memmove 是不是移动元素（与 for 循环相同），还是一次抓取整个内存块？

Posted 2023-02-22

【中文标题】memmove 是不是移动元素（与 for 循环相同），还是一次抓取整个内存块？

【英文标题】：Does memmove shift elements (the same way a for-loop does), or does it grab an entire block of memory at once?memmove 是否移动元素（与 for 循环相同），还是一次抓取整个内存块？

【发布时间】：2014-02-08 02:45:42

【问题描述】：

在我的算法课中，我们必须上交用于删除整数列表重复项的算法，并尽可能降低复杂度。在我的算法中，当我看到一个重复的整数时，我将该整数之后的每个元素向下移动一个索引，以便使用 for 循环删除重复的元素；像这样：

for(int i=dup_index; i<arr_size-1; i++)

  arr[i] = arr[i+1];

我的算法使用 memmove 会更有效吗？此外，如果设计算法是我的工作，并且假设 memmove 降低了我的算法的复杂性，那么使用 memmove 是否会被视为“作弊”？

【问题讨论】：

无论哪种方式都将是线性复杂度。 memmove 可能更快，但话又说回来，它可能不会。在大多数典型计算机上，内存带宽将是主要瓶颈，因此最简单的代码和最精心优化的代码之间的差异很少超过 15% 到可能 20%。

在 C++ 中使用 'std::move' 而不是 'memmove'，但这两种方法都不是解决这个问题的最佳选择。

您应该关注的算法是最小化项目移动的次数完全。想象一下，您所呈现的数据集的所有其他元素（或更糟糕的是，每个元素）都是 same 值。首先移动不应该出现在输出中的元素并将其最小化是本练习的重点。 （以及相当数量的指针行走）。

说 memmove 降低了复杂性是骗人的，即使它在实践中会更快。您经常使用比 C 更受限制的理论计算机来计算复杂度。

我考虑使用 not 作弊。如果您想看到真正的“作弊”，只需将所有元素放入std::set。结果集就是您的答案。

【参考方案1】：

我不知道作弊，但memmove 基本上做了你的循环所做的事情，只是效率更高。

此外，它是最基本的实用功能之一，所以我不明白你为什么不应该使用它。

至于复杂度，算法的顺序不会改变，只是会更快。 memmove 是在汇编中实现的，并试图充分利用对齐来逐字复制而不是逐字节复制。

编辑：

好吧，在某些情况下，手动复制的指令可能比对 memmove 的调用短一些指令，但是如果您开始在内存中移动数据，那么您所做的操作本身就成本高昂，因此需要优化从大局来看，几个 CPU 周期的差距不会产生任何影响。

如果您的设计涉及性能关键数据的就地移动，您最好更改底层数据结构以完全避免复制（列表、树、哈希表等）。

【参考方案2】：

您的程序使用 memmove 可能会运行得更快，就挂钟时间而言，但您的 for 循环基本上可以实现相同的效果。算法复杂度不会改变。

【讨论】：

否则它可能会运行得更慢。除了测试编译器、编译器优化设置和硬件的特定组合之外，没有简单的方法可以判断。

【参考方案3】：

从功能上讲，memmove 与您的循环完全一样。但是，编译器和/或 C 运行时可以使用更高效的机器代码来实现 memmove。一些架构具有专门的指令，这些指令将完全在单个指令中执行此类操作。它也可以被编译器内联。

它不会改变算法的复杂性，它只是让它更快地完成。

至于在你的作业中是否会被视为作弊 - 这当然是你的教授的问题？这里没有人能告诉你。

【讨论】：

“但是，编译器和/或 C 运行时可以使用更高效的机器代码来实现 memmove。” 或者它可以使用效率低得多的机器代码来实现它。例如，在某些平台上，使用整数这一事实可以使移动操作更快（因为它们满足某些对齐要求，任意指针可能不会）但是如果您只是将void * 传递给memmove，则该信息会丢失。

@DavidSchwartz 通常memmove 原语会检查指针对齐，并尽最大努力使用机器字作为缓冲区来最小化实际的 RAM 读/写访问。只有第一个前导/尾随字节将被非字访问复制。寄存器字节移位将用于补偿 src/dst 未对齐。

@kuroineko 是的，但这意味着如果您没有通过强制将指针转换为void * 来隐藏指针的类型，则不需要这些额外检查。编译器拥有的信息越多，它的优化效果就越好。使用memmove 而不是简单的复制循环会向编译器隐藏信息，至少在某些现实世界的实现中是这样。

@DavidSchwartz 我在 90 年代中期玩过很多自定义复制例程，我的结论是，在这个游戏中，你往往会产生效率低下的代码来试图击败编译器。对于给定的编译器和优化级别，您可能获得微不足道的收益，但所需的代码混淆通常不值得付出努力。如果你调用memmove 百万次来晃动一些字节，那么就是设计有问题，恕我直言。

@kuroineko 我同意。我只是说调用memmove 会比复制循环更好的幼稚假设是无稽之谈。实际上，现代编译器确实可以通过简单的复制循环看到正确的内容，并毫无问题地对其进行优化。如果您调用memmove，即使您转换为void * 会隐藏它，您也需要编译器来理解对齐方式，否则几乎可以保证您的代码效率低下。

【参考方案4】：

如果有多个重复项，您可以使用辅助存储非重复项：-

int aux[arr_size],cnt=0;

for(int i=0;i<arr_size;i++) 

   if(arr[i]!=dup) 

         aux[cnt++] = arr[i];
   

如果您需要就地：-

int i = dup_index;
int j = dup_index+1;
int dup = arr[i];

while(j<arr_size) 

  if(arr[j]!=dup) 

      arr[i++] = arr[j];

  

  j++;

【参考方案5】：

库函数（如memmove(3)）经过精心优化。如果你看看你最喜欢的编译器如何将它写成各种长度的汇编语言（以常量的形式给出），你可能会大吃一惊。

也就是说，将 $n$ 个字节从一个地方复制到另一个地方将花费时间 $\Theta(n)$，除非您知道一些有助于避免部分混洗数据的东西，而不仅仅是将其减少一个固定的分数。