循环队列
循环队列（共享内存）笔记
一、为什么共享内存不能使用 STL queue
在多进程共享内存开发中，不能直接使用 STL 的 std::queue，原因如下：
-
STL 容器使用动态内存分配（new/delete），共享内存无法跨进程管理堆内存
-
依赖移动语义、动态扩容机制，不适合固定内存场景
-
共享内存中的对象不会调用构造/析构函数，STL 容器无法正常初始化
解决方案：手写固定大小数组循环队列
所有成员变量为普通内置类型，无动态内存，可以直接放入共享内存。
二、自定义循环队列整体设计思想
采用 数组 + head + tail + length 计数法实现循环队列：
-
m_head：队头下标（出队位置）
-
m_tail：队尾下标（入队位置）
-
m_length：当前队列元素个数（无需空位置判断）
-
m_data[]：固定大小数组存储数据
-
m_inited：初始化标记（适配共享内存）
三、头文件 _public.h
类声明、函数原型、模板定义
#ifndef __PUBLIC_HH
#define __PUBLIC_HH#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <unistd.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/sem.h>
using namespace std;// 适配共享内存的固定大小循环队列
template <class TT, int MaxLength>
class squeue
{
private:bool m_inited;TT m_data[MaxLength];int m_head;int m_tail;int m_length;// 禁止拷贝构造和赋值（共享内存必须）squeue(const squeue &) = delete;squeue &operator=(const squeue &) = delete;public:squeue();void init(); // 初始化队列bool empty(); // 判断空bool full(); // 判断满int size(); // 当前元素个数TT &front(); // 获取队头元素bool push(const TT &ee); // 入队bool pop(); // 出队void printqueue(); // 打印队列（调试）
};#endif
四、源文件 _public.cpp
所有成员函数实现 + 模板类显式实例化（关键）
#include "_public.h"// 构造函数
template <class TT, int MaxLength>
squeue<TT, MaxLength>::squeue()
{init();
}// 初始化队列（共享内存必须手动调用）
template <class TT, int MaxLength>
void squeue<TT, MaxLength>::init()
{if (m_inited != true){m_head = 0;m_tail = MaxLength - 1;m_length = 0;memset(m_data, 0, sizeof(m_data));m_inited = true;}
}// 判断队列是否为空
template <class TT, int MaxLength>
bool squeue<TT, MaxLength>::empty()
{return m_length == 0;
}// 判断队列是否已满
template <class TT, int MaxLength>
bool squeue<TT, MaxLength>::full()
{return m_length == MaxLength;
}// 获取元素个数
template <class TT, int MaxLength>
int squeue<TT, MaxLength>::size()
{return m_length;
}// 获取队头元素（不出队）
template <class TT, int MaxLength>
TT &squeue<TT, MaxLength>::front()
{return m_data[m_head];
}// 元素入队
template <class TT, int MaxLength>
bool squeue<TT, MaxLength>::push(const TT &ee)
{if (full()){cout << "循环队列已满，入队失败。" << endl;return false;}m_tail = (m_tail + 1) % MaxLength;m_data[m_tail] = ee;m_length++;return true;
}// 元素出队
template <class TT, int MaxLength>
bool squeue<TT, MaxLength>::pop()
{if (empty()){cout << "循环队列为空，出队失败。" << endl;return false;}m_head = (m_head + 1) % MaxLength;m_length--;return true;
}// 打印所有队列元素（调试）
template <class TT, int MaxLength>
void squeue<TT, MaxLength>::printqueue()
{for (int ii = 0; ii < size(); ii++){int idx = (m_head + ii) % MaxLength;cout << "m_data[" << idx << "], value=" << m_data[idx] << endl;}
}// 模板类显式实例化（必须，否则编译不通过）
template class squeue<int, 5>;
五、测试代码 demo1.cpp
#include "_public.h"int main()
{using ElemType = int;squeue<ElemType, 5> QQ;ElemType ee;cout << "元素（1、2、3）入队。" << endl;ee = 1; QQ.push(ee);ee = 2; QQ.push(ee);ee = 3; QQ.push(ee);cout << "队列的长度是 " << QQ.size() << endl;QQ.printqueue();ee = QQ.front(); QQ.pop();cout << "出队的元素值为 " << ee << endl;ee = QQ.front(); QQ.pop();cout << "出队的元素值为 " << ee << endl;return 0;
}
六、Makefile
必须依赖 _public.cpp，模板类不能只依赖头文件
all: demo1demo1: demo1.cpp _public.h _public.cppg++ -g -o demo1 demo1.cpp _public.cppclean:rm -f demo1
七、拓展：STL queue 原生结构
template <class T, class _Container = deque<T>>
class queue
{};
STL queue 常用接口：
-
push()：元素入队
-
emplace()：原地构造元素入队
-
size()：获取元素个数
-
empty()：判断队列是否为空
-
front()：队头元素
-
back()：队尾元素
八、核心知识点总结
-
自定义循环队列无动态内存，适配共享内存
-
使用 m_length 计数法，不牺牲存储空间
-
共享内存中的对象不会自动初始化，必须手动调用
init() -
模板类必须在 cpp 文件显式实例化，否则链接失败
-
禁止拷贝构造、赋值重载，保证共享内存安全