C99'restrict'关键字的实际使用情况?
我浏览了一些文档和问题/答案,并看到它提到。 我读了一个简短的描述,指出这基本上是程序员的一个承诺,即指针不会被用来指向别的地方。
任何人都可以提供一些实际情况,其实际价值在于使用它吗
restrict
指出指针是访问底层对象的唯一东西。 它消除了指针混叠的可能性,使编译器能够更好地进行优化。
例如,假设我有一台机器,它具有可以在内存中乘以数字向量的专用指令,并且具有以下代码:
void MultiplyArrays(int* dest, int* src1, int* src2, int n)
{
for(int i = 0; i < n; i++)
{
dest[i] = src1[i]*src2[i];
}
}
如果dest,src1和src2重叠,编译器需要正确处理,这意味着它必须从开始到结束一次执行一次乘法。 通过restrict
,编译器可以自由地优化此代码以使用向量指令。
编辑:维基百科有restrict
条目,另有一个例子,在这里。
维基百科的例子非常具有启发性。
它清楚地显示了它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;
}
伪装配:
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);
伪装配:
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
GCC真的做到了吗?
GCC 4.8 Linux x86-64:
gcc -g -std=c99 -O0 -c main.c
objdump -S main.o
用-O0
,他们是一样的。
用-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)
对于外行人来说,调用约定是:
rdi
=第一个参数 rsi
=第二个参数 rdx
=第三个参数 海湾合作委员会的输出比维基文章更清晰:4条指令与3条指令。
数组
到目前为止,我们只有一个指令节省,但如果指针表示数组需要循环使用,这是一个常见用例,那么可以保存一堆指令,正如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
,一个智能编译器(或人类)可以将其优化为:
memset(p1, 4, 50);
memset(p2, 9, 50);
这可能会更有效率,因为它可能会在一个体面的libc实现(如glibc)上进行程序集优化:在性能方面使用std :: memcpy()或std :: copy()会更好吗?
GCC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
,两者都是一样的。
用-O3
:
与限制:
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
按预期拨打两个memset
电话。
没有限制:没有stdlib调用,只是一个16迭代宽循环展开,我不打算在这里重现:-)
我没有耐心来衡量它们,但我相信限制版本会更快。
C99
为了完整起见,我们来看标准。
restrict
指出两个指针不能指向重叠的内存区域。 最常用的用法是函数参数。
这限制了函数如何被调用,但是允许更多的编译时优化。
如果调用者不遵守restrict
合同,则会导致未定义的行为。
C99 N1256草案6.7.3 / 7“类型限定符”说:
限定符限定符(如寄存器存储类)的使用目的是促进优化,并且从组成合格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(即可观察行为)。
和6.7.3.1“限制的正式定义”给出了血腥的细节。
严格的锯齿规则
restrict
关键字只影响兼容类型的指针(例如,两个int*
),因为严格的别名规则表明,缺省情况下别名不兼容类型是未定义的行为,所以编译器可以认为它不会发生并优化。
请参阅:什么是严格的别名规则?
也可以看看
restrict
的模拟,但是GCC将__restrict__
作为扩展:C ++中的restrict关键字意味着什么? __attribute__((malloc))
,它表示一个函数的返回值不是别名:GCC:__attribute __((malloc))