为什么环形缓冲区大小必须是 2 的幂？答案

【问题标题】：Why must a ring buffer size be a power of 2?为什么环形缓冲区大小必须是 2 的幂？
【发布时间】：2012-05-10 04:38:10
【问题描述】：

为什么环形缓冲区的大小必须是 2 的幂？

【问题讨论】：

是什么让你如此确定它必须是 2 的幂？
如果缓冲区数组的大小是 2 的幂，环形缓冲区将使用更有效的掩码而不是昂贵的模运算来维护自身。
OP应该解释为什么他认为（谁说的？）大小必须是2的幂，他应该标记一个有效的答案。我仍然认为这个问题（如果有道理的话）可以用“因为x mod 2^n可以实现为x & (2^n - 1)，假设项目存储在索引从0到2^n-1的数组中的实现。然而，对于现代 CPU 和编译器来说，这实际上并不会产生太大的影响。

标签： circular-buffer

【解决方案1】：

使用下面详述的方法必须是 2 的幂。不必如此。

常见的方法类似于“if (index >= size) { index = size - index; }”（大小为 10，索引为 10，结果索引为 0）。相对于以下方法，这速度较慢且容易出错。

使用 2 的幂可以让我们利用以下优势：

size = 32
bin(size) => '00100000'

mask = size - 1;
bin(mask) => '00011111'

使用按位和应用此掩码，随着索引的增长，我们可以仅隔离包含 0 - 31 范围内数字的位：

index = 4
bin(4 & mask) => '00000100' (4)

# index 32 wraps.  note here that we do no bounds checking, 
# no manipulation of the index is necessary.  we can simply 
# and safely use the result.
index = 32
bin(index & mask) => '00000000' (0)

index = 33
bin(index & mask) => '00000001' (1)

index = 64
bin(index & mask) => '00000000' (0)

index = 65
bin(index & mask) => '00000001' (1)

这种方法不需要比较，没有分支，并且是安全的（结果索引总是在范围内）。它具有不破坏信息的额外好处；虽然索引 65 指向元素 1，但我仍然保留索引在逻辑上为 65 的信息（这证明非常有用）。

我还想补充一点，当索引增长到 3456237（缓冲区中的地址 13）时，这与索引增长到 3 时一样有效。

我知道我迟到了，我什至不确定我是如何找到这个问题的 :-) 希望这会有所帮助。

【讨论】：