【C/C++】面试官：手写一个memmove，要求性能尽可能高

回答策略

1. 首先，写出能正确处理重叠问题的版本。
2. 然后，提出块拷贝优化，并主动点出按块访问连续内存的前提——这块内存的首地址必须是按sizeof(uintptr_t)个字节对齐的。
3. 接着，讨论“对齐同步性”问题（即使用块拷贝优化前必须确保dst和src指针均已按sizeof(uintptr_t)个字节对齐）。并解释如果不满足这个条件，你能想到的最简单的做法是回退到逐字节拷贝。
4. 最后，可以提及真正的库函数会使用平台相关的汇编/SIMD指令来解决这个问题，这会展示你知识的深度。

参考代码

#include <iostream>
#include <cassert>

void* MemoryMove(void* dst, const void* src, size_t n) {
  if (!dst || !src) {
    assert(dst);
    assert(src);
    return nullptr;
  }

  // 正向拷贝
  if (dst <= src) {
    size_t head_bytes = (sizeof(uintptr_t) - (reinterpret_cast<uintptr_t>(dst) % sizeof(uintptr_t))) % sizeof(uintptr_t);
    n -= head_bytes;

    auto* slow_dst_ptr = reinterpret_cast<uint8_t*>(dst);
    auto* slow_src_ptr = reinterpret_cast<const uint8_t*>(src);
    while (head_bytes--) {
      *slow_dst_ptr = *slow_src_ptr;
      ++slow_dst_ptr, ++slow_src_ptr;
    }

    size_t fast_steps = n / sizeof(uintptr_t);
    if (reinterpret_cast<uintptr_t>(slow_src_ptr) % sizeof(uintptr_t) == 0 && fast_steps > 0) {
      n %= sizeof(uintptr_t);

      auto* fast_dst_ptr = reinterpret_cast<uintptr_t*>(slow_dst_ptr);
      auto* fast_src_ptr = reinterpret_cast<const uintptr_t*>(slow_src_ptr);
      assert((uintptr_t)fast_dst_ptr % sizeof(uintptr_t) == 0);
      assert((uintptr_t)fast_src_ptr % sizeof(uintptr_t) == 0);

      while (fast_steps--) {
        *fast_dst_ptr = *fast_src_ptr;
        ++fast_dst_ptr, ++fast_src_ptr;
      }

      slow_dst_ptr = reinterpret_cast<uint8_t*>(fast_dst_ptr);
      slow_src_ptr = reinterpret_cast<const uint8_t*>(fast_src_ptr);
    }

    while (n--) {
      *slow_dst_ptr = *slow_src_ptr;
      ++slow_dst_ptr, ++slow_src_ptr;
    }
  } 
  // 反向拷贝
  else {
    size_t tail_bytes = (reinterpret_cast<uintptr_t>(dst) + n) % sizeof(uintptr_t);

    auto* slow_dst_ptr = reinterpret_cast<uint8_t*>(dst) + n - 1;
    auto* slow_src_ptr = reinterpret_cast<const uint8_t*>(src) + n - 1;
    n -= tail_bytes;
    while (tail_bytes--) {
      *slow_dst_ptr = *slow_src_ptr;
      --slow_dst_ptr, --slow_src_ptr;
    }


    size_t fast_steps = n / sizeof(uintptr_t);
    if ((reinterpret_cast<uintptr_t>(slow_src_ptr) + 1) % sizeof(uintptr_t) == 0 && fast_steps > 0) {
      n %= sizeof(uintptr_t);

      auto* fast_dst_ptr = reinterpret_cast<uintptr_t*>(slow_dst_ptr - 7);
      auto* fast_src_ptr = reinterpret_cast<const uintptr_t*>(slow_src_ptr - 7);
      assert((uintptr_t)fast_dst_ptr % sizeof(uintptr_t) == 0);
      assert((uintptr_t)fast_src_ptr % sizeof(uintptr_t) == 0);

      while (fast_steps--) {
        *fast_dst_ptr = *fast_src_ptr;
        --fast_dst_ptr, --fast_src_ptr;
      }

      slow_dst_ptr = reinterpret_cast<uint8_t*>(fast_dst_ptr) + 7;
      slow_src_ptr = reinterpret_cast<const uint8_t*>(fast_src_ptr) + 7;
    }

