面试题：C++ 自定义实现类似 strcpy() 和 memcpy() 功能并优化

Question

请你分别自定义实现类似 C++ 中 strcpy() 和 memcpy() 功能的函数，并且针对不同的数据类型和内存对齐情况进行性能优化。阐述优化思路，并说明在不同平台下可能需要考虑的兼容性问题。

Answer 1

实现类似 strcpy() 功能的函数

#include <iostream>
#include <cassert>

// 自定义实现 strcpy 函数
char* myStrcpy(char* dest, const char* src) {
    assert(dest != nullptr && src != nullptr);
    char* originalDest = dest;
    while ((*dest++ = *src++) != '\0');
    return originalDest;
}

优化思路

1. 减少内存访问次数：可以一次处理多个字节，例如在 32 位或 64 位系统上，一次处理 4 字节或 8 字节。这需要确保地址对齐，并且要处理字符串结尾的特殊情况。
2. 利用指令集优化：对于支持 SIMD（单指令多数据）指令集（如 SSE、AVX）的平台，可以使用这些指令集来并行处理多个字节，提高复制效率。

实现类似 memcpy() 功能的函数

#include <iostream>
#include <cassert>

// 自定义实现 memcpy 函数
void* myMemcpy(void* dest, const void* src, size_t count) {
    assert(dest != nullptr && src != nullptr);
    char* d = static_cast<char*>(dest);
    const char* s = static_cast<const char*>(src);
    while (count--) {
        *d++ = *s++ ;
    }
    return dest;
}

优化思路

1. 内存对齐优化：如果目标和源内存地址是自然对齐的（例如在 32 位系统上地址是 4 的倍数，64 位系统上地址是 8 的倍数），可以使用更快的寄存器操作指令来一次复制多个字节。例如在 x86 架构上，movd 指令可以一次移动 4 字节数据。
2. 块大小优化：对于较大的复制操作，可以将数据分成较大的块进行处理，减少循环开销。同时结合内存对齐优化，提高整体性能。

不同平台下的兼容性问题

1. 字节序问题：不同平台可能有不同的字节序（大端或小端）。在进行跨平台数据传输或处理时，需要注意字节序转换，确保数据的一致性。
2. 指令集兼容性：并非所有平台都支持相同的指令集扩展（如 SSE、AVX）。在使用这些指令集进行优化时，需要通过条件编译（如 #ifdef）来确保代码在不支持的平台上也能正常编译和运行。
3. 内存对齐要求：不同平台对内存对齐的要求可能不同。一些平台允许非对齐访问，但性能会显著下降；而另一些平台则会产生硬件异常。在编写代码时，要确保内存访问符合目标平台的对齐要求。