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基于c 实现 FIFO

news 2025/8/21 13:05:50

功能：

1、读和写长度不限制

2、数据操作 和 指针操作分开（如先操作数据，再操作指针）

适用场景：

单向通信模式，一方写、一方读，可用于任务间单向通信（无需锁）
如：

1、音频各个处理流程间，缓冲数据

2、线程间、进程间，cpu间，基于共享内存的大数据量传递，缓冲数据

头文件：

/** Time       : 2023/12/XX* Author     :*/
#ifndef __ZFIFO_H__
#define __ZFIFO_H__// #include "stdint.h"
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"// #define min(a, b) (((a) < (b)) ? (a) : (b))/* FIFO数据的类型，可以是结构体类型 */
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u32;/* 读写偏移计数最大值1取 2*size 长度，解决取 size 大小时，当 w r 重叠时，无法区分满 或者空的问题 */
typedef struct
{u32 w;    /* 写偏移计数 */u32 r;    /* 读偏移计数 */u32 size; /* FIFO数据区大小 */u8 *data; /* FIFO数据区指针 */
} fifo_t;/****************************************************************** 函数功能：FIFO初始化（动态分配内存）** *参数 size：fifo数据区字节数* *返回值 创建成功：返回创建fifo指针*         创建失败：返回创建空指针******************************************************************/
fifo_t *fifo_init(u32 size);/****************************************************************** 函数功能：FIFO内存释放（和动态分配内存初始化配合使用）** *参数 f：fifo指针* *返回值 0******************************************************************/
u32 fifo_deinit(fifo_t *f);/****************************************************************** 函数功能：FIFO初始化（只初始化）** *参数 f：fifo指针* *参数 buf：fifo数据区* *参数 size：fifo数据区字节数* *返回值 0******************************************************************/
void fifo_init_ext(fifo_t *f, void *buf, u32 size);/****************************************************************** 函数功能：FIFO重置** *参数 f：fifo指针* *返回值 0******************************************************************/
u32 fifo_reset(fifo_t *f);/****************************************************************** 函数功能：获取fifo数据区已使用空间大小** *参数 f：fifo指针* *返回值 fifo数据区已使用字节数******************************************************************/
u32 fifo_getUsed(fifo_t *f);/****************************************************************** 函数功能：获取fifo数据区空余空间大小** *参数 f：fifo指针* *返回值 fifo数据区空余字节数******************************************************************/
u32 fifo_getFree(fifo_t *f);/****************************************************************** 函数功能：获取读指针位置** *参数 f：fifo指针* *返回值 读指针位置******************************************************************/
u8 *fifo_getReadPtr(fifo_t *f);/****************************************************************** 函数功能：获取写指针位置** *参数 f：fifo指针* *返回值 写指针位置******************************************************************/
u8 *fifo_getWritePtr(fifo_t *f);/****************************************************************** 函数功能：FIFO是否满** *参数 f：fifo指针* *返回值 1-满 0-未满******************************************************************/
u32 fifo_isFull(fifo_t *f);/****************************************************************** 函数功能：FIFO是否为空** *参数 f：fifo指针* *返回值 1-空 0-未空******************************************************************/
u32 fifo_isEmpty(fifo_t *f);/****************************************************************** 函数功能：FIFO读数据（不更新读指针）** *参数 f：fifo指针* *参数 buf：数据缓冲区* *参数 len：数据长度* *返回值 实际读数据长度*        *注意 fifo剩余数据 < len 情况******************************************************************/
u32 fifo_readOnlyData(fifo_t *f, u8 *buf, u32 len);/****************************************************************** 函数功能：更新FIFO读指针（不读数据）** *参数 f：fifo指针* *参数 len：数据长度* *返回值 实际读出数据长度*        *注意 fifo剩余数据 < len 情况* *注意 整体逻辑同读数据保持一致******************************************************************/
u32 fifo_readOnlyPtr(fifo_t *f, u32 len);/****************************************************************** 函数功能：从FIFO读数据、并更新读指针** *参数 f：fifo指针* *参数 buf：数据缓冲区* *参数 len：数据长度* *返回值 实际读出数据长度*        *注意 fifo剩余数据 < len 情况* *注意 基于 fifo_readOnlyData fifo_readOnlyPtr 实现******************************************************************/
u32 fifo_read(fifo_t *f, u8 *buf, u32 len);/****************************************************************** 函数功能：FIFO写数据（不更新写指针）** *参数 f：fifo指针* *参数 buf：数据缓冲区* *参数 len：数据长度* *返回值 实际写数据长度*        *注意 fifo剩余数据 < len 情况******************************************************************/
u32 fifo_writeOnlyData(fifo_t *f, u8 *buf, u32 len);/****************************************************************** 函数功能：更新FIFO写指针（不写数据）** *参数 f：fifo指针* *参数 len：数据长度* *返回值 实际写数据长度*        *注意 fifo剩余数据 < len 情况* *注意 整体逻辑同写数据保持一致******************************************************************/
u32 fifo_writeOnlyPtr(fifo_t *f, u32 len);/****************************************************************** 函数功能：FIFO写数据、并更新写指针** *参数 f：fifo指针* *参数 buf：数据缓冲区* *参数 len：数据长度* *返回值 实际写数据长度*        *注意 fifo剩余数据 < len 情况* *注意 基于 fifo_writeOnlyData fifo_writeOnlyPtr 实现******************************************************************/
u32 fifo_write(fifo_t *f, u8 *buf, u32 len);#endif /* __ZFIFO_H__ */

