面试题：C++ 中 memcpy() 与自定义内存复制函数的性能对比及优化

性能差异分析

memcpy：
- memcpy 是标准库函数，通常由编译器厂商高度优化，针对不同的硬件平台和 CPU 指令集进行了定制。例如，对于支持 SIMD（单指令多数据）指令集（如 SSE、AVX 等）的 CPU，memcpy 可能会利用这些指令一次性复制多个字节，大大提高复制效率。
- 它在处理大块内存复制时，能够充分利用 CPU 的缓存机制，通过合理的预取和缓存命中策略，减少内存访问的延迟。
my_memcpy：
- 逐字节复制的方式每次只复制一个字节，在 CPU 执行指令方面，会产生较多的指令开销，因为每次复制都需要一条指令。
- 这种方式不能充分利用 CPU 的缓存优势，由于每次只访问一个字节，缓存命中率较低，特别是在大块内存复制时，频繁的内存访问会导致较大的延迟。

优化思路及代码示例

优化思路：
- 按字（word）复制：现代 CPU 通常以字（如 4 字节或 8 字节，取决于 CPU 架构）为单位进行内存访问效率更高。可以先按字复制，最后处理剩余不足一个字的字节。
- 利用缓存预取：在复制之前，可以使用编译器特定的预取指令（如 _mm_prefetch 用于 x86 架构）来提前将数据预取到缓存中，提高缓存命中率。
- SIMD 优化：如果目标平台支持 SIMD 指令集，可以利用这些指令一次性复制多个字节。不过，这需要更复杂的代码编写，并且要考虑不同 SIMD 指令集的兼容性。
按字复制优化后的代码示例：

#include <cstddef>
#include <immintrin.h> // 用于缓存预取，需要支持 SSE 指令集的编译器

void* my_memcpy(void* dest, const void* src, size_t count) {
    char* d = static_cast<char*>(dest);
    const char* s = static_cast<const char*>(src);

    // 按 8 字节（64 位平台常见字大小）对齐复制
    size_t alignedCount = count & ~size_t(7);
    for (size_t i = 0; i < alignedCount; i += 8) {
        // 缓存预取
        _mm_prefetch(s + i + 64, _MM_HINT_T0);
        *(reinterpret_cast<unsigned long long*>(d + i)) = *(reinterpret_cast<const unsigned long long*>(s + i));
    }

    // 处理剩余字节
    for (size_t i = alignedCount; i < count; ++i) {
        d[i] = s[i];
    }

    return dest;
}

在上述代码中，首先按 8 字节对齐进行复制，同时利用 _mm_prefetch 指令进行缓存预取（假设编译器支持 SSE 指令集），最后处理剩余不足 8 字节的部分。这样优化后，my_memcpy 的性能可以更接近标准库的 memcpy。

需要注意的是，不同编译器对特定指令的支持可能不同，实际应用中需要根据目标编译器和平台进行调整。同时，在进行 SIMD 优化时，代码会变得更加复杂，并且要充分考虑兼容性问题。

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