dietlibc中的strcpy算法浅析


我们将代码稍作修改，让一些宏定义变成函数更容易理解一些：
#include "stdafx.h"
#include <stdio.h>
/* fast strcpy -- Copyright (C) 2003 Thomas M. Ogrisegg <tom@hi-tek.fnord.at> */
//#include <string.h>
//#include "dietfeatures.h"
//#include "dietstring.h"
// ----following are dietstring.h content.
//#include <endian.h>
//# define MKW(x) (x|x<<8|x<<16|x<<24)
int MKW(int x)
{
	x = x | x<<8 | x << 16 | x << 24;
	return x;
}


//# define STRALIGN(x) (((unsigned long)x&3)?4-((unsigned long)x&3):0)
unsigned long STRALIGN(unsigned long xPtr)
{
	unsigned long xRet = (unsigned long)xPtr & 3;
	if (xRet)
		xRet = 4 - ((unsigned long) xPtr & 3);
	else
		xRet = 0;
	return xRet;
}


/* GFC(x)    - returns first character */
/* INCSTR(x) - moves to next character */
# define GFC(x) ((x)&0xff)
# define INCSTR(x) do { x >>= 8; } while (0)


//#define UNALIGNED(x,y) (((unsigned long)x & (sizeof (unsigned long)-1)) ^ ((unsigned long)y & (sizeof (unsigned long)-1)))
unsigned long MyUnaligned(unsigned long xPtr, unsigned long yPtr)
{
	unsigned long valN1 = sizeof (unsigned long)-1;
	unsigned long xVal = (unsigned long) xPtr & valN1;
	unsigned long yVal = (unsigned long) yPtr & valN1;
	unsigned long retVal = xVal ^ yVal;
	return retVal;
}
// ----above are dietstring.h content.


char *
strcpy2 (char *s1, const char *s2)
{
    char           *res = s1;
    int             tmp;
    unsigned long   l;


    if (MyUnaligned((unsigned long)s1, (unsigned long)s2)){
		while ((*s1++ = *s2++));
		return (res);
    }


    if ((tmp = STRALIGN((unsigned long)s1))){
		while (tmp-- && (*s1++ = *s2++));
		if (tmp != -1) return (res);
    }


    while (1) {
		unsigned long key1 = MKW(0x1ul);
		unsigned long key2 = MKW(0x80ul);


		l = *(const unsigned long *) s2;


		if (((l - key1) & ~l) & key2) {
			while ((*s1++ = GFC(l))) INCSTR(l);
			return (res);
		}


		*(unsigned long *) s1 = l;
		s2 += sizeof(unsigned long);
		s1 += sizeof(unsigned long);
	}
}


int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
	char* p = (char*)malloc(50* sizeof p);
	char* str = "aaaabbbbbcccccc";
	strcpy2(p, str);
	free(p);
	return 0;
}
 
为了不和标准库的strcpy名字冲突，我将其改为strcpy2.
如果你把上面的程序编译运行一下就会发现，快的原因在于strcpy2这个函数最后一部分while循环里面的这几行：
 *(unsigned long *) s1 = l;

s2 += sizeof(unsigned long);

s1 += sizeof(unsigned long);

对C语言指针了解的朋友都知道，第一行是把l这个unsigned long类型变量值赋值给s1为地址的一个unsigned long型指针指向的内容。
在我的i386cpu PC机上，第二第三行分别是将s2以及s1指针增加了4（而不是通常函数实现里面的++)。这也就实现了每次拷贝4个char（也就是一个unsigned long）而不是只拷贝一个char。
而strcpy2前面的函数就是确保这个拷贝可以正确执行。
我们先看MyUnaligned这个函数（在dietlibc中原为UNALIGNED宏）。
先取了一个值是sizeof(unsigned long) – 1,然后将源字符串指针以及目标字符串指针都与这个值做与操作（xPtr & valN1），最后两个结果做一个异或xor操作（xVal ^ yVal）。
其实说白了很简单，xPtr & valN1相当于一个取模操作，i386 cpu上valN1的值为3，也就是与的结果可能为0，1，2，3，当xPtr或者yPtr的值为4的倍数时候，与操作得到结果为0。两个与操作结果做一下异或，只有都为0或者都为1的时候，返回为0。也就是只要有一个指针没对齐，就老老实实的做一个个char的拷贝(*s1++ = *s2++)，然后从strcpy2返回。
这个算法就是为了保证xPtr以及yPtr指针都是在内存上是对齐的（aligned），如果没有对齐还要一次赋值4个char，那可能导致写入内存出错（参考这篇http://en.易做图.org/wiki/Data_structure_alignment）。
有的同学已经看出来了，如果源指针目标指针都没对齐，xor结果也是零，那不就错了么？
OK，不还有一段代码么，在STRALIGN里面，会对目标字符串指针地址取模，然后将余数返回，比如我们运行时人为地修改s1以及s2地址将其+1。debug运行如下图，得到p以及str地址，可以看到都是对齐在unsigned long边界上的（ p & 3 一定是0）。
 
我们在Autos窗口里直接修改地址，让其加一，如下图：
 
这样两个指针就都没有对齐了。继续运行：