.c 函数实现：

/** Time       : 2023/12/XX* Author     :*/#include "fifo.h"
#include "string.h"/** init**/
fifo_t *fifo_init(u32 size)
{fifo_t *f = (fifo_t *)malloc(sizeof(fifo_t));if (NULL == f)return NULL;f->data = (u8 *)malloc(sizeof(u8) * size);if (NULL == f->data){free(f);return NULL;}f->w = 0;f->r = 0;f->size = size;return f;
}void fifo_init_ext(fifo_t *f, void *buf, u32 size)
{f->w = 0;f->r = 0;f->size = size;f->data = buf;return f;
}u32 fifo_deinit(fifo_t *f)
{if (NULL != f->data){free(f->data);f->data = NULL;}if (NULL != f){free(f->data);// f = NULL;}return 0;
}u32 fifo_reset(fifo_t *f)
{f->w = 0;f->r = 0;return 0;
}u32 fifo_getUsed(fifo_t *f)
{
#if 0u32 len;if (f->w >= f->r){len = f->w - f->r;}else{len = (f->size << 1) - f->r + f->w;}return len;
#elseif (f->w >= f->r){return (f->w - f->r);}return ((f->size << 1) - f->r + f->w);
#endif
}u32 fifo_getFree(fifo_t *f)
{
#if 0u32 len;if (f->w >= f->r){len = f->size - f->w + f->r;}else{len = f->r - f->w - f->size;}return len;
#elseif (f->w >= f->r){return (f->size - f->w + f->r);}return (f->r - f->w - f->size);
#endif
}u8 *fifo_getReadPtr(fifo_t *f)
{return (f->data + (f->r % f->size));
}u8 *fifo_getWritePtr(fifo_t *f)
{return (f->data + (f->w % f->size));
}u32 fifo_isFull(fifo_t *f)
{if (0 == fifo_getFree(f))return 1;return 0;
}u32 fifo_isEmpty(fifo_t *f)
{if (0 == fifo_getUsed(f))return 1;return 0;
}u32 fifo_readOnlyData(fifo_t *f, u8 *buf, u32 len)
{// copy len, first copy lenu32 cl, fcl;// 剩余空间 与 待读数据取小cl = fifo_getUsed(f);if (cl > len) cl = len;// 第一次读fcl = f->size - (f->r % f->size);if (fcl > cl) fcl = cl;memcpy(buf, f->data + (f->r % f->size), fcl);// 第二次读，跨buf尾的时候，从buf头开始读剩余部分if (fcl < cl)memcpy(buf + fcl, f->data, cl - fcl);return cl;
}u32 fifo_readOnlyPtr(fifo_t *f, u32 len)
{// copy lenu32 cl = fifo_getUsed(f);if (cl > len) cl = len;// 计算偏移地址f->r = (f->r + cl) % (f->size << 1);return cl;
}u32 fifo_read(fifo_t *f, u8 *buf, u32 len)
{u32 ret = 0;ret = fifo_readOnlyData(f, buf, len);ret |= fifo_readOnlyPtr(f, len);return ret;
}u32 fifo_writeOnlyData(fifo_t *f, u8 *buf, u32 len)
{// copy len, first copy lenu32 cl, fcl;// 剩余空间 与 写数据 取小cl = fifo_getFree(f);if (cl > len) cl = len;// 第一次写fcl = f->size - (f->w % f->size);if (fcl >= cl) fcl = cl;memcpy(f->data + (f->w % f->size), buf, fcl);// 第二次：buf头开始写剩余部分if (fcl < cl)memcpy(f->data, buf + fcl, cl - fcl);return cl;
}// 计算逻辑通写数据保持一致
u32 fifo_writeOnlyPtr(fifo_t *f, u32 len)
{// copy lenu32 cl = fifo_getFree(f);if (cl > len) cl = len;// 计算偏移地址f->w = (f->w + cl) % (f->size << 1);return cl;
}u32 fifo_write(fifo_t *f, u8 *buf, u32 len)
{u32 ret = 0;ret = fifo_writeOnlyData(f, buf, len);ret |= fifo_writeOnlyPtr(f, len);return ret;
}

