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  • 内存拷贝函数的编写整理(很流行的面试题)

    很多公司都喜欢出关于内存拷贝的这么一道题,下面是本人整理的关于内存拷贝函数编写的过程,仅供参考。
    以下是我在一次模拟笔试中写的程序:
    void MyMemcpy(char *dst,char *src,int count)
    {
        while(count--)
        {
            *dst++ = *src++;
        }
    }
    很显然,这样的程序是不合格的。首先,定死了源地址和目标地址的类型,都用了char *型,使得人们使用时,都要通过类型强制转换来解决,很麻烦。改成下面这样的程序:
    void MyMemcpy(void *dst,void *src,int count)
    {
         while (count--)
         {
            *(char *)dst = *(char *)src;
            dst = (char *)dst + 1;
            src = (char *)src + 1;
          }
    }
    这样,把强制转换的步骤移到了库的代码中,使得使用者方便了,而且一劳永逸。
    另外,还有几个细节要注意,为了实现链式表达式,将返回值改为void *。此外,如果将*(char *)dst = *(char *)src;写反了,编译也是照样通过的,而找这个错误又要花费很多时间。如果你注意到src所指向的内容在函数内是不应该被改变的,所有对src所指内容的改变都必须被禁止,所以这个参数要用const修饰。改得代码如下:
    void * MyMemcpy(void *dst,const void *src,int count)
    {
        void *ret=dst;

        while (count--)
        {
            *(char *)dst = *(char *)src;
            dst = (char *)dst + 1;
            src = (char *)src + 1;
         }

         return ret;
    }
    此时,有经验的程序员会发现,如果dst传入了空指针,那么,程序马上会挂掉。如果出现这样的错误,程序马上挂掉,很可能你回找不出错误在哪里,而花费大量时间在代码里寻找bug。解决这类问题的方法如下代码所示:

    void * MyMemcpy(void *dst,const void *src,int count)
    {
        void *ret=dst;

        if (NULL==dst||NULL ==src)
        {
            return dst;
        }
        while (count--)
        {
            *(char *)dst = *(char *)src;
            dst = (char *)dst + 1;
            src = (char *)src + 1;
         }

         return ret;
    }
    上面之所以写成“if (NULL==dst||NULL ==src)”而不是写成“if (dst == NULL || src == NULL)”,也是为了降低犯错误的概率。我们知道,在C语言里面“==”和“=”都是合法的运算符,如果我们不小心写成了“if (dst = NULL || src = NULL)”还是可以编译通过,而意思却完全不一样了,但是如果写成“if (NULL=dst||NULL =src)”,则编译的时候就通不过了,所以我们要养成良好的程序设计习惯: 常量与变量作条件判断时应该把常量写在前面。
    上面的代码对参数的合法性首先进行了检查,这样使得程序挂掉的几率降低了,但是性能就打折扣了,因为每次调用都会进行一次判断,特别是频繁调用和性能比较高的场合,它的性能上的损失就不可忽略了。
    如果长期严格测试,能够保证使用者不会使用零地址作为参数调用此函数,则希望有简单的方法关掉参数合法性检查。我们知道宏就有某种开关的作用,所系新版程序如下:
    void * MyMemcpy(void *dst,const void *src,int count)
    {
         void *ret=dst;

    #ifdef DEBUG
        if (NULL==dst||NULL ==src)
        {
             return dst;
        }
    #endif
        while (count--)
        {
              *(char *)dst = *(char *)src;
              dst = (char *)dst + 1;
              src = (char *)src + 1;
         }

         return ret;
    }
    如果在调试时,我们加入“#define DEBUG"语句,增强程序的健壮性,那么在调试过后,我们再改为”#undef DEBUG“语句,提高程序的性能。而事实上,标准库中已经存在了类似功能的宏:assert,而且更加好用,它可以在定义DEBUG时,指出代码在哪一行检查失败,而在没有定义DEBUG时,完全可以把它当做不存在。assert(_expression_r_r)的使用非常简单,当_expression_r_r为0时,调试器就出现一个调试错误,有了这个,代码就容易多了。
    void * MyMemcpy(void *dst,const void *src,int count)
    {
        assert(dst);
        assert(src);
        void *ret=dst;
        while (count--)
        {
            *(char *)dst = *(char *)src;
            dst = (char *)dst + 1;
            src = (char *)src + 1;
         }

         return ret;
    }
    到现在,在语言层面上,出现基本没有问题了。那么是否还有问题呢?就要求程序员在逻辑上考虑了,这是优秀程序员必备的素质,是思维的严谨性,否则程序会有非常隐藏的bug。举例这个例子来说,用下列代码来调试上述程序。
    void Test()//重叠的内存测试
    {
        char p [256]= "hello,world!";
        MyMemcpy(p+1,p,strlen(p)+1);
        printf("%s ",p);
    }
    如果你身边有电脑,你可以试一下,你会发现输出并不是我们期待的“hhello,world!”(在“hello world!”前加个h),而是“hhhhhhhhhhhhhh”,这是什么原因呢?原因出在源地址区间和目的地址区间有重叠的地方,V0.6版的程序无意之中将源地址区间的内容修改了!有些反映快的同学马上会说我从高地址开始拷贝。粗略地看,似乎能解决这个问题,虽然区间是重叠了,但是在修改以前已经拷贝了,所以不影响结果。但是仔细一想,这其实是犯了和上面一样的思维不严谨的错误,因为用户这样调用还是会出错:
        MyMemcpy( p, p+1, strlen(p)+1);
        所以最完美的解决方案还是判断源地址和目的地址的大小,才决定到底是从高地址开始拷贝还是低地址开始拷贝。最终代码如下:

    void * MyMemcpy(void *dst,const void *src,int count)
    {
         assert(dst);
         assert(src);
         void * ret = dst;
         if (dst <= src || (char *)dst >= ((char *)src + count)) {
            
             while (count--) {
                 *(char *)dst = *(char *)src;
                 dst = (char *)dst + 1;
                 src = (char *)src + 1;
             }
          }
          else {
             
              dst = (char *)dst + count - 1;
              src = (char *)src + count - 1;
     
              while (count--) {
              *(char *)dst = *(char *)src;
              dst = (char *)dst - 1;
              src = (char *)src - 1;
           }
        }
        return(ret);
    }
    我们的程序终于完成了,大家回头看看第一个程序,发现第一个真的是弱爆了。所以,编写程序一定要严谨。
    下面附上上面程序的测试程序:
    void Test()
    {
        char p1[256] = "hello,world!";
        char p2[256] = {0};
        MyMemcpy(p2,p1,strlen(p1)+1);
        printf("%s ",p2);
        MyMemcpy(NULL,p1,strlen(p1)+1);
        MyMemcpy(p2,NULL,strlen(p1)+1);
        MyMemcpy(p1+1,p1,strlen(p1)+1);
        printf("%s ",p1);
        MyMemcpy(p1,p1+1,strlen(p1)+1);
        printf("%s ",p1);
    }

    本文整理于周立功先生的《卓越的教练是如何训练高手的?》。
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