BS_Praktikum4/ring_buffer.h

#pragma once
#include <array>
#include <mutex>
#include <condition_variable>

/**
 * Thread-sicherer Ringpuffer mit fester Größe N
 * Implementiert das Producer-Consumer-Pattern mit:
 * - Mutex für exklusiven Zugriff
 * - Condition Variable für blockierendes Lesen
 * - Überschreibt älteste Daten bei vollem Puffer
 */
template <size_t N>
class RingBuffer {
    std::array<int, N> data;  // Speicher für die Elemente
    size_t read = 0;           // Lese-Position
    size_t write = 0;          // Schreib-Position
    bool full = false;         // Flag für vollen Puffer
    
    std::mutex mtx;            // Schützt alle Zugriffe
    std::condition_variable cv; // Synchronisiert Leser

public:
    /**
     * Schreibt einen Wert in den Puffer
     * @param value Der zu schreibende Wert
     * 
     * Funktionsablauf:
     * 1. Sperrt den Puffer mit Mutex
     * 2. Schreibt Wert an aktueller Position
     * 3. Überschreibt ältesten Wert wenn voll
     * 4. Aktualisiert Schreib-Position
     * 5. Benachrichtigt wartende Leser
     */
    void push(int value) {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        data[write] = value;
        write = (write + 1) % N;  // Ringverhalten
        if (full) read = (read + 1) % N; // Überschreiben
        full = (write == read);    // Update Voll-Flag
        cv.notify_one();           // Wecke einen Leser
    }

    /**
     * Liest einen Wert aus dem Puffer (blockierend)
     * @return Der gelesene Wert
     * 
     * Funktionsablauf:
     * 1. Sperrt den Puffer
     * 2. Wartet bis Daten verfügbar
     * 3. Liest Wert und aktualisiert Position
     * 4. Gibt Wert zurück
     */
    int pop() {
        std::unique_lock<std::mutex> lock(mtx);
        // Warte bis Daten da sind (verhindert Busy Waiting)
        cv.wait(lock, [this]{ return full || write != read; });
        int val = data[read];
        read = (read + 1) % N;  // Ringverhalten
        full = false;           // Nicht mehr voll
        return val;
    }
};