面试题：C语言联合体在异构内存映射架构中的创新应用

设计思路

定义联合体：通过联合体将不同数据类型（字节、128位向量、64位整数）包装在一起，使得可以使用同一个内存地址访问不同数据类型。
抽象层接口：提供统一的函数接口来操作易失性和非易失性内存区域，这些接口负责处理数据一致性和可靠性相关的操作，例如在非易失性内存写入时的持久化操作。
性能考虑：对于易失性内存，根据其多样的数据访问模式，采用合适的优化策略，如缓存预取等；对于非易失性内存，由于访问粒度为64位整数，确保每次操作符合该粒度以提高性能。

关键代码片段

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// 定义联合体来表示不同的数据类型
union MemoryData {
    uint8_t byte;
    uint64_t int64;
    // 假设128位向量可以用两个64位整数表示
    struct {
        uint64_t high;
        uint64_t low;
    } vector128;
};

// 模拟易失性内存访问函数
void volatile_memory_write(union MemoryData *data, size_t offset, void *src, size_t size) {
    if (size == sizeof(uint8_t)) {
        data[offset].byte = *((uint8_t *)src);
    } else if (size == sizeof(uint64_t)) {
        data[offset].int64 = *((uint64_t *)src);
    } else if (size == sizeof(uint64_t) * 2) {
        uint64_t *vec = (uint64_t *)src;
        data[offset].vector128.high = vec[0];
        data[offset].vector128.low = vec[1];
    }
}

void volatile_memory_read(union MemoryData *data, size_t offset, void *dst, size_t size) {
    if (size == sizeof(uint8_t)) {
        *((uint8_t *)dst) = data[offset].byte;
    } else if (size == sizeof(uint64_t)) {
        *((uint64_t *)dst) = data[offset].int64;
    } else if (size == sizeof(uint64_t) * 2) {
        uint64_t *vec = (uint64_t *)dst;
        vec[0] = data[offset].vector128.high;
        vec[1] = data[offset].vector128.low;
    }
}

// 模拟非易失性内存访问函数，这里简化处理持久化操作
void non_volatile_memory_write(union MemoryData *data, size_t offset, uint64_t value) {
    data[offset].int64 = value;
    // 实际中需要确保数据持久化，例如通过缓存刷新等操作
}

void non_volatile_memory_read(union MemoryData *data, size_t offset, uint64_t *value) {
    *value = data[offset].int64;
}

代码解释

联合体定义：union MemoryData 定义了可以存储字节、64位整数以及模拟128位向量的数据结构。由于联合体成员共享内存地址，这使得可以通过不同成员访问同一内存位置。
易失性内存函数：
- volatile_memory_write 根据传入的 size 判断数据类型，然后将源数据写入易失性内存。
- volatile_memory_read 类似，根据 size 从易失性内存读取数据到目标位置。
非易失性内存函数：
- non_volatile_memory_write 仅接受64位整数写入，因为非易失性内存访问粒度为64位整数，在实际应用中需要确保数据持久化。
- non_volatile_memory_read 从非易失性内存读取64位整数。

通过这些函数，上层应用程序可以统一操作不同类型的内存区域，同时通过这些函数内部的实现来兼顾性能、数据一致性以及可靠性。

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