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单片机串口代码详解(循环队列原理及在单片机串口通讯的应用)

单片机串口代码详解(循环队列原理及在单片机串口通讯的应用)2、head追上tail时,tag=0,队列为空状态1、tail追上head时,tag=1,队列为满状态  在计算机的内存中,是不存在所谓的环形内存区域的,所以,需要程序员认为的“画个圈圈”,从图示环形队列来看,存储空间有限,当数据存到末端时,如何处理呢,只需要重新转回0的地址区域,有点像“驴拉磨”的意思......  环列队列的是逻辑上将数组元素q[0]与q[MAXN-1]连接,形成一个存放队列的环形空间。  环形队列设计的重要部分是,确定队列的状态,即队列时空还是满状态。根据上面介绍的存储顺序,数据存储时,队列尾指针移动,头指针不动,数据读取时,头指针移动,尾指针不动,但是如果从单纯的“tail==head”还无法得出是处于空还是满状态,需要加些判断手段:

前言

  当代码,不再是简单的完成需求,对代码进行堆砌,而是开始思考如何写出优美代码的时候,我们的代码水平必然会不断提升,今天,咱们来学习环形队列结构。

环形队列的基本概念

  相信对数据结构有过接触的小伙伴,对队列肯定不会陌生,队列相对来说是比较简单的数据结构,典型特点是FIFO,即First in First out,先进先出,就像我们日常排队买票一样,先到的人先买票,先从购票口出去,从下面的图中,可以比较形象的了解队列的特性。

单片机串口代码详解(循环队列原理及在单片机串口通讯的应用)(1)

  用数组创建一个普通队列,当有数据存储时,队列尾指针不断增加,直到空间用完,当数据出队列时,队列头指针不断增加,直至和队列尾相同时,所有数据完成出队列,那么这时候会引入一个问题,全部出队后,将无法继续入队,这样的情况也叫做“假溢出”,即使数组中,明明还有空间可以利用,但是却无法使用(平时我们做串口接收的时候,往往是通过清零计数器,清空数组,重新接收来解决这一问题)。

单片机串口代码详解(循环队列原理及在单片机串口通讯的应用)(2)

单片机串口代码详解(循环队列原理及在单片机串口通讯的应用)(3)

  只要思想不滑坡,方法总比困难多。为了解决上面“假溢出”的现象,环形队列应运而生,即通常将一维数组Queue[0]到Queue[MAXSIZE - 1]看成是一个首尾相连接的圆环,即Queue[0]与Queue[MAXSIZE - 1]相连接在一起,将这样形式的队列成为循环队列。

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环形队列实现原理

  在计算机的内存中,是不存在所谓的环形内存区域的,所以,需要程序员认为的“画个圈圈”,从图示环形队列来看,存储空间有限,当数据存到末端时,如何处理呢,只需要重新转回0的地址区域,有点像“驴拉磨”的意思......

  环列队列的是逻辑上将数组元素q[0]与q[MAXN-1]连接,形成一个存放队列的环形空间。

  环形队列设计的重要部分是,确定队列的状态,即队列时空还是满状态。根据上面介绍的存储顺序,数据存储时,队列尾指针移动,头指针不动,数据读取时,头指针移动,尾指针不动,但是如果从单纯的“tail==head”还无法得出是处于空还是满状态,需要加些判断手段:

  • 附件标志法

1、tail追上head时,tag=1,队列为满状态

2、head追上tail时,tag=0,队列为空状态

  • 预留位置法

在存储数据时,最后一个位置与队列头预留至少一个单位的空间

1、head==tail 队列为空

2、(tail 1)% MAXN ==head 队列满

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c语言代码实现

  环形队列的原理也算比较简单,弄清楚了原理之后,进行代码的编写。

  • 方法1:附加标志法

先来定义个结构体:

typedefstructSqueue {/*顺序循环队列的类型定义*/ DataTypequeue[QUEUESIZE]; intfront rear;/*队头指针和队尾指针*/ inttag;/*队列空、满的标志*/ }SCQueue;

初始化队列:

/*将顺序循环队列初始化为空队列,需要把队头指针和队尾指针同时置为0,且标志位置为0*/ voidInitQueue(SCQueue*SCQ) { SCQ->front=SCQ->rear=0;/*队头指针和队尾指针都置为0*/ SCQ->tag=0;/*标志位置为0*/ }

判断是否为空队列:

/*判断顺序循环队列是否为空,队列为空返回1,否则返回0*/ intQueueEmpty(SCQueueSCQ) { if(SCQ.front==SCQ.rear&&SCQ.tag==0)/*队头指针和队尾指针都为0且标志位为0表示队列已空*/ return1; else return0; }

插入元素:

/*将元素e插入到顺序循环队列SQ中,插入成功返回1,否则返回0*/ intEnQueue(SCQueue*SCQ DataTypee) { if(SCQ->front==SCQ->rear&&SCQ->tag==1) /*在插入新的元素之前,判断是否队尾指针到达数组的最大值,即是否上溢*/ { printf("顺序循环队列已满,不能入队!"); return1; } else { SCQ->queue[SCQ->rear]=e;/*在队尾插入元素e*/ SCQ->rear=(SCQ->rear 1)%QUEUESIZE; //SCQ->rear=SCQ->rear 1;/*队尾指针向后移动一个位置,指向新的队尾*/ } if(SCQ->rear==SCQ->front) { SCQ->tag=1;/*队列已满,标志位置为1*/ } returnSCQ->tag; }

