最开始考虑strcpy的性能的时候,只考虑了要4bytes一起拷贝。但是忽略了一个关键问题,就是如何判断字符串的结束。由于字符串可以从4bytes中任意一个byte结束,所以需要判断是否有任何一个byte为0。


如果对一个4bytes拆分成4个byte分别判断,那4bytes一起拷贝节省下拉性能立刻浪费掉了。今天看到Newer2k的回复,才重新开始考虑这个问题。


拿到C++的strcpy函数一看,源代码如下:


mov     edi,[esp+8]         ; edi points to dest string


 


copy_start::

       mov     ecx,[esp+0ch]       ; ecx -> sorc string

       test    ecx,3               ; test if string is aligned on 32 bits

       je      short main_loop_entrance


src_misaligned:                     ; simple byte loop until string is aligned

       mov     dl,byte ptr [ecx]

       add     ecx,1

       test    dl,dl

       je      short byte_0

       mov     [edi],dl

       add     edi,1

       test    ecx,3

       jne     short src_misaligned

       jmp     short main_loop_entrance


main_loop:                          ; edx contains first dword of sorc string

       mov     [edi],edx           ; store one more dword

       add     edi,4               ; kick dest pointer

main_loop_entrance:

       mov     edx,7efefeffh

       mov     eax,dword ptr [ecx] ; read 4 bytes


       add     edx,eax                                  

       xor     eax,-1


       xor     eax,edx

       mov     edx,[ecx]           ; it's in cache now


       add     ecx,4               ; kick dest pointer

       test    eax,81010100h


       je      short main_loop

       ; found zero byte in the loop

; main_loop_end:

       test    dl,dl               ; is it byte 0

       je      short byte_0

       test    dh,dh               ; is it byte 1

       je      short byte_1

       test    edx,00ff0000h       ; is it byte 2

       je      short byte_2

       test    edx,0ff000000h      ; is it byte 3

       je      short byte_3

       jmp     short main_loop     ; taken if bits 24-30 are clear and bit

                                   ; 31 is set

byte_3:

       mov     [edi],edx

       mov     eax,[esp+8]         ; return in eax pointer to dest string

       pop     edi

       ret

byte_2:

       mov     [edi],dx

       mov     eax,[esp+8]         ; return in eax pointer to dest string

       mov     byte ptr [edi+2],0

       pop     edi

       ret

byte_1:

       mov     [edi],dx

       mov     eax,[esp+8]         ; return in eax pointer to dest string

       pop     edi

       ret

byte_0:

       mov     [edi],dl

       mov     eax,[esp+8]         ; return in eax pointer to dest string

       pop     edi

       ret


 


这里对一个DWORD (EAX)的判断方法是:


 


1. 对EAX+0x7efefeff

2. 对EAX取反

3. 把1和2的结果作XOR,然后跟0x81010100h作test运算


 


研究了好久,理解如下:


 


问题的关键点在于,当且仅当EAX四个byte都不为0的时候,运算结果会是下面的pattern:


0??? ???0 ???? ???0 ???? ???0 ???? ????


 


分别解释如下:


 


如果第一个byte为0, 考虑第二个byte的最后一个bit。不管这个bit是0还是1,计算公式是:

(x+0) XOR (!x) =x xor !x=0


如果第一个byte不为0,肯定产生进位,考虑第二个byte的最后一个bit。不管这个bit是0还是1,计算公式是:

(x+1)XOR(!x)=!x xor !x=1


 


这就是上面0??? ???0 ???? ???0 ???? ???0 ???? ????第二个byte的第一个bit是0的来历


 


同理,第二,三,四个byte中的的第一个bit的0也是在前面所有的byte都不为0的时候才会出现,否则就会出现至少一个1


 


最后再来看最一个byte的最高位。根据前面的分析,我们已经可以确保前面三个byte为0的pattern。所以我们只需要考虑前面三个byte都不是0,然后检测最后一个byte是否为0的情况。这里分成三种情况来考虑最高一个bit的情况:


 


1) 最高byte为0

由于前面三个byte都不是0,所以相加后最高byte肯定拿到一个进位,所以最高byte的加法变成了跟7f相加。所以公式:

(0+0) XOR (!0) =1


 


2) 最高byte不为0,最高bit为0。这种情况下跟7f相加,相加结果最高bit肯定会变成1:

1 XOR (!0) =0


 


3) 最高byte不为0,最高bit为1。这种情况下跟7f相加,不管相加后最高为是0还是1,都有:

1 XOR (!1) =0

0 XOR (!1) =0


 


所以,如果EAX最高byte为0,结果的最高bit为1. 如果EAX最高byte不为0,结果最高的bit为0


 


综上,如果所有四个byte都不为0,最后得到的pattern是:


0??? ???0 ???? ???0 ???? ???0 ???? ????


 


于是我们可以拿结果跟0x81010100 作TEST运算,当且仅当四个byte都不为0的时候,ZR寄存器的值为0。


 


大家注意看,我上面的分析有一个错误!


 


1 XOR (!1) =0


 


错了,这里应该是1


 


换句话说,上面的代码无法区分最高一个byte最高bit为0,其他bit为1的情况。这是这种算法的一个死穴。当出现比如0x80112233这样的DWORD的时候,test    eax,81010100h 计算的结果跟0x00112233一样。当然最后的结果不会有问题,因为byte_3 -- byte_0里面会再次作判断。所以,如果用一连串的0x80112233作为字符串内容,strcpy的效率会大大下降


 


谢谢newer2k帮我找到我分析中的错误!