#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "dbg.h"

int normal_copy(char *from, char *to, int count)
{
    int i = 0;

    for(i = 0; i < count; i++) {
        to[i] = from[i];
    }

    return i;
}

int duffs_device(char *from, char *to, int count)
{
    {
        int n = (count + 7) / 8;

        switch(count % 8) {
            case 0: do { *to++ = *from++;
                        case 7: *to++ = *from++;
                        case 6: *to++ = *from++;
                        case 5: *to++ = *from++;
                        case 4: *to++ = *from++;
                        case 3: *to++ = *from++;
                        case 2: *to++ = *from++;
                        case 1: *to++ = *from++;
                    } while(--n > 0);
        }
    }

    return count;
}

int zeds_device(char *from, char *to, int count)
{
    {
        int n = (count + 7) / 8;

        switch(count % 8) {
            case 0:
            again: *to++ = *from++;

            case 7: *to++ = *from++;
            case 6: *to++ = *from++;
            case 5: *to++ = *from++;
            case 4: *to++ = *from++;
            case 3: *to++ = *from++;
            case 2: *to++ = *from++;
            case 1: *to++ = *from++;
                    if(--n > 0) goto again;
        }
    }

    return count;
}

int valid_copy(char *data, int count, char expects)
{
    int i = 0;
    for(i = 0; i < count; i++) {
        if(data[i] != expects) {
            log_err("[%d] %c != %c", i, data[i], expects);
            return 0;
        }
    }

    return 1;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    char from[1000] = {'a'};
    char to[1000] = {'c'};
    int rc = 0;

    // setup the from to have some stuff
    memset(from, 'x', 1000);
    // set it to a failure mode
    memset(to, 'y', 1000);
    check(valid_copy(to, 1000, 'y'), "Not initialized right.");

    // use normal copy to 
    rc = normal_copy(from, to, 1000);
    check(rc == 1000, "Normal copy failed: %d", rc);
    check(valid_copy(to, 1000, 'x'), "Normal copy failed.");

    // reset
    memset(to, 'y', 1000);

    // duffs version
    rc = duffs_device(from, to, 1000);
    check(rc == 1000, "Duff's device failed: %d", rc);
    check(valid_copy(to, 1000, 'x'), "Duff's device failed copy.");

    // reset
    memset(to, 'y', 1000);

    // my version
    rc = zeds_device(from, to, 1000);
    check(rc == 1000, "Zed's device failed: %d", rc);
    check(valid_copy(to, 1000, 'x'), "Zed's device failed copy.");

    return 0;
error:
    return 1;
}

這段代碼中我編寫了三個版本的復制函數：

normal_copy

使用普通的for循環(huán)來將字符從一個數組復制到另一個。

duffs_device

這個就是稱為“達夫設備”的腦筋急轉彎，以湯姆·達夫的名字命名。這段有趣的邪惡代碼應歸咎于他。

zeds_device

“達夫設備”的另一個版本，其中使用了goto來讓你發(fā)現一些線索，關于duffs_device中奇怪的do-while做了什么。

在往下學習之前仔細了解這三個函數，并試著自己解釋代碼都做了什么。

你會看到什么

這個程序沒有任何輸出，它只會執(zhí)行并退出。你應當在Valgrind下運行它并確保沒有任何錯誤。

解決謎題

首先需要了解的一件事，就是C對于它的一些語法是弱檢查的。這就是你可以將do-while的一部分放入switch語句的一部分的原因，并且在其它地方的另一部分還可以正常工作。如果你觀察帶有goto again的我的版本，它實際上更清晰地解釋了工作原理，但要確保你理解了這一部分是如何工作的。

第二件事是switch語句的默認貫穿機制可以讓你跳到指定的case，并且繼續(xù)運行知道switch結束。

最后的線索是count % 8以及頂端對n的計算。

現在，要理解這些函數的工作原理，需要完成下列事情：

將代碼抄寫在一張紙上。
當每個變量在switch之前初始化時，在紙的空白區(qū)域，把每個變量列在表中。
按照switch的邏輯模擬執(zhí)行代碼，之后再正確的case處跳出。
更新變量表，包括to、from和它們所指向的數組。
當你到達while或者我的goto時，檢查你的變量，之后按照邏輯返回do-while頂端，或者again標簽所在的地方。
繼續(xù)這一手動的執(zhí)行過程，更新變量，直到確定明白了代碼如何運作。

為什么寫成這樣？

當你弄明白它的實際工作原理時，最終的問題是：問什么要把代碼寫成這樣？這個小技巧的目的是手動編寫“循環(huán)展開”。大而長的循環(huán)會非常慢，所以提升速度的一個方法就是找到循環(huán)中某個固定的部分，之后在循環(huán)中復制代碼，序列化地展開。例如，如果你知道一個循環(huán)會執(zhí)行至少20次，你就可以將這20次的內容直接寫在源代碼中。

達夫設備通過將循環(huán)展開為8個迭代塊，來完成這件事情。這是個聰明的辦法，并且可以正常工作。但是目前一個好的編譯器也會為你完成這些。你不應該這樣做，除非少數情況下你證明了它的確可以提升速度。

附加題

不要再這樣寫代碼了。
查詢維基百科的“達夫設備”詞條，并且看看你能不能找到錯誤。將它與這里的版本對比，并且閱讀文章來試著理解，為什么維基百科上的代碼在你這里不能正常工作，但是對于湯姆·達夫可以。
創(chuàng)建一些宏，來自動完成任意長度的這種設備。例如，你想創(chuàng)建32個case語句，并且不想手動把它們都寫出來時，你會怎么辦？你可以編寫一次展開8個的宏嗎？
修改main函數，執(zhí)行一些速度檢測，來看看哪個實際上更快。
查詢memcpy、memmove和memset，并且也比較一下它們的速度。
不要再這樣寫代碼了！

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練習23：認識達夫設備

你會看到什么

解決謎題

為什么寫成這樣？

附加題

為什么寫成這樣？