Реальне використання ключового слова "обмежити" C99?

Я переглядав деяку документацію та питання / відповіді і бачив, як це згадується. Я прочитав короткий опис, заявивши, що в основному це буде обіцянка програміста, що вказівник не буде використовуватися для вказівки деінде.

Чи може хтось запропонувати реалістичні випадки, коли варто реально використовувати це?

restrictговорить, що вказівник - це єдине, що має доступ до основного об'єкта. Це виключає потенціал для псевдонімування вказівника, що забезпечує кращу оптимізацію компілятором.

Наприклад, припустимо, що у мене є машина зі спеціалізованими інструкціями, яка може множити вектори чисел у пам'яті, і у мене є такий код:

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

Потреби компілятор правильно звертатися , якщо dest, src1і src2перекриття, а це означає , що необхідно виконати одну множення в той час, від початку до кінця. Маючи restrictкомпілятор, вільний оптимізувати цей код за допомогою векторних інструкцій.

У Вікіпедії є запис про restrict, з іншого , наприклад, тут .

Приклад Вікіпедії є дуже освітлювальним.

Це чітко показує, як це дозволяє зберегти одну інструкцію зі збирання .

Без обмежень:

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

Псевдозбірка:

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 x may point to a (a aliased by x) thus 
; the value of x will change when the value of a
; changes.
load R1 ← *x
load R2 ← *b
add R2 += R1
set R2 → *b

З обмеженням:

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

Псевдозбірка:

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" is no longer needed.
load R2 ← *b
add R2 += R1
set R2 → *b

Чи справді це робить GCC?

GCC 4.8 Linux x86-64:

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

З -O0, вони однакові.

З -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) 

Для неусвідомлених закликає конвенція :

• rdi = перший параметр
• rsi = другий параметр
• rdx = третій параметр

Вихід з GCC був ще чіткішим, ніж стаття Вікі: 4 інструкції проти 3 інструкцій.

Масиви

Наразі ми маємо єдину економію інструкцій, але якщо вказівник представляє масиви, які підлягають циклічному перегляду, звичайний випадок використання, то купу інструкцій можна зберегти, як згадується supercat .

Розглянемо для прикладу:

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

Через те restrict, що смарт-компілятор (або людина) може оптимізувати це для:

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

що потенційно набагато ефективніше, оскільки це може бути оптимізована збірка на гідній реалізації libc (наприклад, glibc): чи краще використовувати std :: memcpy () або std :: copy () з точки зору продуктивності?

Чи справді це робить GCC?

GCC 5.2.1.Linux x86-64 Ubuntu 15.10:

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

З -O0, обидва однакові.

З -O3:

• з обмеженням:

  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

  Два memsetдзвінки, як очікувалося.

• без обмежень: жодних дзвінків stdlib, просто розгортання циклу з 16 ітерацій, який я не збираюся відтворювати тут :-)

У мене не було терпіння їх орієнтувати, але я вірю, що обмежена версія буде швидшою.

C99

Давайте розглянемо стандарт заради повноти.

restrictговорить, що два покажчики не можуть вказувати на перекриття областей пам'яті. Найбільш поширене використання для аргументів функції.

Це обмежує те, як можна викликати функцію, але дозволяє отримати більше оптимізацій часу компіляції.

Якщо абонент не дотримується restrictдоговору, не визначена поведінка.

У проекті 6.7.3 / 7 "Кваліфікатори типу" C99 N1256 написано:

Передбачуване використання обмежувального класифікатора (як клас зберігання реєстру) полягає у сприянні оптимізації, а видалення всіх екземплярів класифікатора з усіх попередньо оброблених перекладацьких одиниць, що складають відповідну програму, не змінює її значення (тобто, поведінка, що спостерігається).

та 6.7.3.1 "Формальне визначення обмеження" містить детальні відомості.

Суворе правило дозволу

restrictКлючове слово впливає тільки покажчики сумісних типів (наприклад , два int*) , оскільки суворі правила накладення спектрів кажуть , що згладжування несумісних типів не визначено поведінку за замовчуванням, і тому компілятори можуть припустити , що це не відбудеться і оптимізує геть.

Дивіться: Що таке суворе правило псевдоніму?

Дивитися також

• C ++ 14 ще не має аналога для restrict, але GCC має __restrict__як розширення: Що означає ключове слово з обмеженням у C ++?
• Багато питань, які задають: згідно з деталями горі, чи цей код є UB чи ні?
  • Розуміння обмежують класифікатора прикладами
  • Питання з обмеженим покажчиком
  • Чи законно призначати обмежений покажчик іншому вказівнику, а другий вказівник використовувати для зміни значення?
• Питання "коли використовувати": коли використовувати обмеження, а коли не використовувати
• Пов’язаний GCC __attribute__((malloc)), який говорить про те, що повернене значення функції нічим не перешкоджає : GCC: __attribute __ ((malloc))