间进行说明。

 

 

 

缓存一开始没有数据，并且用一个变量 rear 指示下一个存入缓存的索引地址，这里下一个存放的位置就是 0，用另一个变量 front 指示下一个存入缓存的索引地址，并且下一个读出数据的索引地址也是 0。目前队列中是没有数据的，也就是不能读出数据，队列为空的判断条件在这里就是两个索引值相同。

现在开始存放数据：

 

 

 

在这里可以看到队列中加入了 5 个数据，并且每加入一个数据后队尾索引加 1，队头不变，这就是数据加入队列的过程。但是缓存空间只有 7 个，如何判断队列已满呢？

如果只是先一次性加数据到队列中，然后再读出数据，那这里的判断条件显然是队尾索引为 6，但实际上是在加入数据的同时也可能出现有数据已出队的情况，比如：

 

 

 

这个时候索引是 6，但是实际上还是有一个索引为 0 的位置是空的，也就是实际上还是可以再加入一个数据的。这个时候又该如何判断是否队列已满呢？

通过以下算法即可：

(rear + 1) % 7 == front

你可以发现这个算法的巧妙。通过%运算将索引又从 6 返回到了 0 处，这是实现循环队列的关键之处。通过该算法就能知道队列是否已满了。队列空的算法就是队头队尾索引相同。

front == rear

刚才说过通过%运算可以实现索引值的循环，所以当索引为 6 的时候，一般思维是通过 if 判断语句将其定位到下一个索引位置，而这里通过以下算法即可将其重新定位：

rear = (rear + 1) %7

这样当 rear 等于 6 的时候下一个索引就是 0 了。非常巧妙的实现了数值的循环。这个时候就出现了如下情况：

 

 

 

队尾索引跑到了队头索引的前头。并且周而复始，这就是循环队列了，充分的利用了空间。

但你有没有发现其实在有 7 个空间的情况下其实只能存放 6 个数据，另一个数据空间是没法使用的，为什么呢？看看以下两种情况：

 

 

 这里一种为队列为空的情况，有一种队列已满的情况，这个时候到底是空还是满的单靠这两个变量是无法判断的，这个时候就需要增加一个变量指示队列已满的情况，并且需要加入判断语句，降低了运行效率，所以建议采用留空的方式进行统一处理。

这样入队出队操作都有了，也就算完成了基本操作，实际上有时候需要获取整个队列存放的数量，这时又涉及到了一个有意思的公式：

(rear – front + 7) % 7

来看一看这个公式的巧妙性。当出现如下 rear 在后，front 在前这种正常情况时，只要两种相减即可得到队列的长度。

 

 但实际上对于循环队列来说 rear 在前，front 在后也是再正常不过的事情，如下：

 

 

这个时候又该如何获取呢？就是利用上面的公式了。通过它就能适应这两种情况。

通过了解这个公式，感受它的巧妙，又可以想到利用这个公式干点其他的，比如在时间的获取上，不管你计时变量设置得多么大，总有一个限度，总会出现计时溢出的情况，但实际上你只要获取溢出时间内的时间即可，比如一个 16 位变量，每 1ms 自加 1，你想获取 100ms 的定时时间（小于 65535），正常情况下只需通过如下判断即可准确获取：

CurrentTime >= (Time + 100)

CurrentTime 是变化的时间，Time 是开始的时刻。但你开始的时刻是有可能是在 CurrentTime = 65435 的情况下的，CurrentTime 必然溢出，开始从零开始计时，这样你这个条件满足必须是 CurrentTime = 65535，也就是说你从 65435 – 0 - 65535，整整多了一个溢出周期时间。而如果你使用上面的公式就即使计数器溢出了，也能获取准确的定时时间。

(CurrentTime - Time + 65535) % 65535 >= 100

只要队列的每个元素设置一个标志，删除这个标志就代表这个队列元素已删除即可，而插入元素则就重新设置该标志，表明你已经存放了数据，并将数据写入对应的位置即可。当然这个标志其实还可以用于标志这个元素属于什么种类的数据，这样就是将两种功能结合了在一个标志内了，而你要做的就是实现他们之间的一一对应关系即可。