- 正确答案：实现一个基础的内存拷贝函数 memcpy，随后通过考虑对齐、SIMD 指令、分块拷贝等方式进行优化。 - 解答思路： 1. 首先理解 memcpy 的功能：将一段内存中的数据从源地址复制到目标地址，按字节复制，不处理重叠（与 memmove 不同）。 2. 实现一个基础版本，逐字节拷贝。 3. 分析性能瓶颈：逐字节拷贝效率低，CPU 可以一次处理多个字节（如 4 字节或 8 字节），因此可以通过按整数字长对齐和批量拷贝优化。 4. 进一步考虑现代 CPU 支持的 SIMD 指令（如 SSE、AVX）实现向量化拷贝。 5. 讨论编译器内置优化（如 GCC 的 __builtin_memcpy）和硬件特性（DMA）。 - 深度知识讲解： 1. 基础实现原理： memcpy 是 C 标准库函数，原型为： void* memcpy(void* dest, const void* src, size_t n); 功能是将 src 指向的前 n 个字节复制到 dest 指向的内存区域。要求 dest 和 src 不重叠（否则应使用 memmove）。基础版本使用逐字节拷贝，适用于任意对齐情况，但效率低。 2. 优化方向： - 对齐访问：现代 CPU 对对齐内存访问有更好性能。例如，x86-64 上访问 8 字节对齐的 double 更快。若 src 和 dest 地址都按 8 字节对齐，可每次拷贝 8 字节。 - 分阶段拷贝：先处理非对齐头部（1~7 字节），再以 8 字节为单位批量拷贝，最后处理尾部剩余字节。 - 使用寄存器提升效率：使用多个寄存器并行拷贝，减少循环次数。 - SIMD 指令：使用 SSE（128 位）、AVX（256 位）等指令一次移动更多数据。 - 编译器内建函数：实际开发中，直接调用编译器优化的 memcpy 更高效，因为其内部已做充分优化。 3. 数据结构与底层机制： - 内存以字节为单位编址，但 CPU 数据通路宽度通常为 32 或 64 位。 - 对齐访问避免跨缓存行或总线宽度拆分传输，提升效率。 - 缓存行（Cache Line）通常为 64 字节，按缓存行对齐拷贝可减少缓存未命中。 4. 安全性与限制： - memcpy 不检查重叠，重叠时行为未定义。 - 不检查目标空间是否足够，需调用者保证。 - 实现时需确保指针可读写，避免非法内存访问。 - 基础实现代码（C语言）： ``` void* my_memcpy(void* dest, const void* src, size_t n) { char* d = (char*)dest; const char* s = (const char*)src; for (size_t i = 0; i < n; i++) { d[i] = s[i]; } return dest; } ``` - 优化版本思路与伪代码：优化目标：尽可能使用 8 字节拷贝（假设 64 位系统）步骤： 1. 检查指针是否为空 2. 处理小拷贝（n < 8）直接用字节拷贝 3. 处理非对齐头部：若 src 和 dest 地址未对齐到 8 字节，则逐字节拷贝直到对齐 4. 主循环：使用 uint64_t 指针每次拷贝 8 字节 5. 处理尾部剩余字节（不足 8 字节部分）优化版本代码： ``` void* my_memcpy_opt(void* dest, const void* src, size_t n) { char* d = (char*)dest; const char* s = (const char*)src; // 小数据量直接字节拷贝 if (n < 8) { for (size_t i = 0; i < n; i++) { d[i] = s[i]; } return dest; } // 检查是否都对齐到 8 字节 size_t i = 0; if (((uintptr_t)d % 8 == 0) && ((uintptr_t)s % 8 == 0)) { // 处理非对齐头部（理论上已对齐，但确保安全） while (i + 8 <= n) { *(uint64_t*)(d + i) = *(const uint64_t*)(s + i); i += 8; } } else { // 未对齐，使用字节拷贝 while (i < n) { d[i] = s[i]; i++; } return dest; } // 拷贝剩余字节 while (i < n) { d[i] = s[i]; i++; } return dest; } ``` - 进一步优化空间： 1. 使用 SIMD 指令（如 SSE）：可一次移动 16 字节： ``` #include __m128i* d128 = (__m128i*)(d + i); const __m128i* s128 = (const __m128i*)(s + i); for (size_t j = 0; j < count_16byte; j++) { _mm_storeu_si128(d128 + j, _mm_loadu_si128(s128 + j)); } ``` 注意：使用 _mm_storeu_si128 支持非对齐存储。 2. 分块拷贝（Loop Unrolling）：减少循环次数，提高指令级并行： ``` while (i + 32 <= n) { *(uint64_t*)(d + i) = *(uint64_t*)(s + i); *(uint64_t*)(d + i + 8) = *(uint64_t*)(s + i + 8); *(uint64_t*)(d + i + 16) = *(uint64_t*)(s + i + 16); *(uint64_t*)(d + i + 24) = *(uint64_t*)(s + i + 24); i += 32; } ``` 3. 利用编译器优化：使用 __builtin_assume_aligned 告诉编译器指针对齐，帮助生成更优代码。 4. 硬件加速：某些平台支持 DMA（直接内存访问），可在 CPU 不参与下完成大块内存拷贝。 5. 多线程拷贝（仅适用于极大数据量）：将大内存块分段，多线程并行拷贝，但需考虑线程创建开销。 - 实际应用中的 memcpy 实现： glibc 中的 memcpy 使用汇编实现，根据 CPU 架构（如 x86-64、ARM）选择最优策略，包括： - 判断 CPU 支持的指令集（SSE、AVX） - 根据拷贝大小选择不同路径（小拷贝用 mov，大拷贝用 rep movsb 或 SIMD） - 利用缓存预取（prefetch）减少等待 - 总结：面试中手写 memcpy 考察： - 对指针操作和内存模型的理解 - 对性能优化的意识（对齐、批量处理） - 对底层硬件（CPU、缓存）的了解 - 编码细节（类型转换、边界处理）追问优化空间时，应从对齐、数据通路宽度、SIMD、编译器优化、硬件特性等多维度回答，体现系统级思维。

芯原股份一面经

全站热榜

创作者周榜