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  • 提到这两个函数,大家 函数原型 void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t n); void *memmove(void *dest, const void *src, size_t n);

           终于找了个机会可以写下这两个函数的区别了,不然怕是要忘了,另外,感觉C语言中的小的知识点不要太多,仍需要自己不断地编程,不断地去发掘、、、

    1. 函数介绍

           说到memcpy()和memmove()这两个函数,可能大家从名称上认为二者是两个不同的函数。其实不然,事实上,这两个函数功能是类似的,都是对内存进行拷贝(千万不要被memmove()函数中的move给欺骗了,不要想当然的认为它就是移动),二者的区别仅仅是对于内存重叠这一现象的处理。
           如果要拷贝的两个内存空间不重叠的话,那么使用memcpy()和memmove()是等价的!

    首先先来看看两个函数的函数原型。
    二者函数原型如下:

    //dest:拷贝到的目的地址	src:拷贝的起始地址	n:表示拷贝多少个字节
    void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t n);
    void *memmove(void *dest, const void *src, size_t n);
    

           咋一看,这两个函数除了函数名不同,函数的形参列表以及返回值均相同。然后,当你知道两者的函数定义时,你就会理解上面那句“如果要拷贝的两个内存空间不重叠的话,那么使用memcpy()和memmove()是等价的!”话的原因了,这里先不直接列出两者的函数定义,而是先讲一下内存重叠的问题。

    2. 内存重叠

           首先要知道什么是内存重叠?它是指要拷贝的起始地址(即src)与要拷贝到的目的地址(即dest)有重叠,内存重叠有两种表现形式,如下图所示:
    在这里插入图片描述
    对于覆盖情况一:
           此时将src拷贝到dest,不会出现差错。我们可以一位一位的进行拷贝,首先src中的1拷贝到dest的1的位置,2拷贝到2的位置,3拷贝到3的位置,然后此时4就拷贝的4的位置,但此时src处位置1处就不再是1了,而是变成了4。同样,src中位置2处就变成了5。
           至此便完成了5个位的内存拷贝,本次内存拷贝的结果是正确的,将“12345”五个数拷贝到了目的地址上。但是此时源地址上相应的五个数字中的前两个数字分别被替换成了“4”和“5”。

    对于覆盖情况二:
           此时将此时将src拷贝到dest,就会发生错误了。同样我们还是一位一位的进行拷贝。首先将src中的1拷贝到dest的1的位置,但dest中位置1处对应的是src的位置4,这时src位置4处的值4就被修改为1!同样将src中的2拷贝到dest中位置2处,但dest中位置2处对应的是src的位置5,这时src位置4处的值5就被修改为2!接下来在进行按位拷贝的话,将会得到错误的结果“12312”。
           事实上操作系统对于第二种覆盖情况是未定义的,我们按位拷贝获得的结果只是用来认识第二种覆盖情况,但在代码中碰到这种情况,得到的结果是未知的,不一定是“12312”,可以自行编写程序进行验证。

           对于第一种覆盖情况,使用memcpy()和memmove()均不会出现拷贝出错的情况,但memcpy()不能正确处理第二种情况,只能使用memmove()才能进行正确的内存拷贝!这样一来,在不知道内存是否重叠的情况下,为了保证内存拷贝的正确执行,使用memmove()是最为稳妥的,但作为牺牲,程序的执行效率会比memcpy()要低(函数memmove()的定义要比memcpy()的定义复杂,这个区别在最后阐述)。因此,在我们能够保证内存不会重叠的前提下,使用memcpy()会更高效。一般而言,内存一般是不会重叠的,但有时在不经意间,我们代码中所使用的一些操作就会导致内存重叠。

    3. 实例验证

    下面举个例子来做一个简单说明。
    注:最好将拷贝过程在纸上画出来,这样会加深理解

    //首先定义一个字符串数组str
    char str[11] = "0123456789";
    
