环形缓冲区 Ring Buffer 的实现

环形缓冲区（Circular Buffer 或 Ring Buffer）是一种数据结构，它在逻辑上形成一个闭环。这种结构非常适用于需要固定大小的缓冲区的情况，如音频处理、网络通信、实时数据传输等。环形缓冲区的主要特点和用途包括：
固定大小：环形缓冲区的大小在创建时确定，并且在其生命周期内保持不变。
高效的数据插入和移除：在环形缓冲区中添加或移除元素（通常是在头部添加，在尾部移除）是非常高效的，因为这些操作不需要移动缓冲区中的其他元素。
循环覆盖：当缓冲区填满时，新添加的元素将覆盖最早添加的元素。这使得环形缓冲区非常适用于处理流式数据，其中只关心最近的数据。
无需动态内存分配：由于环形缓冲区的大小是固定的，因此在初始化后不需要额外的内存分配。
下面是C#中一个泛型环形缓冲区的实现

1. // LiteRingBuffer 是一个泛型类，用于存储类型为 T 的数据
2. public class LiteRingBuffer<T> : IEnumerable<T>
3. {
5.     // _elements 数组用于存储环形缓冲区的元素
6.     private readonly T[] _elements;
8.     // _start 和 _end 分别表示缓冲区中第一个和最后一个元素的索引
9.     private int _start;
10.     private int _end;
12.     // _count 表示缓冲区中当前元素的数量
13.     private int _count;
15.     // _capacity 表示缓冲区的最大容量
16.     private readonly int _capacity;
17.    
18.     // 索引器，用于访问缓冲区中的元素。它将索引 i 映射到环形缓冲区的正确位置
19.     public T this[int i] => _elements[(_start + i) % _capacity];
21.     // 构造函数，初始化环形缓冲区的大小
22.     public LiteRingBuffer(int count)
23.     {
24.         _elements = new T[count];
25.         _capacity = count;
26.     }
28.     // Add 方法用于向缓冲区添加新元素
29.     public void Add(T element)
30.     {
31.         if(_count == _capacity)
32.             throw new ArgumentException(); // 如果缓冲区已满，则抛出异常
33.         _elements[_end] = element; // 将元素添加到_end指向的位置
34.         _end = (_end + 1) % _capacity; // 更新_end索引
35.         _count++; // 增加元素数量
36.     }
38.     // FastClear 方法用于快速清空缓冲区
39.     public void FastClear()
40.     {
41.         _start = 0;
42.         _end = 0;
43.         _count = 0;
44.     }
46.     // Count 属性返回缓冲区中的元素数量
47.     public int Count => _count;
49.     // First 属性返回缓冲区中的第一个元素
50.     public T First => _elements[_start];
52.     // Last 属性返回缓冲区中的最后一个元素
53.     public T Last => _elements[(_start+_count-1)%_capacity];
55.     // IsFull 属性指示缓冲区是否已满
56.     public bool IsFull => _count == _capacity;
58.     // RemoveFromStart 方法从缓冲区的开始移除指定数量的元素
59.     public void RemoveFromStart(int count)
60.     {
61.         if(count > _capacity || count > _count)
62.             throw new ArgumentException(); // 如果请求移除的元素数量不合法，则抛出异常
63.         _start = (_start + count) % _capacity; // 更新_start索引
64.         _count -= count; // 减少元素数量
65.     }
67.     // GetEnumerator 方法提供了遍历缓冲区的方法
68.     public IEnumerator<T> GetEnumerator()
69.     {
70.         int counter = _start;
71.         while (counter != _end)
72.         {
73.             yield return _elements[counter];
74.             counter = (counter + 1) % _capacity;
75.         }           
76.     }
78.     // IEnumerable 接口的实现，用于集合的迭代
79.     IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator()
80.     {
81.         return GetEnumerator();
82.     }
83. }

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