实际使用C99'restrict'关键字吗？

我浏览了一些文档和问题/答案，并看到其中提到的内容。我读了一个简短的说明，指出程序员基本上会保证不会使用指针指向其他地方。

谁能提供一些实际的案例，值得使用它吗？

restrict说指针是唯一访问基础对象的东西。它消除了指针混叠的可能性，从而使编译器可以进行更好的优化。

例如，假设我有一台带有专门指令的机器，可以将内存中的数字向量相乘，并且我有以下代码：

void MultiplyArrays(int* dest, int* src1, int* src2, int n)
{
    for(int i = 0; i < n; i++)
    {
        dest[i] = src1[i]*src2[i];
    }
}

编译器需要正确处理if dest，src1和和是否src2重叠，这意味着它必须从头到尾一次执行一次乘法。通过使用restrict，编译器可以使用矢量指令自由地优化此代码。

Wikipedia上有一个条目restrict，这里还有另一个示例。

的维基百科例子是非常照明。

它清楚地显示了如何保存一条汇编指令。

没有限制：

void f(int *a, int *b, int *x) {
  *a += *x;
  *b += *x;
}

伪汇编：

load R1 ← *x    ; Load the value of x pointer
load R2 ← *a    ; Load the value of a pointer
add R2 += R1    ; Perform Addition
set R2 → *a     ; Update the value of a pointer
; Similarly for b, note that x is loaded twice,
; because a may be equal to x.
load R1 ← *x
load R2 ← *b
add R2 += R1
set R2 → *b

有限制：

void fr(int *restrict a, int *restrict b, int *restrict x);

伪汇编：

load R1 ← *x
load R2 ← *a
add R2 += R1
set R2 → *a
; Note that x is not reloaded,
; because the compiler knows it is unchanged
; load R1 ← *x
load R2 ← *b
add R2 += R1
set R2 → *b

海湾合作委员会真的做到了吗？

GCC 4.8 Linux x86-64：

gcc -g -std=c99 -O0 -c main.c
objdump -S main.o

与-O0，它们是相同的。

与-O3：

void f(int *a, int *b, int *x) {
    *a += *x;
   0:   8b 02                   mov    (%rdx),%eax
   2:   01 07                   add    %eax,(%rdi)
    *b += *x;
   4:   8b 02                   mov    (%rdx),%eax
   6:   01 06                   add    %eax,(%rsi)  

void fr(int *restrict a, int *restrict b, int *restrict x) {
    *a += *x;
  10:   8b 02                   mov    (%rdx),%eax
  12:   01 07                   add    %eax,(%rdi)
    *b += *x;
  14:   01 06                   add    %eax,(%rsi) 

对于未启动的用户，调用约定为：

• rdi =第一个参数
• rsi =第二个参数
• rdx =第三个参数

GCC的输出甚至比Wiki文章更清晰：4条指令对3条指令。

数组

到目前为止，我们节省了一条指令，但是如果指针代表要循环的数组（一种常见的用例），那么可以保存一堆指令，如supercat所述。

考虑例如：

void f(char *restrict p1, char *restrict p2) {
    for (int i = 0; i < 50; i++) {
        p1[i] = 4;
        p2[i] = 9;
    }
}

由于restrict，一个聪明的编译器（或人类）可以将其优化为：

memset(p1, 4, 50);
memset(p2, 9, 50);

这可能会更有效，因为它可以在像样的libc实现（例如glibc）上进行汇编优化：就性能而言，使用std :: memcpy（）或std :: copy（）更好吗？

海湾合作委员会真的做到了吗？

GCC 5.2.1.Linux x86-64 Ubuntu 15.10：

gcc -g -std=c99 -O0 -c main.c
objdump -dr main.o

用 -O0，两者相同。

与-O3：

• 有限制：

  3f0:   48 85 d2                test   %rdx,%rdx
  3f3:   74 33                   je     428 <fr+0x38>
  3f5:   55                      push   %rbp
  3f6:   53                      push   %rbx
  3f7:   48 89 f5                mov    %rsi,%rbp
  3fa:   be 04 00 00 00          mov    $0x4,%esi
  3ff:   48 89 d3                mov    %rdx,%rbx
  402:   48 83 ec 08             sub    $0x8,%rsp
  406:   e8 00 00 00 00          callq  40b <fr+0x1b>
                          407: R_X86_64_PC32      memset-0x4
  40b:   48 83 c4 08             add    $0x8,%rsp
  40f:   48 89 da                mov    %rbx,%rdx
  412:   48 89 ef                mov    %rbp,%rdi
  415:   5b                      pop    %rbx
  416:   5d                      pop    %rbp
  417:   be 09 00 00 00          mov    $0x9,%esi
  41c:   e9 00 00 00 00          jmpq   421 <fr+0x31>
                          41d: R_X86_64_PC32      memset-0x4
  421:   0f 1f 80 00 00 00 00    nopl   0x0(%rax)
  428:   f3 c3                   repz retq

  memset按预期的两个电话。

• 没有限制：没有stdlib调用，只有16个迭代宽的循环展开，我不想在这里重现:-)

我没有耐心对它们进行基准测试，但我相信限制版本会更快。

C99

为了完整起见，让我们看一下标准。

restrict说两个指针不能指向重叠的内存区域。最常见的用法是用于函数参数。

这限制了函数的调用方式，但允许进行更多的编译时优化。

如果呼叫者未遵循restrict合同，则为未定义的行为。

该C99 N1256草案 6.7.3 / 7 “类型的限定”说：

限制限定符（如寄存器存储类）的预期用途是促进优化，并且从构成符合程序的所有预处理翻译单元中删除限定符的所有实例不会改变其含义（即，可观察到的行为）。

6.7.3.1“极限的形式定义”给出了详细内容。

严格的别名规则

该restrict关键字仅影响兼容类型的指针（例如，两个int*），因为严格的别名规则规定，默认情况下，别名不兼容类型是未定义的行为，因此编译器可以假定它不会发生并进行优化。

请参阅：严格的别名规则是什么？

也可以看看

• C ++ 14尚无的类似物restrict，但GCC有__restrict__一个扩展：C ++中的strict关键字是什么意思？
• 有很多问题要问：根据血腥的细节，此代码是否为UB？
  • 通过示例了解限制限定符
  • 指针问题
  • 将受限指针分配给另一个指针并使用第二个指针修改值是否合法？
• 一个“何时使用”的问题：何时使用限制，何时不使用
• 相关的GCC __attribute__((malloc))，它说函数的返回值不带任何别名：GCC：__attribute __（（malloc））