Dynamic ring buffer in the C++ programming language

Abstract

This thesis describes the development of a dynamic ring buffer container in the C++ programming language. The goal of this project was to develop a container that satisfies the standard library requirements and provides the FIFO and LIFO features along with dynamic size allocation. The product was then to be compared against the existing solutions by memory and time performance benchmarks. This was proposed by the case company Rightware Oy with the intention of using the developed container in their C++ UI frameworks runtime code, where a producer-consumer problem can arise.

The project focuses on and implements the principles and properties used in the C++ standard library as the container was required by the case company to be compatible with the Standard Template Library. Satisfying the named requirements of the C++ standard such as AllocatorAwareContainer and LegacyRandomAccessIterator, while using widely known principles such as RAII and copy-and-swap idiom. Following these principles and methods of the famous C++ language contributor Bjarne Stroustrup, it was possible to provide strong exception guarantees and create standard library-like code.

In the end, the container performed in terms of memory and execution time almost as well as the MSVC's implementations of the similar standard containers, which are std::vector, std::deque and std::list. The container has its benefits in flexibility but it does not perform as well as the compared standard library containers. The ring buffer is an alternative option to the existing solutions, combining std::deque's FIFO and LIFO functionality with std::vector's simplicity.

Insinöörityön aiheena on C++-kielellä ohjelmoitu dynaaminen rengaspuskuri. Työn tavoitteena oli kehittää standardikirjaston säiliöiden vaatimuksia vastaava automaattisesti kokoaan muuttava puskuri, joka tarjoaa lisäksi FIFO-ja LIFO-ominaisuuksia. Lopputuotetta testattaisiin vastaavia jo olemassaolevia vaihtoehtoja vastaan ajan ja muistinkäytön suhteen tehokkuusmittauksilla. Työ toteutettiin yhtiön Rightware Oy pyynnöstä. Säiliö tulisi käyttöön heidän C++-käyttöliittymä-ohjelmakehyksessään, jossa tuottaja-kuluttaja-ongelma voisi esiintyä.

Projekti käsittelee sekä hyödyntää C++-standardikirjaston käyttämiä periaatteita ja ominaisuuksia yhtiön vaatimuksesta olla yhteensopiva standardikirjaston kanssa. Säiliö tyydyttäa standardikirjaston vaatimuksia kuten AllocatorAwareContainer ja LegacyRandomAccessIterator ja käyttää laajalti tuettuja periaatteita, kuten RAII:ta ja kopioi- ja vaihda-idiomia. Näitä periaatteita sekä kuuluisan C++-kielen kehittäjän Bjarne Stroustrupin metodeja seuraten oli mahdollista tarjota vahvat poikkeusturvatakuut ja luoda standardikirjaston tyylistä koodia.

Lopputuloksena säiliön tehokkuus oli muistinkäytön ja nopeuden kannalta lähes yhtä hyvä kuin MSVC:n std::vector:n, std::deque:n ja std::list:n tehokkuus. Säiliöllä on etulyöntiasema joustavuudessa, eikä se toimi yhtä hyvin missään yksittäisessa aspektissa kuten verrokkinsa. Rengaspuskuri toimii hyvänä vaihtoehtona olemassaoleville säiliöille, kun yhdistetään std::dequen FIFO- ja LIFO-ominaisuudet sekä std::vectorin yksinkertaisuus.