C++面試八股文：如何實現一個strncpy函數？

某日二師兄參加XXX科技公司的C++工程師開發崗位第31面：

面試官：strcpy函數使用過吧？

二師兄：用過。

面試官：這個函數有什麼作用？

二師兄：主要用做字串複製，將於字元從一個位置複製到另一個位置。

面試官：strncpy函數也使用過吧，和strcpy有何不同？

二師兄：strncpy多了一個size_t的引數，用於避免緩衝區溢位。

面試官：能否實現一個strncpy函數？

二師兄：好的。

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

面試官：額。。如果strlen(src) < n會發生什麼？

二師兄：嗯。。那要做個判斷。。

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);
    }
}

面試官：如果strlen(dest) < n呢？

二師兄：因為n是程式設計師傳入進來的，且無法知曉dest的長度，所以這個n要程式設計師保證它的正確性。

面試官：有沒有更簡潔的寫法？比如利用指標的自增？

二師兄：讓我想想。。

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

面試官：如果使用者傳入的src是字串常數，會發生什麼？

二師兄：額。。。讓我想想。。明白了，要在src前加上const修飾符：

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

面試官：有一些操作需要strcpy巢狀strcpy，如果要實現這個功能，需要做哪些修改？

二師兄：你說的是strncpy(strncpy(...)...)這種操作嗎？

面試官：是的。

二師兄：那麼需要返回dest地址：

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

面試官：如果src和dest的記憶體地址有重疊，會發生什麼？

二師兄：這要分為兩種情況，第一種情況：dest < src < dest+n：

二師兄：此時並不需要特殊的處理，拷貝完成後，整個字串是這樣的：

二師兄：雖然src被覆寫了，但是dest的內容是正確的。

二師兄：第二種情況，src < dest <src+n;

二師兄：如果直接拷貝，結果會變成這樣：

二師兄：此時dest的內容是錯誤的。所以我們需要對這種情況做特殊處理：

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)  //需要從尾部開始拷貝
    {
        const char* s = src + len - 1;
        char* d = dest + len - 1;
        while(len --) *d-- = *s--;
        return ret;
    }
    while (n-- && (*dest++ = *src++));
    return ret;
}

面試官：嗯。有沒有什麼辦法對以上的程式碼做一些效能上的優化？

二師兄：可以使用SIMD（Single Instruction Multiple Data）指令對strncpy函數做一些優化。*dest++ = *src++每次只能複製一個位元組的內容，而SIMD每次可以複製超過一個位元組的內容，當資料量大的時候，效率會有明顯的提升。

面試官：寫過SIMD相關的程式碼嗎？

二師兄：只是聽說過，沒有用過。

面試官：好的，今天就到這裡，請回去等通知吧。

什麼是SIMD？SIMD真的能夠提升效率嗎？

SIMD是一種常見的平行計算技術，一條指令可以同時處理多個資料，所以它可以減少指令的數量，從而提高處理速度。

在X86_64架構下，SIMD的指令集主要包括MMX、SSE、AVX。

下面程式碼演示如果使用SIMD技術加速大容量字串的拷貝：

#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++;
    }
}

今天的面試到這裡就結束了，感謝大家的耐心~

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