c++中内存拷贝函数(C++ memcpy)详解

曾经终败给现在 2021-06-24 15:59 570阅读 0赞

原型：void\*memcpy(void\*dest, const void\*src,unsigned int count);

功能：由src所指内存区域复制count个字节到dest所指内存区域。

说明：src和dest所指内存区域不能重叠，函数返回指向dest的指针。

举例：

//   memcpy.c                       
    #include   <stdlib.h>           
    #include   <string.h>           
    main()           
    {               
    	char *s= "Golden  Global   View ";
    	char d[20];
    	clrscr();
    	memcpy(d,s,strlen(s));
    	d[strlen(s)]=0;
    	printf( "%s ",d);
    	getchar();
    	return   0;
    }

下面自行实现这个函数

程序清单 1 V0.1版程序

void MyMemMove(char *dst,char *src,int count) 
    { 
    	while(count--) 
    		*dst++ = *src++; 
    }

程序清单 2 测试V0.1用例

void Test() 
    { 
    	char p1[256] = ”hello,world!”; 
    	char p2[256] = {0}; 
    	MyMemMove(p2,p1,strlen(p1)); 
    	printf(“%s”,p2); 
    }

客观地讲，相比那些交白卷或者函数声明都不会写的同学来说，能够写出这段代码的同学已经非常不错了，至少在C语言这门课程上已经达到了现行高校的教育目标，但是离企业的用人要求还有一定的距离。我们不妨将上面的程序称为V0.1版本，看看还有没有什么地方可以改进。   
   首先我们看看函数声明是否合理，V0.1版的程序将源地址和目的地址都用char \*来表示，这样当然也没有什么问题，但是让其他人使用起来却很不方便，假如现在要将count个连续的结构体对象移动到另外一个地方去，如果要使用v0.1的程序的话，正确的写法如下：   
    MyMemMove((char \*)dst,(char \*)src,sizeof(TheStruct)\*count);   
也就是说我们需要将结构体指针强制转换成char \* 才能够正常工作，这样除了字符串以外其它的类型都不可避免地要进行指针强制转换，否则编译器就会呱呱叫，比如在VC++2008下就会出现这样的错误：   
error C2664: 'MyMemMove' : cannot convert parameter 1 from 'TheStruct \*'to 'char \*' ;那么如何解决这个问题呢？其实很简单，我们知道有一种特别的指针，任何类型的指针都可以对它赋值，那就是void \*，所以应该将源地址和目的地址都用void\*来表示。当然函数体的内容也要作相应的改变，这样我们就得到了V0.2版的程序。   
程序清单 3 V0.2版程序

void MyMemMove(void *dst,void *src,int count) 
    { 
    	while (count--) 
    	{ 
    		*(char *)dst = *(char *)src; 
    		dst = (char *)dst + 1; 
    		src = (char *)src + 1; 
    	} 
    }

有的同学可能会问，这里面不是还有指针强制转换吗？只不过是换了地方。没错，强制指针转换确实是从使用者的代码转移到了库的代码里，但我们可以将 MyMemMove理解为库，而将Test理解为使用者，事实上通过调整之后的效果却有天壤之别，V0.1是一逸永劳，而V0.2是一劳永逸！   
     还有几个细节需要注意，为了实现链式表达式，我们应该将返回值也改为void \*。此外，如果我们不小心将“\*(char \*)dst = \*(char \*)src;”写反了，写成“\*(char \*)src =\*(char \*)dst;”编译照样通过，而为了找出这个错误又得花费不少时间。注意到src所指向的内容在这个函数内不应该被改变，所有对src所指的内容赋值都应该被禁止，所以这个参数应该用const修饰，如果有类似的错误在编译时就能够被发现：   
error C3892: 'src' : you cannot assign to a variable that is const ;作为程序员犯错误在所难免，但是我们可以利用相对难犯错误的机器，也就是编译器来降低犯错误的概率，这样我们就得到了V0.3版的程序。   
程序清单 4 V0.3版程序