测试程序：


#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  
#include <pthread.h>  
#include <unistd.h>  
#include <fcntl.h>  
#include "fifo.h"#define FIFO_READ_SIZE  32
#define FIFO_WRITE_SIZE 19
#define FIFO_BUF_SIZE   32fifo_t* g_fifo;
int  g_exit = 0;// 读文件线程函数  
void* read_file(void* arg) {  int fd = *(int*)arg;  char buffer[FIFO_WRITE_SIZE + 1];  ssize_t bytes_read;  while(1){if(fifo_getFree(g_fifo) >= FIFO_WRITE_SIZE){if ((bytes_read = read(fd, buffer, FIFO_WRITE_SIZE)) > 0) {  if(bytes_read != fifo_write(g_fifo, buffer, bytes_read)){printf("write fifo error\n");}// if(bytes_read != FIFO_WRITE_SIZE)//     printf("\n ## len = %d\n", (int)bytes_read);}else{printf("write fifo finish\n");g_exit = 1;break;}}else{usleep(2000);}}return NULL;  
}  // 写文件线程函数  
void* write_file(void* arg) {  int fd = *(int*)arg;  char buffer[FIFO_READ_SIZE + 1];  ssize_t bytes_written;int fifo_size = 0;while(1){fifo_size = fifo_getUsed(g_fifo);if(fifo_size >= FIFO_READ_SIZE){if (FIFO_READ_SIZE != fifo_read(g_fifo, buffer, FIFO_READ_SIZE)){printf("read fifo error\n");}else{write(fd, buffer, FIFO_READ_SIZE);}}else if(fifo_size >= 0){if (fifo_size != fifo_read(g_fifo, buffer, fifo_size)){printf("read fifo error\n");}else{write(fd, buffer, fifo_size);}}else{usleep(2000);}if(fifo_isEmpty(g_fifo) && g_exit) {printf("read fifo finish\n");break;}}return NULL;  
}  int main() {  pthread_t read_thread, write_thread;  int fd_in, fd_out;g_fifo = fifo_init((u32)FIFO_BUF_SIZE); // 打开输入文件和输出文件  fd_in = open("input.txt", O_RDONLY);  fd_out = open("output.txt", O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0666);  // 创建读文件线程和写文件线程  pthread_create(&read_thread, NULL, read_file, &fd_in);  pthread_create(&write_thread, NULL, write_file, &fd_out);  // 等待两个线程执行完毕  pthread_join(read_thread, NULL);  pthread_join(write_thread, NULL);  // 关闭文件描述符  close(fd_in);  close(fd_out);  fifo_deinit(g_fifo);return 0;  
}

http://www.lryc.cn/news/252000.html

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