    /*
    	下面分别使用memmove和memcpy对这个数组进行操作
    	① 覆盖情况一(src是高地址,dest是低地址,由高地址向低地址进行内存拷贝)
    */
    memmove((void *)&str[0], (void *)&str[3], 5);
    memcpy((void *)&str[0], (void *)&str[3], 5);
    /*
    	两个函数的结果是相同的,得到的结果均为“3456756789”
    	即实现了将“34567”这五个数字拷贝到数组的前五个位置上
    */
    /*
    	② 覆盖情况二(src是低地址,dest是高地址,由低地址向高地址进行内存拷贝)
    */
    memmove((void *)&str[3], (void *)&str[0], 5);
    memcpy((void *)&str[3], (void *)&str[0], 5);
    /*
    	这次,两个函数的结果完全不同,
    	使用memmove()得到结果“0120123489”是我们事先想得到的,
    	而memcpy()得到的结果却不是我们所预期的,结果是“0120120189”
    */
    

           以上例子需要我们注意的是,我们在对数组操作的时候,容易导致内存重叠,从而导致我们得到错误的结果。所以在以后的编程中需要注意这一点。

    测试代码如下:

    #include <stdio.h>
    #include <string.h>
    
    int main(int argc, char *argv[])
    {
        int 	i;
        char 	str[11] = "0123456789";
    
        for (i = 0; i < 10; i++)
        {
            printf("%c", str[i]);
        }
        printf("\n");
        
        //memmove((void *)&str[3], (void *)&str[0], 5);
        //memcpy((void *)&str[3],(void *)&str[0], 5);
        //memmove((void *)&str[0],(void *)&str[3], 5);
        memcpy((void *)&str[0], (void *)&str[3], 5);
    
        for (i = 0; i < 10; i++)
        {
            printf("%c", str[i]);
        }
        printf("\n");
        
        return 0;
    }
    

    4. 函数定义

    ① memcpy()函数:

    void* memmove(void* str1,const void* str2,size_t n)
    {
    	size_t 	i;
        char	*pStr1 = (char *)str1;
        char	*pStr2 = (char *)str2;
        
        for(size_t i = 0;i != n; i++)
        {
        	*(pStr1++) = *(pStr2++);
        }
    
        return str1;
    }
    

    ② memmove()函数:

    void* memmove(void* str1,const void* str2,size_t n)
    {
    	size_t 	i;
        char	*pStr1 = (char *)str1;
        char	*pStr2 = (char *)str2;
        if  (pStr1 < pStr2) 
        {
            for(size_t i = 0;i != n; i++)
            {
                *(pStr1++) = *(pStr2++);
            }
        }
        else
        {
            pStr1 += n-1;
            pStr2 += n-1;
            for(size_t i = 0;i != n; i++)
            {
                *(pStr1--) = *(pStr2--);
            }
        }
        return str1;
    }
    

           可见memcpy()函数的函数定义是memmove()函数的函数定义的一部分,这也是为什么在内存不重叠以及第一种重叠情况(src是高地址,dest是低地址,由高地址向低地址进行内存拷贝)下均可使用memcpy()和memmove()函数的原因了。但在第二种重叠情况下(src是低地址,dest是高地址,由低地址向高地址进行内存拷贝),就只能使用memmove()函数了,可以仔细看一下memmove()的代码逻辑,转换的很巧妙!

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  •  本文尝试自己实现内存拷贝函数并且对各种大小的拷贝性能进行测试,与linux系统调用memcpy进行对比,旨在深入理解内存访问方式,以及对内存访问在程序执行中占用时间比有一定的认识。  测试环境为: * 64位linux *...

    

      本文尝试自己实现内存拷贝函数并且对各种大小的拷贝性能进行测试,与linux系统调用memcpy进行对比,旨在深入理解内存访问方式,以及对内存访问在程序执行中占用时间比有一定的认识。

      测试环境为:

    * 64位linux

    * Intel(R) Xeon(R) 8 Core 2GHZ

    * cache大小8192KB,cache对齐字节数64字节,一次缓存分组数:8


    * gcc-4.1.2,编译参数-O2

      几种实现方式:

    1. 无任何优化

    void* mymemcpy_naive(void* dest, const void* src, size_t len)
    {
        char* destc = (char*)dest;
        const char* srcc = (const char*)src;
        while (len-- > 0) {
            *destc++ = *srcc++;
        }
        return dest;
    }
    


