strncpy拷贝问题而引发的一些讨论

背景：

对一块string对象进行拷贝到char数组的时候发现数据缺失了。

分析：

由于在拷贝的时候使用的是strncpy，而strncpy在复制的时候，在遇到’\0’时，先复制过去，然后的把dest剩下置为了0。所以，一旦源字符串中存在\0则会导致源数据被截断。为此我们可以采用memcpy进行拷贝操作（snprintf 拷贝的时候遇到\0 也会停止）。

各个拷贝函数的比较：

strncpy：

strncpy比strcpy稍微安全点，strncpy顶多拷贝n个字节，所以在dest不够的情况下，不会像strcpy出现拷贝越界。但也只是稍微安全点而已，如果src长度比n大，那么dest就不是以\0结尾的了，需要手动方式自行添加\0 结束符（而用strcpy函数复制时目的串后会自动补0）。所以通常要这么使用：

strncpy(buf, str, n); if (n > 0) {     buf[n - 1]= '\0'; }

给一串字符设置 \0的方式有两种，分别为string[n]=0或string[n]= \0。因为字符可以当做整型单独赋值，0表示ASCII编号的0；也可以当做字符赋值，字符赋值时特殊字符需用\来转义。字符’0’的ASCII编号为30，而字符’\0’的ASCII编号为0。

    char src[] = "abcdefg1234567890";      char dest[5];      int len = 0;      bzero(dest, sizeof(dest));      strncpy(dest, src, sizeof(dest));    // dest[4]=0;//注释与否的差异    std::cout<<dest<<std::endl;

注释前后运行结果如下，可知dest[4]=0 将该位置加入了\0结束符。

在高效方面strncpy也做得不好，它的大致实现这样的:

char *strncpy(char *dest, const char *src, size_t n){    size_t i;    for (i = 0; i < n && src[i] != '\0'; i++) {        dest[i] = src[i];    }    for ( ; i < n; i++) {        dest[i] = '\0';    }    return dest;}

当src长度比n小时，未使用的字符，它会帮你填充为0，但我们往往会开一个大的Buffer来接收数据，如此必然有大量的多余空间，这样不仅速度慢，而且还会导致实存的消耗上涨。总之，strncpy的即不怎么安全，也不怎么高效。

memcpy：

至于memcpy：void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t n);
memcpy不安全，它只是做简单的拷贝而已，不过它很高效，如果你能保证不会越界的话，就使用memcpy吧。其实memcpy的实现就是一个一个赋值，strcpy也是一个一个赋值，不过，memcpy做了点优化，64位机器下，它会64位64位地拷贝，即8个字节8个字节地拷贝，对于除8的余数，再做单独处理，而strcpy是一个字节一个字节地拷贝，所以当有大量字符串需要拷贝时，理论上memcpy会比strcpy快8倍。

snprintf：

int snprintf(char *str, size_t size, const char *format, cahr *source_str)
通过snprintf(dst_str, dst_size, “%s”, source_str); 可以将source_str拷贝到dst_str。snprintf的特点是安全，不管怎么着，它都能保证结果串str以\0结尾，哪怕dst_size不够大，它都能做好截断，同时在末尾添加上\0。

    char src[] = "abcdefg1234567890";      char dest[5];      int len = 0;      bzero(dest, sizeof(dest));      snprintf(dest, sizeof(dest), "%s", src);      std::cout<<dest<<std::endl;

运行结果是：

abcd

因为末尾的数据被自动用\0 来作为结束符。

在性能方面，当source_str远长于dst_size时，该函数却很低效的，其他情况下该函数即安全又高效。
当source_str远长于dst_size时，该函数低效，是因为该函数的返回值为source_str的长度(不包括\0)，那么它就必须将source_str全部过一遍，哪怕并不拷贝到dst_str中去。
注意，当source_str长度比dst_size小时，它不会把末尾的多余字符置零，所以它是很高效的，不会多做无用功。

