内存拷贝函数 memcpy 的原理及实现

只看该作者 · 2023-9-4 09:45

内存拷贝函数memcpymemcpy是memory copy的缩写，意为内存复制，在写C语言程序的时候，我们常常会用到它。它的函原型如下：void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t n);
它的功能是从src的开始位置拷贝n个字节的数据到dest。如果dest存在数据，将会被覆盖。memcpy函数的返回值是dest的指针。memcpy函数定义在string.h头文件里。自己实现的时候，最简单的方法是用指针按照字节顺序复制即可。但是性能太低：

其一，一次一个字节效率太低，地址总线一般是32位，能搬运4字节，一次一个肯定慢的不行；
其二，当内存区域重叠时会出现混乱情况。

下边根据以上两方面考虑提高memcpy函数的性能。首先考虑速度，可以按照 CPU 位宽搬运数据，效率更高，代码如下：
void * Memcpy1(void *dst, const void *src, size_t num)
{
int nchunks = num/sizeof(dst); /*按CPU位宽拷贝*/

cout<<"sizeof(dst)是："<<sizeof(dst)<<endl;

int slice = num%sizeof(dst); /*剩余的按字节拷贝*/

unsigned long * s = (unsigned long *)src;
unsigned long * d = (unsigned long *)dst;

while(nchunks--)
   *d++ = *s++;

while (slice--)
   *((char *)d++) =*((char *)s++);

return dst;
}
sizeof(dst)是4，即大部分数据每次按照4字节拷贝，最后不足4字节的再分别拷贝。但是内存区域出现重叠时，这种方法无法规避内存混乱问题。下面的方法能够规避内存重叠的bug，代码如下：void *Memcpy2(void *dest, const void *src, size_t count)
{
char *d;
const char *s;

if (((int)dest > ((int)src+count)) || (dest < src))
{
d = (char*)dest;
s = (char*)src;
while (count--)
      *d++ = *s++;
}
else /* overlap */
{
d = (char *)((int)dest + count - 1); /* 指针位置从末端开始，注意偏置 */
s = (char *)((int)src + count -1);
while (count --)
      *d-- = *s--;
}

return dest;
}
如果检测到内存区域有重叠部分，则从末端开始对每个字节进行拷贝。但数据量大时速度慢，将两种方法结合后能够提高拷贝函数性能，代码如下：void *Memcpy(void *dest, const void *src, size_t count)
{
cout<<"sizeof(dest)是："<<sizeof(dest)<<endl;
int bytelen=count/sizeof(dest); /*按CPU位宽拷贝*/
int slice=count%sizeof(dest); /*剩余的按字节拷贝*/
unsigned int* d = (unsigned int*)dest;
unsigned int* s = (unsigned int*)src;

if (((int)dest > ((int)src+count)) || (dest < src))
{
   while (bytelen--)
      *d++ = *s++;
   while (slice--)
      *(char *)d++ = *(char *)s++;
}
else /* overlap重叠 */
{
d = (unsigned int*)((unsigned int)dest + count - 4); /*指针位置从末端开始，注意偏置 */
s = (unsigned int*)((unsigned int)src + count -4);
while (bytelen --)
      *d-- = *s--;
d++;s++;
char * d1=(char *)d;
char * s1=(char *)s;
d1--;s1--;
while (slice --)
      *(char *)d1-- = *(char *)s1--;
}
return dest;
}

对比一下，测试代码如下：