    2. 以64/32/16/8字节单位进行传输

    void* mymemcpy_64(void* dest, const void* src, size_t len)
    {
        char* destc = (char*)dest;
        const char* srcc = (const char*)src;
        // first do 64 bytes align
        while (((size_t)srcc) & 0x3F != 0 && len > 0) {
            *destc++ = *srcc++;
            --len;
        }
        COPY64(destc, srcc);
        COPY32(destc, srcc);
        COPY16(destc, srcc);
        COPY8(destc, srcc);
        COPY4(destc, srcc);
    
        while (len-- > 0) {
            *destc++ = *srcc++;
        }
        return dest;
    }
    


    其中COPY64宏定义如下:

    #define COPY64(destc, srcc)     \
        while (len >= 64) { \
            register unsigned long q1 = *(unsigned long*)srcc;          \
            register unsigned long q2 = *(unsigned long*)(srcc+8);      \
            register unsigned long q3 = *(unsigned long*)(srcc+16);     \
            register unsigned long q4 = *(unsigned long*)(srcc+24);     \
            register unsigned long q5 = *(unsigned long*)(srcc+32);     \
            register unsigned long q6 = *(unsigned long*)(srcc+40);     \
            register unsigned long q7 = *(unsigned long*)(srcc+48);     \
            register unsigned long q8 = *(unsigned long*)(srcc+56);     \
            *(unsigned long*)destc = q1;        \
            *(unsigned long*)(destc+8) = q2;    \
            *(unsigned long*)(destc+16) = q3;   \
            *(unsigned long*)(destc+24) = q4;   \
            *(unsigned long*)(destc+32) = q5;   \
            *(unsigned long*)(destc+40) = q6;   \
            *(unsigned long*)(destc+48) = q7;   \
            *(unsigned long*)(destc+56) = q8;   \
            srcc+=64;   \
            destc+=64;  \
            len-=64;    \
        }
    


    COPY32/COPY16/COPY8等类似COPY64定义。此处略。


    3. 在传输中间加上memory barrier。代码同上,只是COPY64/COPY32/COPY16等换为COPY64B/COPY32B/COPY16B。其中COPY64定义如下:

    #define COPY64B(destc, srcc)     \
        while (len >= 64) { \
            register unsigned long q1 = *(unsigned long*)srcc;          \
            register unsigned long q2 = *(unsigned long*)(srcc+8);      \
            register unsigned long q3 = *(unsigned long*)(srcc+16);     \
            register unsigned long q4 = *(unsigned long*)(srcc+24);     \
            register unsigned long q5 = *(unsigned long*)(srcc+32);     \
            register unsigned long q6 = *(unsigned long*)(srcc+40);     \
            register unsigned long q7 = *(unsigned long*)(srcc+48);     \
            register unsigned long q8 = *(unsigned long*)(srcc+56);     \
            __memory_barrier();                 \
            *(unsigned long*)destc = q1;        \
            *(unsigned long*)(destc+8) = q2;    \
            *(unsigned long*)(destc+16) = q3;   \
            *(unsigned long*)(destc+24) = q4;   \
            *(unsigned long*)(destc+32) = q5;   \
            *(unsigned long*)(destc+40) = q6;   \
            *(unsigned long*)(destc+48) = q7;   \
            *(unsigned long*)(destc+56) = q8;   \
            srcc+=64;   \
            destc+=64;  \
            len-=64;    \
        }



    __memory_barrier()定义如下:

    #define __memory_barrier()      asm volatile("":::"memory")



    注:

    * 加上memory barrier有什么效果?

    实测-O2优化情况下,COPY64宏展开之后的循环体内部,会编译为以下代码:

    mov    0x8(%r11),%rdx
    mov    0x10(%r11),%rcx
    sub    $0x40,%rbp
    mov    0x18(%r11),%rsi
    mov    0x20(%r11),%rdi
    mov    0x28(%r11),%r8
    mov    0x30(%r11),%r9
    mov    0x38(%r11),%r10
    mov    (%r11),%rax
    add    $0x40,%r11
    mov    %rdx,0x8(%rbx)
    mov    %rcx,0x10(%rbx)
    mov    %rsi,0x18(%rbx)
    mov    %rdi,0x20(%rbx)
    mov    %rax,(%rbx)
    mov    %r8,0x28(%rbx)
    mov    %r9,0x30(%rbx)
    mov    %r10,0x38(%rbx)



