简说GLIBC strncpy实现

四月 15, 2009

比较以下两组代码，你认为哪组运行的更快些呢？
Example1：
        int n   = 100;
        int n4 = n >> 2;
        int i   = 0;

int a[100];

        for (i = 0; i < n4 ;i += 4) {
                a[i] = i;
                a[i+1] = i+1;
                a[i+2] = i+2;
                a[i+3] = i+3;
        }

Example2：
       for (i = 0;i < 100;i++) {
             a[i] = i;
       }

其实这个问题在"代码大全2nd"中也有讨论，从"代码大全"中的统计结果来看，一般来说Example1更占有优势。我在solaris上做了测试，在未开优化的情况下：两者运行时间分别为2ms和6ms；在打开-O2优化后，两者均为1ms。这种通过减少循环次数的方法在GLIBC中也有体现，比如说strncpy的实现：

下面是strncpy的GLIBC源码：
char *
x_strncpy (s1, s2, n)
        char *s1;
        const char *s2;
        size_t n;
{
        reg_char c;
        char *s = s1;

–s1;

        if (n >= 4)
        {
                size_t n4 = n >> 2; /* n4 = n / 4， n4表示下面的循环执行的次数*/

                for (;;)
                {
                        c = *s2++;
                        *++s1 = c;
                        if (c == '')
                                break;
                        c = *s2++;
                        *++s1 = c;
                        if (c == '')
                                break;
                        c = *s2++;
                        *++s1 = c;
                        if (c == '')
                                break;
                        c = *s2++;
                        *++s1 = c;
                        if (c == '')
                                break;
                        if (–n4 == 0)
                                goto last_chars; /* 如果n = 10，s2 = "hello world"，则两轮循环后，还有"尾巴"没有copy完，在last_chars处继续处理 */
                }
                n = n – (s1 – s) – 1; /* 还没有copy完n个字节，s2就到达末尾了，跳到zero_fill处继续为s1补零 */
                if (n == 0)
       return s;
                goto zero_fill;
        }

last_chars:
        n &= 3;       /* n = n & 3 结果 n <= 3，n即为上面循环过后"尾巴字符"的数量 */
        if (n == 0)
                return s;
        do
        {
                c = *s2++;
                *++s1 = c;
                if (–n == 0)
                        return s;
        } while (c != '');

zero_fill:
        do
                *++s1 = '';
        while (–n > 0);

return s;
}

相比于strlen的实现，strncpy的实现更易理解。其字面上的逻辑就是每四个字节(n>>2)作为一组，每组逐个字节进行拷贝赋值，其内在目的则是减少循环次数，以获得性能的提升。要想知道为什么减少循环次数能提升性能的话，那就要深入到汇编层面去了，这里不再详述。另外还要一提的是GLIBC中的strncmp，strncat的实现也遵循着与上面同样的逻辑。