【C语言经典面试题】memcpy函数有没有更高效的拷贝实现方法？
我相信大部分初中级C程序员在面试的过程中，可能都被问过关于memcpy函数的问题，甚至需要手撕memcpy。本文从另一个角度带你领悟一下memcpy的面试题，你可以看看是否能接得住？
文章目录
- 1 写在前面
- 2 源码实现
- 2.1 函数申明
- 2.2 简单的功能实现
- 2.3 满足大数据量拷贝的功能实现
- 3 源码测试
- 4 小小总结
- 5 更多分享
1 写在前面
假如你遇到下面的面试题，你会怎么做？题目大意如下：
请参考标准C库对memcpy的申明定义，使用C语言的语法实现其基本功能，并尽量保证它在拷贝大数据（KK级别）的时候，有比较好的性能表现。
2 源码实现
2.1 函数申明
通过查看man帮助，我们可以知道memcpy函数的功能及其简要申明。
NAME
memcpy - copy memory area
SYNOPSIS
#include <string.h>
void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t n);
DESCRIPTION
The memcpy() function copies n bytes from memory area src to memory area dest. The memory areas must not overlap. Use memmove(3) if the memory
areas do overlap.
RETURN VALUE
The memcpy() function returns a pointer to dest.
英文翻译过来就是说，memcpy实现的就是内存拷贝，其是按字节进行拷贝，同时还可能会存在内存区域重合的情况。
2.2 简单的功能实现
根据功能需求，以下是我的一个简单实现源码，仅供参考：
char *my_memcpy(char* dest, const char *src, size_t len)
{
assert(dest && src && (len > 0));
if (dest == src) {
;
} else {
char *p = dest;
size_t i;
for (i = 0; i < len; i++) {
*p++ = *src++;
}
}
return dest;
}
但是，这段代码的缺陷也比较明显，但数据量过大的时，即len很大时，整一个拷贝耗时将会非常不理想。那么如果考虑性能问题，又该如何实现它呢？
2.3 满足大数据量拷贝的功能实现
下面给出一个参考实现：
/* Nonzero if either X or Y is not aligned on a "long" boundary. */
#define UNALIGNED(X, Y) \
(((long)X & (sizeof(long) - 1)) | ((long)Y & (sizeof(long) - 1)))
/* How many bytes are copied each iteration of the 4X unrolled loop. */
#define BIGBLOCKSIZE (sizeof(long) << 2)
/* How many bytes are copied each iteration of the word copy loop. */
#define LITTLEBLOCKSIZE (sizeof(long))
/* Threshhold for punting to the byte copier. */
#define TOO_SMALL(LEN) ((LEN) < BIGBLOCKSIZE)
char *my_memcopy_super(char* dest0, const char *src0, size_t len0)
{
assert(dest0 && src0 && (len0 > 0));
char *dest = dest0;
const char *src = src0;
long *aligned_dest;
const long *aligned_src;
/* If the size is small, or either SRC or DST is unaligned,
then punt into the byte copy loop. This should be rare. */
if (!TOO_SMALL(len0) && !UNALIGNED(src, dest)) {
aligned_dest = (long *)dest;
aligned_src = (long *)src;
/* Copy 4X long words at a time if possible. */
while (len0 >= BIGBLOCKSIZE) {
*aligned_dest++ = *aligned_src++;
*aligned_dest++ = *aligned_src++;
*aligned_dest++ = *aligned_src++;
*aligned_dest++ = *aligned_src++;
len0 -= BIGBLOCKSIZE;
}
/* Copy one long word at a time if possible. */
while (len0 >= LITTLEBLOCKSIZE) {
*aligned_dest++ = *aligned_src++;
len0 -= LITTLEBLOCKSIZE;
