C語言記憶體操作函數模擬實現：memcpy 與 memmove 深度解析

C語言記憶體操作函數模擬實現：memcpy 與 memmove 深度解析

`memcpy` 與 `memmove` 是記憶體塊複製的核心函數，唯一區別在於**重疊處理**。本文提供生產級實現，解析重疊判斷邏輯、向量化優化方向、嚴格別名規則合規性。

1. memcpy —— 不處理重疊，極致效能

#include <assert.h>
#include <stddef.h>  // size_t

void *my_memcpy(void *dest, const void *src, size_t count) {
    assert(dest && src);
    
    char *d = (char *)dest;
    const char *s = (const char *)src;
    char *ret = d;
    
    // 字節級複製 (基礎版)
    while (count--) {
        *d++ = *s++;
    }
    
    return ret;
}

關鍵特性

• 行為未定義於重疊：呼叫者必須保證記憶體區塊不重疊
• 無類型概念：純位元組複製，適用於任意型別
• 返回 dest：支援鏈式調用
• 嚴格別名規則：`char*` 可別名任意型別，合規訪問記憶體

2. memmove —— 安全處理重疊

void *my_memmove(void *dest, const void *src, size_t count) {
    assert(dest && src);
    
    char *d = (char *)dest;
    const char *s = (const char *)src;
    char *ret = d;
    
    if (d == s || count == 0) return ret;  // 快速路徑
    
    // 重疊判斷：dest 在 src 之後，且距離小於 count
    // 需從後向前複製，避免覆蓋未讀取的源資料
    if (d > s && d < s + count) {
        // 重疊：從尾部開始複製
        d += count;
        s += count;
        while (count--) {
            *--d = *--s;
        }
    } else {
        // 不重疊或 dest 在 src 之前：正向複製 (同 memcpy)
        while (count--) {
            *d++ = *s++;
        }
    }
    return ret;
}

重疊判斷邏輯圖解

情況 1：不重疊 (正向安全)
src: [======]
dest:           [======]
d > s + count → 正向複製 ✓

情況 2：dest 在 src 之前 (正向安全)
src:       [======]
dest: [======]
d < s → 正向複製 ✓ (src 資料先被讀取，再被 dest 覆蓋無影響)

情況 3：dest 在 src 之後且重疊 (必須反向)
src: [======]
dest:    [======]
d > s 且 d < s + count → 反向複製 ✓
// 正向會導致：先複製 src[0]→dest[0]，覆蓋 src[2]，後續讀取 src[2] 讀到已污染資料

效能優化：向量化複製 (生產級 libc 做法)

// 簡易字長級複製 (假設 size_t 為 8 位元組)
void *my_memcpy_fast(void *dest, const void *src, size_t count) {
    char *d = (char *)dest;
    const char *s = (const char *)src;
    
    // 1. 對齊處理：先複製字節直到 d 對齊到 sizeof(size_t)
    while (count && ((uintptr_t)d % sizeof(size_t))) {
        *d++ = *s++;
        count--;
    }
    
    // 2. 字長級批量複製
    size_t *wd = (size_t *)d;
    const size_t *ws = (const size_t *)s;
    while (count >= sizeof(size_t)) {
        *wd++ = *ws++;
        count -= sizeof(size_t);
    }
    
    // 3. 餘數字節複製
    d = (char *)wd;
    s = (const char *)ws;
    while (count--) *d++ = *s++;
    
    return dest;
}

編譯器內建優化

// 現代編譯器會自動識別並優化
void *my_memcpy_builtin(void *dest, const void *src, size_t n) {
    return __builtin_memcpy(dest, src, n);  // GCC/Clang 內建
    // 或直接呼叫 libc: return memcpy(dest, src, n);
}

常見面試陷阱

總結

`memcpy` = **極速、無重疊保證**；`memmove` = **安全、處理重疊、微小開銷**。核心判斷：**`dest` 是否落在 `[src, src+count)` 區間內**。現代開發**直接使用標準庫**，編譯器內建 + libc 優化 (向量化、非暫存寫入、預取) 遠超手寫。面試必會：重疊判斷邏輯、反向複製必要性、字長級優化思路、嚴格別名規則中 `char*` 的特權地位。