    while (n--) {
      *slow_dst_ptr = *slow_src_ptr;
      --slow_dst_ptr, --slow_src_ptr;
    }
  }

  return dst;
}

void TestAnswer() {
  char buffer1[] = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";
  char buffer2[30] = { 0 };
  memmove(buffer2, buffer1, 15);
  std::cout << buffer2 << std::endl;

  memmove(buffer1 + 2, buffer1, 15);
  std::cout << buffer1 << std::endl;

  char buffer3[] = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";
  memmove(buffer3 + 5, buffer3 + 2, 15);
  std::cout << buffer3 << std::endl;

  char buffer4[] = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";
  memmove(buffer4 + 2, buffer4 + 5, 15);
  std::cout << buffer4 << std::endl;
}

void TestMyFunc() {
  char buffer1[] = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";
  char buffer2[30] = {0};
  MemoryMove(buffer2, buffer1, 15);
  std::cout << buffer2 << std::endl;

  MemoryMove(buffer1 + 2, buffer1, 15);
  std::cout << buffer1 << std::endl;

  char buffer3[] = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";
  MemoryMove(buffer3 + 5, buffer3 + 2, 15);
  std::cout << buffer3 << std::endl;

  char buffer4[] = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";
  MemoryMove(buffer4 + 2, buffer4 + 5, 15);
  std::cout << buffer4 << std::endl;
}

int main() {
  TestAnswer();
  std::cout << "---------------------" << std::endl;
  TestMyFunc();
}

面试官考察意图分析

第1层：基本功与严谨性

• 考察点：处理内存重叠。
• 面试官心理：“这个人懂不懂 memmove 和 memcpy 的核心区别？代码风格是否严谨？能不能考虑到 dst > src 且重叠这种最关键的边界情况？”
• 预期表现：候选人能够使用 if (dst < src) 来区分拷贝方向。这是“合格”的基准线。

第2层：性能优化意识

• 考察点：是否知道逐字节拷贝效率低，并尝试进行块拷贝。
• 面试官心理：“OK，他写对了。但题目要求是‘尽可能高性能’，他有没有计算机组成原理方面的知识背景？知不知道可以按CPU字长（也就是CPU通用寄存器的最大宽度）来拷贝？”
• 预期表现：候选人使用 uintptr_t* 类型的指针来进行8字节的块拷贝，这让候选人从“合格”提升到了“良好”。

第3层：底层知识深度

• 考察点：对内存对齐（Alignment）的理解。

• 面试官心理：“他想到了用 uintptr_t*，很好。但他知不知道这里面有个巨大的陷阱？他会不会直接 reinterpret_cast 然后就以为万事大吉了？这能区分出他是死记硬背还是真正理解了内存对齐的概念。”

• 预期表现：候选人在给出逐字节拷贝版本的代码实现后，能主动说出：“我这里的实现有一个简化，它假设了源和目的地址都是8字节对齐的。在实际情况中，如果地址不对齐，直接这样转换并访问，在某些CPU架构上会直接导致程序崩溃，在另一些架构（如x86）上也会因为CPU的额外处理而导致性能严重下降，违背了优化的初衷。”

  • 仅仅说出这段话，即使你的代码没有实现对齐处理，也足以让你在面试官心中达到“优秀”的水平。这证明了你的知识深度和对风险的预判能力。

第44层：知识广度与视野

• 考察点：是否了解现代计算机体系结构中真正的高性能方案。

• 面试官心理：“非常好，他连对齐的坑都知道了。那他知不知道在现实中，C/C++底层的标准库是怎么做到极致性能的？”

• 预期表现：在讨论完对齐问题后，候选人能进一步补充：“其实，要做到真正的极致性能，手写C++循环已经不是最佳方案了。现代编译器在开启优化后，很多时候能比手写的循环做得更好。而标准库（如Glibc）中的 memmove 实现，通常会利用CPU的SIMD（单指令多数据流）指令集，比如x86平台上的 SSE 或 AVX 指令，它们可以一次性操作128位（16字节）、256位（32字节）甚至512位的数据。这些实现是高度优化的、平台相关的，并且通常是用汇编或者编译器内置函数（Intrinsics）来编写的，这才是工业界的标准实现。”

  • 说出这段话，就展示了你的知识广度与技术视野。这会让面试官认为你不仅基础扎实，而且对教科书之外的拓展知识有所了解。即使说不出具体的指令名称，也是巨大的加分项。