void * MyMemMove(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;
    }

现在再来考虑这样一种情况，有使用者这样调用库：MyMemMove(NULL,src, count)，这是完全可能的，因为一般来说这些地址都是程序计算出来的，那就难免会算错，出现零地址或者其它的非法地址也不足为奇。可以预料的是，如果出现这种情况的话，则程序马上就会down掉，更糟糕的是你不知道错误出在哪里，于是不得不投入大量的精力在浩瀚的代码中寻找bug。解决这类问题的通用办法是对输入参数作合法性检查，也就是V0.4版程序。   
程序清单 5 V0.4版程序

void * MyMemMove(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。V0.4版的代码首先对参数进行合法性检查，如果不合法就直接返回，这样虽然程序dwon掉的可能性降低了，但是性能却大打折扣了，因为每次调用都会进行一次判断，特别是频繁的调用和性能要求比较高的场合，它在性能上的损失就不可小觑。如果通过长期的严格测试，能够保证使用者不会使用零地址作为参数调用MyMemMove函数，则希望有简单的方法关掉参数合法性检查。我们知道宏就有这种开关的作用，所以V0.5版程序也就出来了。

程序清单 6 V0.5版程序

void * MyMemMove(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“\#defineDEBUG”语句，增强程序的健壮性，那么在调试通过后我们再改为“\#undef DEBUG”语句，提高程序的性能。事实上在标准库里已经存在类似功能的宏：assert，而且更加好用，它还可以在定义DEBUG时指出代码在那一行检查失败，而在没有定义DEBUG时完全可以把它当作不存在。assert(\_Expression)的使用非常简单，当\_Expression为0时，调试器就可以出现一个调试错误，有了这个好东西代码就容易多了。   
程序清单 7 V0.6版程序

void * MyMemMove(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; 
    }

到目前为止，在语言层面上，我们的程序基本上没有什么问题了，那么是否真的就没有问题了呢？这就要求程序员从逻辑上考虑了，这也是优秀程序员必须具备的素质，那就是思维的严谨性，否则程序就会有非常隐藏的bug，就这个例子来说，如果用户用下面的代码来调用你的程序。   
程序清单 8 重叠的内存测试

void Test() 
    { 
    	char p [256]= "hello,world!"; 
    	MyMemMove(p+1,p,strlen(p)+1); 
    	printf("%s\n",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：   
MyMemMove( 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，所以V0.7顺利成章地出来了。   
程序清单 9 V0.7版程序

void * MyMemMove(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); 
    }

经过以上7个版本的修改，我们的程序终于可以算是“工业级”了。回头再来看看前面的测试用例，就会发现那根本就算不上是测试用例，因为它只调用了最正常的一种情况，根本达不到测试的目的。有了上面的经历，测试用例也就相应地出现了，我们不妨用字符数组来模拟内存。   
程序清单 10 相对全面的测试用例

void Test() 
    { 
    	char p1[256] = "hello,world!"; 
    	char p2[256] = {0}; 
    	MyMemMove(p2,p1,strlen(p1)+1); 
    	printf("%s\n",p2); 
    	MyMemMove(NULL,p1,strlen(p1)+1); 
    	MyMemMove(p2,NULL,strlen(p1)+1); 
    	MyMemMove(p1+1,p1,strlen(p1)+1); 
    	printf("%s\n",p1); 
    	MyMemMove(p1,p1+1,strlen(p1)+1); 
    	printf("%s\n",p1); 
    }

void * memcpy ( void * dst,const void * src,size_t count)
    {
    	void * ret = dst;
    	while (count--) {
    		*(char *)dst = *(char *)src;
    		dst = (char *)dst + 1;
    		src = (char *)src + 1;
    	}
    	return(ret);
    }
    char *strcpy(char *des, const char *src){
    	assert((des != NULL) && (src != NULL));
    	char *ret = des; // 防止改变des的地址
    	while ((*des++ = *src++) !='\0') ;
    	return ret;
    }