    关于在mov过程中夹杂无关运算代码sub $0x40,%rbp,add $0x40,%r11,可以参考编译器为隐藏内存传输延时而打乱指令顺序的优化资料,在读内存指令后到内存实际被fetch到寄存器,该寄存器可用的过程之间是需要一定的等待周期的,在现代CPU和内存上,此周期为100-200ns之间,在这期间可以执行其它指令,否则必须等待内存读取完成。

    关于mov    (%r11),%rax这一句。编译器没有按照实际读取顺序从src+0开始访问,估计跟gcc优化中关于打乱指令顺序以增强寄存器藕合性有关。但是这一举动可能造成cache失效。加上memory barrier之后,编译的结果就是按顺序访问内存了。具体有没有影响请参见后面的测试数据。

    4. 不使用中间变量直接赋值。代码同上,只是将COPY64B/COPY32B/COPY16B/COPY8B换成COPY64D/COPY32D/COPY16D/COPY8D,其中COPY64D定义如下:

    #define COPY64D(destc, srcc)     \
        while (len >= 64) { \
            *(unsigned long*)destc = *(unsigned long*)srcc;        \
            *(unsigned long*)(destc+8) = *(unsigned long*)(srcc+8);    \
            *(unsigned long*)(destc+16) = *(unsigned long*)(srcc+16);   \
            *(unsigned long*)(destc+24) = *(unsigned long*)(srcc+24);   \
            *(unsigned long*)(destc+32) = *(unsigned long*)(srcc+32);   \
            *(unsigned long*)(destc+40) = *(unsigned long*)(srcc+40);   \
            *(unsigned long*)(destc+48) = *(unsigned long*)(srcc+48);   \
            *(unsigned long*)(destc+56) = *(unsigned long*)(srcc+56);   \
            srcc+=64;   \
            destc+=64;  \
            len-=64;    \
        }

    实测编译器并不能生成x86上的repz movsq之类的代码,因此这种方式展开之后也是需要借助中间寄存器的。但是区别是读和写交错进行了。具体效果请见后文数据。


    函数名定义如下:

     mymemcpy_ 传输字节 _ (d=直接传输 b=加memory barrier)

    表头:一次性拷贝的字节数 memcpy(dest, src, N)中的N

    数据:每秒钟拷贝字节数(MB/s) 这里MB是Mega BYTE

      8 16 25 32 50 64 100 200 256 500 1000 1024 4096 16384 512000 1000000
    sys_memcpy 871.06 1755.35 3361.04 4028.17 3885.78 6162.04 6724.57 10101.9 12263.3 13648.7 14932.5 15035.8 7501.12 7889.67 3903.07 3465.7
    mymemcpy_naive 690.748 817.927 782.5 824.169 893.4 916.579 897.421 945.511 962.502 985.278 996.581 997.625 963.121 1003.89 1004.52 982.129
    mymemcpy_8 1093.51 1776.38 2620.14 2898.56 3431.27 3960.09 5772.17 4684.11 6080.54 7483.41 5143.5 4991.39 5298.27 5359.06 5146.09 5234.19
    mymemcpy_8d 1076.36 1684.14 2294.36 2444.5 2730.97 3009.11 3940.89 4293.32 4495.53 4977.22 4923.46 4903.33 5265.59 5349.46 5137.51 5230.2
    mymemcpy_16 1242.03 1984.16 2501.14 3342.26 4139.8 5070.09 5689.43 8239.53 7837.96 8841.32 10146.2 9234.83 8045.63 8053.07 5710.49 6204.91
    mymemcpy_16b 1242.68 1984.72 2800.19 3340.88 4149.63 5036.35 5685.04 8234.77 7721.36 8770.93 10139.4 9164.73 8047.52 8053.32 5625.9 4903.46
    mymemcpy_16d 1242.86 2018.99 3154.52 3286.88 3975.27 4969.42 5771.7 6985.4 7717.84 8761.11 7201.82 9201.3 8040.79 8055.22 5666.88 6200.88
    mymemcpy_32 897.28 2308.46 2651.23 3231.68 4719.01 5385.69 7347.54 8392.39 9747.96 13096.5 13617.4 10656.8 10582.6 10573.9 6189.46 6284.59
    mymemcpy_32b 897.659 2306.73 2657.88 3229.03 4699.63 5387.46 7345.72 8389.51 9758.69 13125.7 13652 13868 10623 10585.1 6131.78 6252.79
    mymemcpy_32d 1000.06 2486 2966.07 3523.38 4925.87 6062.82 8417.91 10896.9 12216.2 13648.2 11190.6 14841.4 8045.32 8053.23 5710.89 6216.18
    mymemcpy_64 863.286 1794.37 2295.35 3400.56 3882.92 6155.23 7481.61 11199.2 12606.5 13463.7 14755 14677.9 12453 10880.5 3705.59 3818.43
    mymemcpy_64b 897.59 1794.84 2294.51 3395.98 4040.51 6155.34 7471 11195.1 12610.5 13645.9 14828 14471.4 12513 12262 6199.8 6226.03
    mymemcpy_64d 1002 1583.03 2509.21 3800.17 4811.31 6250.39 8782.94 12382.3 14160.7 14873.9 15363.8 15538.1 8048.33 8054.37 5688.67 6213.36


