面试题：C语言实现类似memcpy()和memmove()功能的优化

Question

假设不使用标准库中的memcpy()和memmove()函数，要求你自己实现两个类似功能的函数my_memcpy()和my_memmove()。请考虑各种边界情况，如内存重叠、对齐问题等，并对实现的函数进行性能优化，最后说明优化的思路和方法。

Answer 1

#include <stdio.h>
#include <stddef.h>

// 自定义my_memcpy函数
void* my_memcpy(void* dest, const void* src, size_t n) {
    char* d = (char*)dest;
    const char* s = (const char*)src;
    while (n--) {
        *d++ = *s++;
    }
    return dest;
}

// 自定义my_memmove函数，处理内存重叠情况
void* my_memmove(void* dest, const void* src, size_t n) {
    char* d = (char*)dest;
    const char* s = (const char*)src;
    if (d < s) {
        while (n--) {
            *d++ = *s++;
        }
    } else {
        d += n - 1;
        s += n - 1;
        while (n--) {
            *d-- = *s--;
        }
    }
    return dest;
}

性能优化思路和方法：

1. 使用指针运算：通过指针的直接运算，而不是数组下标访问，提高访问速度。例如 *d++ = *s++; 相比于数组访问方式效率更高。
2. 减少循环次数：可以考虑按字长（例如4字节或8字节）进行复制，而不是每次只复制1个字节。这样可以减少循环次数，例如：

void* my_memcpy_opt(void* dest, const void* src, size_t n) {
    size_t aligned_n = n & ~3; // 按4字节对齐
    size_t remainder = n & 3;
    unsigned int* d = (unsigned int*)dest;
    const unsigned int* s = (const unsigned int*)src;
    while (aligned_n) {
        *d++ = *s++;
        aligned_n -= 4;
    }
    char* c_d = (char*)d;
    const char* c_s = (const char*)s;
    while (remainder) {
        *c_d++ = *c_s++;
        remainder--;
    }
    return dest;
}

3. 利用CPU特性：一些CPU支持SIMD指令集（如SSE、AVX等），可以使用这些指令集一次处理多个数据，大幅提升性能。但这种方法更复杂，并且依赖于编译器和硬件平台。

注意事项：

1. 内存对齐：在优化版本中，对数据进行按字长对齐处理，减少了多余的字节操作，提高效率。但需要注意源和目标内存地址的对齐情况，如果地址本身未对齐，直接按字长操作可能导致未定义行为。
2. 内存重叠：my_memmove 函数通过判断目标地址和源地址的位置关系，选择正向或反向复制，避免内存重叠带来的数据错误。