手把手教你实现buffer(一) —— C++中buffer的概念及需求

写在前面

buffer的概念很庞大，根据不同场景，有各种各样功能的buffer，比如双缓冲buffer，jitterbuffer。这篇文章说的buffer，是指一段用于存取数据的内存空间，这是最基础的buffer。然而就是这种最基础的buffer，在C++中标准库也没有提供很通用，完善的buffer类(-_-!)。

这一系列文章，将参照webrtc中的CopyOnWriteBuffer，一步步介绍如何实现这样的buffer。

buffer的实现

静态分配

在我们平常的开发中，当需要一个buffer时，最简单的方式就时直接定义个数组，如下代码:

//128字节的数组
uint8_t buffer[128]
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这种方式叫静态数组，空间分配在栈上，产生了一个固定128字节长度的buffer。长度值是预估，并不是根据程序运行时分配空间，而是编译器就确定了，所以会造成空间浪费。

动态分配

通过new或malloc动态分配一个buffer，这种方式的好处在程序运行时分配，不会造成空间浪费，坏处也很明显，就是需要手动管理buffer，不小心就会造成内存泄露。

通过智能指针管理buffer

到了C++11，有了unique_ptr后，可以用它来代替裸指针管理动态分配的内存，达到自动释放内存的目的

//在超出作用域时，会自动释放
std::unique_ptr <uint8_t[]> buffer(new uint8_t[128]);

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但是这种buffer还是太原始(本质就是通过指针管理buffer)：

1. 容量固定，虽然是动态分配，但是再扩容就比较麻烦
2. 缺少必要的接口，比如判断是buffer否为空,获取buffer中的数据长度等
   

vector代替指针

标准库中的vector可以作为buffer使用，它可以自动管理内存，自动扩容，提供了必要接口。

#include 
#include 
int main() {
    std::vector<uint8_t> buffer;
    //代表一段数据
    uint8_t data1[3] = {1,2,3};
    buffer.assign(data1,data1+3);
    std::cout<<"size:"<<buffer.size()<<",capacity:"<<buffer.capacity()<<std::endl;
    //代表另外一段数据
    uint8_t data2[5] = {1,2,3,4,5};
    //会自动扩容
    buffer.assign(data2,data2+5);
    std::cout<<"size:"<<buffer.size()<<",capacity:"<<buffer.capacity()<<std::endl;
    
    for (auto i:buffer) {
        std::cout<<(uint32_t)i<<" ";
    }
}
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上面的代码中在将data2放入buffer时，buffer会自动扩容。vector也提供了size()，capaciy()等基本接口。通过vector的data()方法可以获取内部buffer的指针。

vector作为buffer使用的局限

vector满足了作为一个buffer的大部分要求，但是它的接口还是有局限，比如vector没提供添加一段数据方法，尽管有assgin方法，但它是往vector中copy一段数据，而非添加。

实现自己的buffer

上面描述了buffer的需求，概括起来有如下几点：

1. 内存动态分配
2. 自动管理内存
3. 自动扩容
4. 提供使用方便的接口

vector满足了前三个需求。但是第4个最重要，毕竟简单，好用是最核心的需求。