    结论:

    * 不加优化的memcpy仅在拷贝数据较小时速度和其它函数差不多

    * 数据量在cache可以完全容纳的大小之内的情况下,传输可以达到超过理论最大值的速度以上(本机内存访问速度理论值为8GB/s)

    * 如果不考虑通用性,较大或较小内存的传输可以考虑用自制函数替代系统memory copy

    * 指令的乱序可能对内存访问的优化造成一定影响

    
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  • Linux 内存拷贝

    2020-03-27 06:09:37
    什么叫零拷贝? 简单来说就是避免多余的...read函数返回从系统态返回到用户态,将数据从内核缓冲区拷贝到user缓冲区(用户) 调用write函数,从用户态转变成系统态,将数据从用户缓冲区拷贝到socket缓冲区(内核) 在...

    什么叫零拷贝?

    简单来说就是避免多余的拷贝(不是不发生拷贝)。

    传统来说,我们发生网络调用或文件进行操作的时候,一般会经过以下四个步骤:

    1. 调用read函数,从用户态转变成系统态,将数据从磁盘拷贝到内核缓冲区(内核)
    2. read函数返回从系统态返回到用户态,将数据从内核缓冲区拷贝到user缓冲区(用户)
    3. 调用write函数,从用户态转变成系统态,将数据从用户缓冲区拷贝到socket缓冲区(内核)
    4. 在进行其他的操作,将内核缓冲区的数据拷贝到相应的地方(内核)
    copy
    copy
    copy
    copy
    Hard Drive
    Kernel Buffer
    User Buffer
    Socket Buffer
    protocol engine

    使用mmap主要是完成了文件到内核空间的映射,用户缓冲区和内核缓冲区共享了:

    copy
    copy
    copy
    Hard Drive
    KB and UB
    Socket Buffer
    protocol engine

    使用sendfile从文件进入到网络协议栈,只需 2 次拷贝:第一次使用 DMA 引擎从文件拷贝到内核缓冲区,第二次从内核缓冲区将数据拷贝到网络协议栈;内核缓存区只会拷贝一些 offset 和 length 信息到 SocketBuffer,基本无消耗。

    copy
    little
    little
    copy
    Hard Drive
    Socket Buffer
    Socket Buffer
    protocol engine
    参考

    http://www.freesion.com/article/7040248729/

    https://blog.csdn.net/keil_wang/article/details/86688271

    展开全文
  • Linux memcpy 内存拷贝 注意问题

    千次阅读 2019-04-24 11:22:31
    在使用Linux C 编程时,用到了 memcpy 函数,主要是实现把文件1通过环形缓冲区拷贝到文件2,在使用时,由于函数第二个元素定义了一个 int 类型的数组,导致复制结果怎么都不对,查看上述文章才找到...

    参考  十一月zz  的博客!十分感谢!

    原文网址:https://blog.csdn.net/baidu_35679960/article/details/80953973


    自我总结

    在使用 Linux C 编程时,用到了 memcpy 函数,主要是实现把文件1通过环形缓冲区拷贝到文件2,在使用时,由于函数第二个元素定义了一个 int 类型的数组,导致复制结果怎么都不对,查看上述文章才找到问题所在,后改为 char 型,问题解决。

    展开全文
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    千次阅读 2017-09-08 09:52:28
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    2020-09-20 16:44:00
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    万次阅读 2013-10-16 19:17:23
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    2017-01-05 23:04:16
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