测试对比：

test_memcpy.cpp：

#include <string.h>  int main(){      char src[] = "abcdefg1234567890";      char dest[2048];      int len = 0;      for(int i = 0; i < 20000000; ++i){          memset(dest, 0, sizeof(dest));          len = strlen(src);          len = sizeof(dest) - 1 > len? len: sizeof(dest) -1;          memcpy(dest, src, len);          dest[len] = '\0';      }      return 0;  }  

test_strncpy.cpp：

#include <string.h>  int main() {      char src[] = "abcdefg1234567890";      char dest[2048];      int len = 0;      for(int i = 0; i < 20000000; ++i) {          memset(dest, 0, sizeof(dest));          strncpy(dest, src, sizeof(dest));      }      return 0;  }  

test_snprintf.cpp：

#include <stdio.h>  #include <string.h>  int main() {      char src[] = "abcdefg1234567890";      char dest[2048];      int len = 0;      for(int i = 0; i < 20000000; ++i) {          memset(dest, 0, sizeof(dest));          snprintf(dest, sizeof(dest), "%s", src);      }      return 0;  }  

运行结果如下图所示：

从中可以看出，memcpy的速度是最快的，差不多是strncpy的2倍多，是snprintf的3倍。
采用O3优化情况下不同函数消耗时间对比如下图：

发现memcpy和strncpy的性能反而变差，只有snprintf性能提升了。这点需要再次探索。
将上述三个文件中的memset()改为用bzero()来实现数组的清零操作。结果如下：

发现对于memcpy和strncpy来说，并没有明显的变化，只是对snprintf的性能似乎是有所优化。但是随着循环次数的加大，我们是可以看出两者之间的性能差距的。
对于memcpy和strncpy来进行进一步的测试发现：memset 的性能优于bzero

strncpy的memset()和bzero()对比:

对应大数组来说，memset 的性能优于bzero

    char src[] = "abcdefg1234567890";      char dest[2048];      int len = 0;      for(int i = 0; i < 80000000; ++i) {          // bzero(dest, sizeof(dest));        memset(dest, 0, sizeof(dest));          strncpy(dest, src, sizeof(dest));      }  

同样对于小数组，也是如此：

    char src[] = "abcdefg1234567890";      char dest[20];//小数组    int len = 0;      for(int i = 0; i < 1000000000; ++i) {          // bzero(dest, sizeof(dest));        memset(dest, 0, sizeof(dest));          strncpy(dest, src, sizeof(dest));      }  

只是随着循环次数的增加，两者的差距在扩大，上图上面第一组数据，bzero和memset的差距是0.1s，而第二组数据中两者的差距变为0.7s。

memset:

    char src[] = "abcdefg1234567890";      char dest[2048];      int len = 0;      for(int i = 0; i < 100000000; ++i){          // bzero(dest, sizeof(dest));        memset(dest, 0, sizeof(dest));          len = strlen(src);          len = sizeof(dest) - 1 > len? len: sizeof(dest) -1;          memcpy(dest, src, len);          dest[len] = '\0';      }  

对于snprintf：

bzero方案运行两次，memset的编译结果也运行两次，结果分别如下，可以看出，memset性能确实由于bzero的。

对于大数组和小数组，都是memset的性能更加优越。
综上结果，可以得出memset在置0的时候性能由于bzero。
备注：g++ test_snprintf.cpp -o test_snprintf 编译的时候并没有采用另外参数进行优化。

编译器对比和标准的选择：

同一段代码，选用不同的编译器编译后，执行效率如何呢？？
采用memcpy来进行测试：

从上述结果可以看出，c99这个标准对于参数-O3才会有显著的性能提升。而对于gnu99（gnu99 , 对应 C99 的 GNU 扩展)这个标准，-O3 并不会明显提升，反而是降低了其性能。-O3该选项除了执行-O2所有的优化选项之外，一般都是采取很多向量化算法，提高代码的并行执行程度，利用现代CPU中的流水线，Cache等。所以这里是存有疑惑的？
从标准的选择来对比，能够看出c99的编译结果的执行效率要高于gnu99。