C++面试八股文：如何实现一个strncpy函数？

jinchanchanwaji

某日二师兄参加XXX科技公司的C++工程师开发岗位第31面：

面试官：strcpy函数使用过吧？

二师兄：用过。

面试官：这个函数有什么作用？

二师兄：主要用做字符串复制，将于字符从一个位置复制到另一个位置。

面试官：strncpy函数也使用过吧，和strcpy有何不同？

二师兄：strncpy多了一个size_t的参数，用于避免缓冲区溢出。

面试官：能否实现一个strncpy函数？

二师兄：好的。

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void strncpy(char *dest, char *src, size_t n)
{
    for (size_t i = 0; i < n; i++)
    {
        *(dest + i) = *(src + i);
    }
}

面试官：额。。如果strlen(src) < n会发生什么？

二师兄：嗯。。那要做个判断。。

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void strncpy(char *dest, char *src, size_t n)
{
    size_t len = strlen(src) > n ? n : strlen(src);
    for (size_t i = 0; i < len; i++)
    {
        *(dest + i) = *(src + i);
    }
}

面试官：如果strlen(dest) < n呢？

二师兄：因为n是程序员传入进来的，且无法知晓dest的长度，所以这个n要程序员保证它的正确性。

面试官：有没有更简洁的写法？比如利用指针的自增？

二师兄：让我想想。。

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void strncpy(char *dest, char *src, size_t n)
{
    while(n-- && (*dest++ = *src++));
}

面试官：如果用户传入的src是字符串常量，会发生什么？

二师兄：额。。。让我想想。。明白了，要在src前加上const修饰符：

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void strncpy(char *dest, const char *src, size_t n)
{
    while(n-- && (*dest++ = *src++));
}

面试官：有一些操作需要strcpy嵌套strcpy，如果要实现这个功能，需要做哪些修改？

二师兄：你说的是strncpy(strncpy(...)...)这种操作吗？

面试官：是的。

二师兄：那么需要返回dest地址：

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char *strncpy(char *dest, const char *src, size_t n)
{
    char *ret = dest;
    while (n-- && (*dest++ = *src++));
    return ret;
}

面试官：如果src和dest的内存地址有重叠，会发生什么？

二师兄：这要分为两种情况，第一种情况：dest < src < dest+n：

二师兄：此时并不需要特殊的处理，拷贝完成后，整个字符串是这样的：

二师兄：虽然src被覆写了，但是dest的内容是正确的。

二师兄：第二种情况，src < dest <src+n;

二师兄：如果直接拷贝，结果会变成这样：

二师兄：此时dest的内容是错误的。所以我们需要对这种情况做特殊处理：

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char *strncpy(char *dest, const char *src, size_t n)
{
    char *ret = dest;
    size_t len = strlen(src) > n ? n :strlen(src);
    if(src < dest && dest < src + len)  //需要从尾部开始拷贝
    {
        const char* s = src + len - 1;
        char* d = dest + len - 1;
        while(len --) *d-- = *s--;
        return ret;
    }
    while (n-- && (*dest++ = *src++));
    return ret;
}

面试官：嗯。有没有什么办法对以上的代码做一些性能上的优化？

二师兄：可以使用SIMD（Single Instruction Multiple Data）指令对strncpy函数做一些优化。*dest++ = *src++每次只能复制一个字节的内容，而SIMD每次可以复制超过一个字节的内容，当数据量大的时候，效率会有明显的提升。

面试官：写过SIMD相关的代码吗？

二师兄：只是听说过，没有用过。

面试官：好的，今天就到这里，请回去等通知吧。

什么是SIMD？SIMD真的能够提升效率吗？
SIMD是一种常见的并行计算技术，一条指令可以同时处理多个数据，所以它可以减少指令的数量，从而提高处理速度。
在X86_64架构下，SIMD的指令集主要包括MMX、SSE、AVX。
下面代码演示如果使用SIMD技术加速大容量字符串的拷贝：

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#include <emmintrin.h>
void strncpy_simd(char *dest, const char *src, size_t n)
{
    size_t len = strlen(src) > n ? n : strlen(src);
    __m128i *d = (__m128i *)dest;
    const __m128i *s = (const __m128i *)src;
    while (len >= sizeof(__m128i))
    {
        _mm_storeu_si128(d++, _mm_loadu_si128(s++));
        len -= sizeof(__m128i);
    }
    char *dc = (char *)d;
    const char *sc = (const char *)s;

    while (len--)
    {
        *dc++ = *sc++;
    }
}

今天的面试到这里就结束了，感谢大家的耐心~