数组或结构体赋值时memcpy与直接赋值的效率比较

news2024/11/20 17:37:42

先上结论：

二者不一定谁快
通常情况下，数组维度越大，使用memcpy效率更高
数组维度越大，直接赋值耗时主体是循环耗时

Note：

“等号赋值”被编译器翻译成一连串的MOV指令，而memcpy则是一个循环。“等号赋值”比memcpy快，并不是快在拷贝方式上，而是快在程序流程上
连续的MOV指令要比循环MOV快
在循环方式下，每一次MOV过后，需要: ①判断是否拷贝完成；②跳转以便继续拷贝
循环除了增加了判断和跳转指令以外，对于CPU处理流水产生的影响也是不可不计的

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如果是低维数组，直接展开循环进行赋值效率更高，这样可以避免判断与跳转对CPU时间的占用，也就是空间换时间，但要注意的是，并不是越展开越好(即使不考虑对空间的浪费)，展开也应该有个度。

因为CPU的快速执行很依赖于cache，如果cache不命中，CPU将浪费不少的时钟周期在等待内存上（内存的速度一般比CPU低一个数量级）。而小段循环结构就比较有利于cache命中，因为重复执行的一段代码很容易被硬件放在cache中，这就是代码局部性带来的好处。而过度的循环展开就打破了代码的局部性。

GCC有自动将循环展开的编译选项，如-funroll-loops

测试代码见文末，下面分情况进行几个小实验。

1. 数组1维，对比memcpy与赋值

无优化选项
-O3编译

2. 数组1000维，对比memcpy与赋值

无优化选项
-O3编译
屏蔽循环中的赋值，无优化选项
屏蔽循环中的赋值，-O3编译

测试代码如下：

#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

#define DIMENSION_MIN 10
#define DIMENSION_MAX 200

int main()
{
	int count = 1000000;
	double data[DIMENSION_MIN] = {0};
	double bate[DIMENSION_MIN] = {0};
	
	struct timeval tv;
	double dT1=0,dT2=0;
	double start,stop;

	gettimeofday(&tv,NULL);
	start = (double)(tv.tv_sec*1000 + tv.tv_usec*0.001); //ms		
	for(int i=0;i<count;i++)
	{
		memcpy(bate,data,sizeof(bate));
	}
	gettimeofday(&tv,NULL);
	stop = (double)(tv.tv_sec*1000 + tv.tv_usec*0.001); //ms	
	dT1 = stop - start;

	gettimeofday(&tv,NULL);
	start = (double)(tv.tv_sec*1000 + tv.tv_usec*0.001); //ms		
	for(int i=0;i<count;i++)
	{
		for(int j=0;j<DIMENSION_MIN;j++)
		{
			bate[j]=data[j];
		}
	}
	gettimeofday(&tv,NULL);
	stop = (double)(tv.tv_sec*1000 + tv.tv_usec*0.001); //ms	
	dT2 = stop - start;
	
	printf("\n\n\n%d维数组的比较:\n",DIMENSION_MIN);
	printf("       for take time: %lfms\n",dT2);
	printf("    memcpy take time: %lfms\n\n\n",dT1);
	
	/***********************************************************************/

	double data1[DIMENSION_MAX] = {0};
	double bate1[DIMENSION_MAX] = {0};

	gettimeofday(&tv,NULL);
	start = (double)(tv.tv_sec*1000 + tv.tv_usec*0.001); //ms		
	for(int i=0;i<count;i++)
	{
		memcpy(bate1,data1,sizeof(bate));
	}
	gettimeofday(&tv,NULL);
	stop = (double)(tv.tv_sec*1000 + tv.tv_usec*0.001); //ms	
	dT1 = stop - start;

	gettimeofday(&tv,NULL);
	start = (double)(tv.tv_sec*1000 + tv.tv_usec*0.001); //ms		
	for(int i=0;i<count;i++)
	{
		for(int j=0;j<DIMENSION_MAX;j++)
		{
			bate1[j]=data1[j];
		}
	}
	gettimeofday(&tv,NULL);
	stop = (double)(tv.tv_sec*1000 + tv.tv_usec*0.001); //ms	
	dT2 = stop - start;
	
	printf("%d维数组的比较:\n",DIMENSION_MAX);
	printf("       for take time: %lfms\n",dT2);
	printf("    memcpy take time: %lfms\n\n\n",dT1);

	return 0;
}