实现 memcmp

Question

以下是memcmp的微软CRT实现：

int memcmp(const void* buf1,
           const void* buf2,
           size_t count)
{
    if(!count)
        return(0);

    while(--count && *(char*)buf1 == *(char*)buf2 ) {
        buf1 = (char*)buf1 + 1;
        buf2 = (char*)buf2 + 1;
    }

    return(*((unsigned char*)buf1) - *((unsigned char*)buf2));
}

它基本上是逐字节进行比较。

我的问题分为两部分：

1. 是否有任何理由在 count < sizeof(int) 之前不将其更改为 int by int 比较，然后对剩余的内容进行逐字节比较？
2. 如果我要执行 1，是否存在任何潜在/明显的问题？

注意：我根本没有使用 CRT，所以无论如何我都必须实现这个功能。我只是在寻找有关如何正确实施它的建议。

Answer 1

您找到的代码只是memcmp 的调试实现，它针对简单性和可读性进行了优化，而不是针对性能。

内在编译器实现是特定于平台的，并且足够智能，可以生成处理器指令，尽可能一次比较双字或双字（取决于目标架构）。 此外，如果两个缓冲区具有相同的地址(buf1 == buf2)，则内部实现可能会立即返回。调试实现中也缺少此检查。

最后，即使您确切知道要在哪个平台上运行，完美的实现仍然不是通用的，因为它取决于一系列特定于程序其余部分的不同因素：

• 保证缓冲区对齐的最小值是多少？
• 能否在不触发访问冲突的情况下读取缓冲区末尾之后的任何填充字节？
• 缓冲区参数可以相同吗？
• 缓冲区大小可以为 0 吗？
• 您是否只需要比较缓冲区内容是否相等？或者你还需要知道哪个更大（返回值 0）？
• ...

如果性能是一个问题，我建议在汇编中编写比较例程。大多数编译器都为您提供了查看它们为源代码生成的程序集列表的选项。您可以使用该代码并根据您的需要对其进行调整。

Answer 2

如果您愿意，您可以将其作为 int-by-int 比较或更广泛的数据类型进行。

您必须注意的两件事（至少）是开始和结束处的悬垂，以及这两个区域之间的对齐方式是否不同。

如果您在不遵循对齐规则的情况下访问值，某些处理器运行速度会变慢（如果您尝试这样做，有些甚至会崩溃）。

因此，您的代码可能会进行 char 比较，直到 int 对齐区域，然后是 int 比较，然后再次进行 char 比较，但同样，两个区域的对齐可能很重要。

额外的代码复杂性是否值得您节省下来，这取决于您无法控制的许多因素。一种可能的方法是检测两个区域对齐相同的理想情况并快速进行，否则只需逐个字符地进行。

Answer 3

不要忘记，当您在较大的块中发现不匹配时，您必须识别该块中的第一个不同 char，以便计算正确的返回值 (@987654322 @ 返回第一个不同字节的差值，视为unsigned char 值）。

Answer 4

另一个想法是优化处理器缓存和获取。处理器喜欢随机获取大块而不是单个字节。尽管内部工作可能已经解释了这一点，但无论如何这将是一个很好的练习。始终分析以确定最有效的解决方案。

伪代码：

while bytes remaining > (cache size) / 2 do // Half the cache for source, other for dest.
  fetch source bytes
  fetch destination bytes
  perform comparison using fetched bytes
end-while
perform byte by byte comparison for remainder.

有关更多信息，请在网上搜索“数据驱动设计”和“面向数据的编程”。

某些处理器（例如 ARM 系列）允许有条件地执行指令（在 32 位、非拇指模式下）。处理器获取指令，但只有在满足条件时才会执行它们。在这种情况下，请尝试根据布尔赋值重新表述比较。这也可以减少所采用的分支数量，从而提高性能。

另请参阅循环展开。
另请参阅汇编语言。

通过针对特定处理器定制算法可以获得很多性能，但在可移植性方面比较松散。

Answer 5

许多处理器将其作为一条指令来实现。如果你能保证你运行的处理器可以用一行内联汇编器来实现。

Answer 6

这真的是他们的实现吗？除了不这样做之外，我还有其他问题：

• 抛弃 constness。
• return 语句有效吗？无符号字符 - 无符号字符 = 有符号整数？

int 一次仅在指针对齐时有效，或者如果您可以从每个字节的前面读取几个字节并且它们仍然对齐，因此如果在对齐边界之前两者都是 1，您可以读取一个字符然后每个都去 int-at-a-time，但是如果它们的对齐方式不同，例如一个对齐一个不对齐，就没有办法做到这一点。

memcmp 在实际比较（它必须走到最后）并且数据很长时，效率最低（即它花费的时间最长）。

我不会自己写，但如果你要比较大部分数据，你可以做一些事情，比如确保对齐，甚至填充末端，然后如果你愿意，可以一次一个单词。

Answer 7

如果您比较为 int，则需要检查对齐情况并检查 count 是否可被 sizeof(int) 整除（将最后一个字节比较为 char）。

Answer 8

您提出的优化很常见。最大的担忧是，如果您尝试在不允许对单个字节以外的任何内容进行非对齐访问的处理器上运行它，或者在该模式下运行速度较慢； x86 系列没有这个问题。

它也更复杂，因此更有可能包含错误。