读取元素:

/*删除顺序循环队列中的队头元素,并将该元素赋值给e,删除成功返回1,否则返回0*/ intDeQueue(SCQueue*SCQ DataType*e) { if(QueueEmpty(*SCQ))/*在删除元素之前,判断队列是否为空*/ { printf("顺序循环队列已经是空队列,不能再进行出队列操作!"); return0; } else { *e=SCQ->queue[SCQ->front];/*要出队列的元素值赋值给e*/ SCQ->front=(SCQ->front 1)%QUEUESIZE;/*队头指针向后移动一个位置,指向新的队头元素*/ SCQ->tag=0;/*删除成功,标志位置为0*/ } if(SCQ->rear==SCQ->front) { SCQ->tag=0;/*队列已空,标志位置为0*/ } returnSCQ->tag; }

先来对这种方法进行测试:

voidmain() { SCQueueQ;/*定义一个顺序循环队列*/ inte;/*定义一个字符类型变量,用于存放出队列的元素*/ inta[]={1 2 3 4 5} i; InitQueue(&Q);/*初始化顺序循环队列*/ /*将数组中的4个元素依次入列*/ for(i=0;i<sizeof(a)/sizeof(a[0]);i ) EnQueue(&Q a[i]); /*将顺序循环队列中的元素显示输出*/ printf("队列中元素:"); //DisplayQueue(Q); /*将顺序循环队列中的队头元素出队列*/ i=0; while(!QueueEmpty(Q)) { printf("队头元素第%d次出队\n" i); DeQueue(&Q &e); printf("出队的元素:"); printf("%d\n" e); //PrintData(e); } }

测试结果:

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  • 预留位置法

代码与第一种方法区别不大,主要在空、满状态的判断上,代码如下:

/*将顺序循环队列初始化为空队列,需要把队头指针和队尾指针同时置为0,且标志位置为0*/ voidInitQueue(SCQueue*SCQ) { SCQ->front=SCQ->rear=0;/*队头指针和队尾指针都置为0*/ SCQ->tag=0;/*标志位置为0*/ } //获取队列长度 intQueueLength(SCQueue*SCQ) { return(SCQ->rear-SCQ->front QUEUESIZE)%QUEUESIZE; } /*判断顺序循环队列是否为空,队列为空返回1,否则返回0*/ intQueueEmpty(SCQueueSCQ) { if(SCQ.front==SCQ.rear)/*队头指针和队尾指针都为0且标志位为0表示队列已空*/ return1; else return0; } /*将元素e插入到顺序循环队列SQ中,插入成功返回1,否则返回0*/ intEnQueue(SCQueue*SCQ DataTypee) { /*在插入新的元素之前,判断是否队尾指针到达数组的最大值,即是否上溢*/ if((SCQ->rear 1)%QUEUESIZE==SCQ->front) { printf("顺序循环队列已满,不能入队!"); return0; } SCQ->queue[SCQ->rear]=e;/*在队尾插入元素e*/ SCQ->rear=(SCQ->rear 1)%QUEUESIZE;/*队尾指针向后移动一个位置,指向新的队尾*/ printf("数据已插入"); } /*删除顺序循环队列中的队头元素,并将该元素赋值给e,删除成功返回1,否则返回0*/ intDeQueue(SCQueue*SCQ DataType*e) { if(QueueEmpty(*SCQ))/*在删除元素之前,判断队列是否为空*/ { printf("顺序循环队列已经是空队列,不能再进行出队列操作!"); return0; } else { *e=SCQ->queue[SCQ->front];/*要出队列的元素值赋值给e*/ SCQ->front=(SCQ->front 1)%QUEUESIZE;/*队头指针向后移动一个位置,指向新的队头元素*/ return1; } }

main函数与上面相同:

voidmain() { SCQueueQ;/*定义一个顺序循环队列*/ inte;/*定义一个字符类型变量,用于存放出队列的元素*/ inta[]={1 2 3 4 5} i; InitQueue(&Q);/*初始化顺序循环队列*/ /*将数组中的4个元素依次入列*/ for(i=0;i<sizeof(a)/sizeof(a[0]);i ) EnQueue(&Q a[i]); /*将顺序循环队列中的元素显示输出*/ printf("队列中元素:"); //DisplayQueue(Q); /*将顺序循环队列中的队头元素出队列*/ i=0; while(!QueueEmpty(Q)) { printf("队头元素第%d次出队\n" i); DeQueue(&Q &e); printf("出队的元素:"); printf("%d\n" e); //PrintData(e); } }

测试结果:

  相比较上面的测试结果,小伙伴们有没有发现什么不同之处呢,我们main函数想把5个元素写入队列,实际上只写进去了4个,原因在与,我们预留了一个单元空间,用于判断队列空或者满的状态。

单片机串口代码详解(循环队列原理及在单片机串口通讯的应用)(7)

  本次的介绍就到这里啦,下章介绍:环形队列在单片机中的应用,欢迎大家持续关注嵌入式实验基地,来这里还可以学习HAL库 cubemx的更多精彩内容哦!

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