环形缓冲器的设计与C++实现

文章目录

1. 1. 引言
2. 2. 功能概述
3. 3. 代码实现
4. 4. 结束语

引言

信号采样序列的生成与存储是雷达电子战系统仿真的前提。设计并采用存储高效、访问便捷、线程安全的信号存储器，对于提高系统的仿真时效性具有重要意义。结合实际性能需求，利用C++设计并实现了一个这样的信号存储器，可为开发类似功能模型提供参考。

功能概述

该信号存储器的主要功能概述如下

• 由外部应用系统指定信号存储器的容量，以及信号采样点存储数据的具体格式；
• 销毁该信号存储器时，执行相应的内存、线程等清理，确保无内存泄露隐患；
• 按照FIFO（即“先入先出”）的原则，完成单个、一组信号数据的存储；
• 依据传入的信号采样点时间选择区间，完成单个、一组信号数据的取出；
• 清空信号存储器；
• 判断信号存储器是否已满；
• 判断信号存储器是否为空；
• 获取信号存储器的容量，即该存储器可保存信号采样点的最大数目；
• 获取信号存储器当前存储的信号采样点数目；
• 确保信号存储器在进行信号采样点存储、取出时的线程安全。

代码实现

#ifndef CIRCLEBUFFER_H
#define CIRCLEBUFFER_H

//定义信号采样结构体
struct RADSIGSAMPLES
{
	double		TimeIndex;			//时间戳，s
	float		Amplitude;			//幅度值，V
	
	RADSIGSAMPLES() : TimeIndex(0.0), Amplitude(0.0) {}
};

#include <vector>
using std::vector;

class CircleBuffer 
{
public:
	CircleBuffer(int MaxSize = 65535);
	virtual ~CircleBuffer();

	bool push(const RADSIGSAMPLES& ele);
	bool push(const vector<RADSIGSAMPLES>& ele);
	void clear();
	bool pop(RADSIGSAMPLES &ele);
	bool pop(vector<RADSIGSAMPLES> &ele, double tbegin, double tend);
	bool empty();
	bool full();
	int count();
	int GetSize();

private:
    RADSIGSAMPLES *Arr;
    int _l;
    int _c;
    int _size;
    int _cnt;
	HANDLE _mutex;
 
    int conv(int i);
};

#endif //CIRCLEBUFFER_H

#include "stdafx.h"
#include "CircleBuffer.h"

CircleBuffer::CircleBuffer(int MaxSize) : _size(MaxSize)
{
	if(_size < 1) _size = 1;
	Arr = new RADSIGSAMPLES[MaxSize];
	_l = _c = _size - 1;
	_cnt = 0;
	_mutex = CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);
}

CircleBuffer::~CircleBuffer()
{
	delete []Arr;
	Arr = NULL;
	CloseHandle(_mutex);
}

int CircleBuffer::conv(int i)
{
	return (i < _size) ? i : 0;
}

bool CircleBuffer::push(const RADSIGSAMPLES& ele)
{
	if(_cnt < _size)
	{
		try
		{
			WaitForSingleObject(_mutex,INFINITE);

			_l = conv(_l + 1);
			Arr[_l] = ele;
			_cnt++;

			ReleaseMutex(_mutex);
			return true;
		}
		catch (...)
		{
			ReleaseMutex(_mutex);	//防止死锁
			return false;
		}
	}
	else return false;
}

bool CircleBuffer::push(const vector<RADSIGSAMPLES>& ele)
{
	vector<RADSIGSAMPLES>::const_iterator SigIt;

	try
	{
		WaitForSingleObject(_mutex, INFINITE);

		for (SigIt = ele.begin(); SigIt != ele.end(); SigIt++)
		{
			_l = conv(_l + 1);
			Arr[_l] = *SigIt;
			_cnt++;

			if (_cnt >= _size) break;
		}

		ReleaseMutex(_mutex);
		return true;
	}
	catch (...)
	{
		ReleaseMutex(_mutex);	//防止死锁
		return false;
	}
}

bool CircleBuffer::pop(RADSIGSAMPLES &ele)
{
	if(_cnt == 0) return false;
	else
	{
		try
		{
			WaitForSingleObject(_mutex,INFINITE);

			_cnt--;
			_c = conv(_c + 1);
			ele = Arr[_c];

			ReleaseMutex(_mutex);
			return true;
		}
		catch (...)
		{
			ReleaseMutex(_mutex);	//防止死锁
			return false;
		}
	}
}

bool CircleBuffer::pop(std::vector<RADSIGSAMPLES> &ele, double tbegin, double tend)
{
	ele.clear();

	try
	{
		WaitForSingleObject(_mutex,INFINITE);
		bool retFlag = false;
		while (1)
		{
			if (_cnt == 0)
				break;

			if ( Arr[conv(_c + 1)].TimeIndex < tbegin)
			{
				_cnt--;
				_c = conv(_c + 1);
			}

			if (Arr[conv(_c + 1)].TimeIndex < tend && Arr[conv(_c + 1)].TimeIndex >= tbegin)
			{
				_cnt--;
				_c = conv(_c + 1);
				ele.push_back(Arr[_c]) ;
			}

			if (Arr[conv(_c + 1)].TimeIndex >= tend)
			{
				retFlag = true;
				break;				
			}
		}

		ReleaseMutex(_mutex);

		return retFlag;
	}
	catch (...)
	{
		ReleaseMutex(_mutex);
		return false;
	}
}

int CircleBuffer::count()
{
	return _cnt;
}

bool CircleBuffer::empty()
{
	if(!_cnt) return true;
	else return false;
}

bool CircleBuffer::full()
{
	return (_cnt == _size) ? true : false;
}

int CircleBuffer::GetSize()
{
	return _size;
}

void CircleBuffer::clear()
{
	_l = _c = _size - 1;
	_cnt = 0;
}

结束语

总结上述CircleBuffer的实现过程，做以下补充说明：

1. 为了确保信号存储器在进行信号采样点存储、取出时的线程安全，在存储器内部设置了互斥量Mutex，确保了读写操作的互斥性；
2. 在头文件中定义了记录数据采样点的结构，可以修改它来改变记录采样点的类型；
3. 实现了单个采样点、多个采样点的存储、取出操作。

上述信号存储器的实现过程中包含了较为深刻的C/C++编程实践经验。这种存储器结构将大量地应用于雷达电子战建模仿真过程中，尤其是在进行并行程序设计时。