Co to jest circular buffer (ring buffer) i kiedy byś go użył?

Question

Accepted Answer

**Circular buffer** to tablica o stałym rozmiarze traktowana tak, jakby jej końce były połączone w pierścień. Dwa indeksy — **head** (odczyt) i **tail** (zapis) — przesuwają się i zawijają za pomocą arytmetyki modulo, dając kolejkę FIFO O(1) **bez alokacji** po utworzeniu.

## Jak działa zawijanie

```text
capacity 5, after writing A,B,C,D and reading A,B:
index:  0   1   2   3   4
      [ . ][ . ][ C ][ D ][ . ]
              head^       tail^   (tail wraps to 0 next write)
```

## Kod

```python
class RingBuffer:
    def __init__(self, n):
        self.buf = [None]*n
        self.head = self.tail = self.size = 0
        self.cap = n
    def enqueue(self, x):                  # O(1)
        if self.size == self.cap: raise Exception("full")
        self.buf[self.tail] = x
        self.tail = (self.tail + 1) % self.cap   # wrap
        self.size += 1
    def dequeue(self):                     # O(1)
        x = self.buf[self.head]
        self.head = (self.head + 1) % self.cap    # wrap
        self.size -= 1
        return x
```

| Operacja | Czas |
|---|---|
| enqueue / dequeue | O(1) |
| przestrzeń | O(n) stała |

## Kiedy używać

- **Bufory streaming / audio / wideo** — ograniczone, stałe przepustowości.
- **Potoki Producer–consumer** z backpressure.
- **Rejestrowanie ostatnich N zdarzeń** (nadpisanie najstarszych).

## Dlaczego to ważne

Bufor pierścieniowy zapewnia przewidywalne, wolne od alokacji zachowanie FIFO, które jest niezbędne w systemach real-time i embedded, gdzie dynamiczna alokacja jest zbyt powolna lub ryzykowna.

Jego ograniczony rozmiar pełni również rolę naturalnego backpressure, zapobiegając szybkim producentom wyczerpywaniu pamięci.