Yocto Queue微型队列数据结构源码解读

Yocto Queue是一种轻量级的队列数据结构，适用于各种小型嵌入式系统和应用程序。本文将介绍Yocto Queue的实现原理及其源码解读。

Yocto Queue的实现原理

Yocto Queue的主要原理是使用一个大小固定的数组来实现队列。具体来说，Yocto Queue使用一个指针来指向队列的头部和尾部。当插入元素时，新元素被插入到队列的尾部，并更新指针以指向新元素。当删除元素时，队列的头部元素被删除，并更新指针以指向下一个元素。

特点如下：
- 队列数组大小固定，以节省空间
- 可以插入、删除任意数量的元素
- 插入和删除操作的复杂度均为O(1)
- 由于队列的大小固定，因此任何时候队列的大小都是已知的。

Yocto Queue的源码解读

Yocto Queue的源码主要包含以下两个文件：

• yocto_queue.h：包含Yocto Queue的实现
• yocto_queue.c：包含Yocto Queue的具体实现

以下是Yocto Queue的源码解读：

#ifndef __YOCTO_QUEUE_H__
#define __YOCTO_QUEUE_H__

#include <stddef.h>
#include <stdbool.h>

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

typedef struct YoctoQueue_s YoctoQueue;
struct YoctoQueue_s {
  size_t max_elems; // 队列最大元素数
  void **elems; // 元素指针数组
  size_t head; // 队列头部位置
  size_t tail; // 队列尾部位置
};

// 创建一个新的队列
YoctoQueue *YoctoQueue_New(size_t _max_elems);

// 向队列尾部插入一个元素
bool YoctoQueue_Push(YoctoQueue *q, void *elem);

// 删除队列头部的一个元素
bool YoctoQueue_Pop(YoctoQueue *q);

// 获取队列头部的一个元素
void *YoctoQueue_Top(YoctoQueue *q);

// 检查队列是否为空
bool YoctoQueue_IsEmpty(YoctoQueue *q);

// 检查队列是否已满
bool YoctoQueue_IsFull(YoctoQueue *q);

// 获取队列中元素的数量
size_t YoctoQueue_GetSize(YoctoQueue *q);

// 销毁队列
void YoctoQueue_Delete(YoctoQueue **q);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

#endif /* __YOCTO_QUEUE_H__ */

首先我们来看一下yocto_queue.h文件。该文件定义了YoctoQueue结构体，包含队列的元素指针数组、队列最大元素数、队列头部位置和队列尾部位置。此外，该文件还定义了创建、插入、删除、获取队列大小和销毁队列等操作的接口函数。

#include "yocto_queue.h"
#include <stdlib.h>

YoctoQueue *YoctoQueue_New(size_t max_elems) {
  if (max_elems == 0) return NULL;
  YoctoQueue *q = (YoctoQueue *)malloc(sizeof(YoctoQueue));
  q->max_elems = max_elems;
  q->elems = (void **)malloc(sizeof(void *) * max_elems);
  q->head = 0;
  q->tail = 0;
  return q;
}

接下来，我们来看一个例子。该例子演示了如何使用Yocto Queue插入和删除元素。

#include "yocto_queue.h"
#include <stdio.h>

int main() {
  YoctoQueue *q = YoctoQueue_New(10);

  for (int i = 0; i < 10; i++) {
    int *p = (int *)malloc(sizeof(int));
    *p = i;
    YoctoQueue_Push(q, p); // 向队列尾部插入元素
  }

  while (!YoctoQueue_IsEmpty(q)) {
    int *p = (int *)YoctoQueue_Top(q); // 获取队列头部的元素
    printf("%d\n", *p);
    YoctoQueue_Pop(q); // 删除队列头部的元素
    free(p);
  }

  YoctoQueue_Delete(&q);

  return 0;
}

该例子首先创建了一个最大元素数为10的队列。然后，依次向队列尾部插入了0~9的整数。接着，该例子使用while循环打印队列头部的元素，并删除头部的元素，直到队列为空为止。最后，该例子销毁队列并释放内存。

#include "yocto_queue.h"

bool YoctoQueue_Push(YoctoQueue *q, void *elem) {
  if (YoctoQueue_IsFull(q)) return false;
  q->elems[q->tail] = elem;
  q->tail = (q->tail + 1) % q->max_elems;
  return true;
}

再来看一下yocto_queue.c文件。该文件主要实现了Yocto Queue的具体操作，包括创建、插入、删除、获取队列头部元素和销毁队列。

举个例子，上面的代码展示了如何向队列尾部插入元素。在插入之前，首先检查队列是否已满。如果队列已满，则插入失败并返回false；否则，将元素插入队列尾部，并使用循环队列将队列尾指针移到下一个位置。

#include "yocto_queue.h"

bool YoctoQueue_Pop(YoctoQueue *q) {
  if (YoctoQueue_IsEmpty(q)) return false;
  q->head = (q->head + 1) % q->max_elems;
  return true;
}

再来看另一个例子。上面的代码展示了如何删除队列头部的元素。在删除之前，首先检查队列是否为空。如果队列为空，则删除失败并返回false；否则，使用循环队列将队列头指针移到下一个位置。

示例说明

以下是两个示例，演示了如何使用Yocto Queue：

示例1 - 使用Yocto Queue存储字符串

#include "yocto_queue.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main() {
  YoctoQueue *q = YoctoQueue_New(10);

  const char *strs[] = {"hello", "world", "yocto", "queue"};

  for (int i = 0; i < 4; i++) {
    char *p = (char *)malloc(strlen(strs[i]) + 1);
    strcpy(p, strs[i]);
    YoctoQueue_Push(q, p);
  }

  while (!YoctoQueue_IsEmpty(q)) {
    char *p = (char *)YoctoQueue_Top(q);
    printf("%s\n", p);
    YoctoQueue_Pop(q);
    free(p);
  }

  YoctoQueue_Delete(&q);

  return 0;
}

该示例演示了如何使用Yocto Queue存储和处理字符串。首先，该示例创建了一个最大元素数为10的队列。然后，将字符串“hello”，“world”，“yocto”和“queue”分别插入到队列中，并使用while循环打印队列头部的元素，并删除头部的元素，直到队列为空为止。最后，该示例销毁队列并释放内存。

示例2 - 使用Yocto Queue实现泊松进程

#include "yocto_queue.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <math.h>

double GenerateExponentialRandomVariable(double lambda);

int main() {
  YoctoQueue *q = YoctoQueue_New(100);

  double lambda = 5.0;
  int count = 100;

  srand(time(NULL));
  for (int i = 1; i <= count; i++) {
    double t = GenerateExponentialRandomVariable(lambda);
    printf("Data%d: %f\n", i, t);
    double *p = (double *)malloc(sizeof(double));
    *p = t;
    YoctoQueue_Push(q, p);
  }

  double t = 0;
  for (int i = 1; i <= count; i++) {
    double *p = (double *)YoctoQueue_Top(q);
    t += *p;
    printf("Data%d: %f (%f)\n", i, *p, t);
    YoctoQueue_Pop(q);
    free(p);
  }

  YoctoQueue_Delete(&q);

  return 0;
}

double GenerateExponentialRandomVariable(double lambda) {
  double u = (double)rand() / (double)RAND_MAX;
  return -log(1 - u) / lambda;
}

该示例演示了如何使用Yocto Queue实现泊松进程。首先，该示例创建了一个最大元素数为100的队列。然后，生成100个指数分布的随机变量，并将随机变量插入到队列中。接着，使用while循环从队列头部依次获取元素，并累加这些元素的值。最后，该示例销毁队列并释放内存。