}
/* Pick up any residual with a byte copier. */
dest = (char *)aligned_dest;
src = (char *)aligned_src;
}
while (len0--)
*dest++ = *src++;
return dest0;
}
我们可以看到，里面做了对齐的判断，还有数据量长度的判断；通过充分利用机器的操作性能，从而提升memcpy拷贝的效率。
3 源码测试
简单的测试代码如下，目的就是测试在拷贝 1KB数据和10MB数据 时，标准C的memcpy、自定义的memcpy_normal、以及自定义的memcpy_super直接的性能差异：
#include <stdio.h>
#include <assert.h>
static void get_rand_bytes(unsigned char *data, int len)
{
int a;
int i;
srand((unsigned)time(NULL)); //种下随机种子
for (i = 0; i < len; i++) {
data[i] = rand() % 255; //取随机数，并保证数在0-255之间
//printf("%02X ", data[i]);
}
}
static int get_cur_time_us(void)
{
struct timeval tv;
gettimeofday(&tv, NULL); //使用gettimeofday获取当前系统时间
return (tv.tv_sec * 1000 * 1000 + tv.tv_usec); //利用struct timeval结构体将时间转换为ms
}
#define ARRAY_SIZE(n) sizeof(n) / sizeof(n[0])
int main(void)
{
int size_list[] = {
1024 * 1024 * 10, // 10MB
1024 * 1024 * 1, // 1MB
1024 * 100, // 100KB
1024 * 10, // 10KB
1024 * 1, // 1KB
};
char *data1;
char *data2;
int t1;
int t2;
int i = 0;
data1 = (char *)malloc(size_list[0]);
data2 = (char *)malloc(size_list[0]);
get_rand_bytes(data1, size_list[0]);
for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(size_list); i++) {
t1 = get_cur_time_us();
memcpy(data2, data1, size_list[i]);
t2 = get_cur_time_us();
printf("copy %d bytes, memcpy_stdc waste time %dus\n", size_list[i], t2 - t1);
t1 = get_cur_time_us();
my_memcopy_normal(data2, data1, size_list[i]);
t2 = get_cur_time_us();
printf("copy %d bytes, memcpy_normal waste time %dus\n", size_list[i], t2 - t1);
t1 = get_cur_time_us();
my_memcopy_super(data2, data1, size_list[i]);
t2 = get_cur_time_us();
printf("copy %d bytes, memcpy_super waste time %dus\n\n", size_list[i], t2 - t1);
}
free(data1);
free(data2);
return 0;
}
简单执行编译后，运行小程序的结果：
从运行结果上看：
- 拷贝数据量比较小时，拷贝效率排行： normal < super < stdc
- 拷贝数据量比较大时，拷贝效率排行： normal < stdc < super
4 小小总结
memcpy的源码实现，核心就是内存拷贝，要想提升拷贝的效率，还得充分利用机器的运算性能，比如考虑对齐问题。
综合来看，标准C库实现的memcpy在大部分的场景下都可以有一个比较好的性能表现，这一点是值得称赞的。
5 更多分享
架构师李肯
架构师李肯（全网同名），一个专注于嵌入式IoT领域的架构师。有着近10年的嵌入式一线开发经验，深耕IoT领域多年，熟知IoT领域的业务发展，深度掌握IoT领域的相关技术栈，包括但不限于主流RTOS内核的实现及其移植、硬件驱动移植开发、网络通讯协议开发、编译构建原理及其实现、底层汇编及编译原理、编译优化及代码重构、主流IoT云平台的对接、嵌入式IoT系统的架构设计等等。拥有多项IoT领域的发明专利，热衷于技术分享，有多年撰写技术博客的经验积累，连续多月获得RT-Thread官方技术社区原创技术博文优秀奖，荣获CSDN博客专家、CSDN物联网领域优质创作者、2021年度CSDN&RT-Thread技术社区之星、2022年RT-Thread全球技术大会讲师、RT-Thread官方嵌入式开源社区认证专家、RT-Thread 2021年度论坛之星TOP4、华为云云享专家（嵌入式物联网架构设计师）等荣誉。坚信【知识改变命运，技术改变世界】！
