C99 'restrict' anahtar kelimesinin gerçekçi kullanımı?

Bazı belgelere ve sorulara / cevaplara göz atıyordum ve bahsettiğini gördüm. Temel olarak programcıdan işaretçinin başka bir yere işaret etmek için kullanılmayacağına dair bir vaat olacağını belirten kısa bir açıklama okudum.

Herkes bunun gerçekten kullanmaya değer bazı gerçekçi durumlar sunabilir?

restrictaltta yatan nesneye erişen tek şey işaretçinin olduğunu söylüyor. Derleyici tarafından daha iyi optimizasyon sağlayarak işaretçi takma potansiyelini ortadan kaldırır.

Örneğin, bellekte sayıların vektörlerini çoğaltabilecek özel talimatlara sahip bir makinem olduğunu ve aşağıdaki kodu aldığımı varsayalım:

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

Derleyici ihtiyaçlarını doğru olmadığını işlemek için dest, src1ve src2baştan sona, teker teker çarpma yapmanız gerekir anlamına çakışma. Sahip olarak restrict, derleyici vektör talimatları kullanılarak bu kodu optimize etmek için serbesttir.

Wikipedia'nın buradarestrict başka bir örnekle bir girişi var .

Vikipedi örnek olduğunu çok aydınlatıcı.

Bir montaj talimatının nasıl kaydedileceğini açıkça gösterir .

Kısıtlama olmadan:

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

Sözde montaj:

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

Kısıtlama ile:

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

Sözde montaj:

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

GCC gerçekten yapıyor mu?

GCC 4.8 Linux x86-64:

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

İle -O0 , onlar aynı.

İle -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) 

Deneyimsiz olanlar için çağıran sözleşme şöyledir:

• rdi = ilk parametre
• rsi = ikinci parametre
• rdx = üçüncü parametre

GCC çıktısı wiki makalesinden bile daha netti: 4 talimatlar vs 3 talimatlar.

Diziler

Şimdiye kadar tek talimat tasarrufumuz var, ancak eğer işaretçi döngü yapılacak dizileri temsil ediyorsa, ortak bir kullanım durumu, o zaman supercat tarafından belirtildiği gibi bir grup talimat kaydedilebilir .

Örneğin şunu düşünün:

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

Çünkü restrictakıllı bir derleyici (veya insan) bunu aşağıdakileri optimize edebilir:

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

iyi bir libc uygulamasında (glibc gibi) derleme için optimize edilebileceğinden potansiyel olarak çok daha verimlidir: Performans açısından std :: memcpy () veya std :: copy () kullanmak daha mı iyidir?

GCC gerçekten yapıyor mu?

GCC 5.2.1. Linux x86-64 Ubuntu 15.10:

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

İle -O0 , ikisi de aynı.

İle -O3:

• kısıtlama ile:

  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

  memsetBeklendiği gibi iki çağrı.

• kısıtlama olmadan: hiçbir stdlib çağrıları, sadece burada çoğaltmak niyetinde değil 16 yineleme geniş bir döngü unrolling :-)

Ben onları karşılaştırmak için sabır yoktu, ama kısıtlama sürümü daha hızlı olacağına inanıyorum.

C99

Tamlık uğruna standarda bakalım.

restrictiki göstergenin çakışan bellek bölgelerine işaret edemediğini söylüyor. En yaygın kullanım işlevi işlev bağımsız değişkenleridir.

Bu, işlevin nasıl çağrılacağını kısıtlar, ancak daha fazla derleme zamanı optimizasyonu sağlar.

Arayan restrictsözleşmeyi takip etmezse , tanımsız davranış.

C99 N1256 taslak 6.7.3 / 7 "Tip eleme" diyor:

Kısıtlayıcı niteleyicinin amaçlanan kullanımı (yazmaç saklama sınıfı gibi) optimizasyonu teşvik etmek ve uygun bir program oluşturan tüm önişleme çeviri birimlerinden niteleyicinin tüm örneklerinin silinmesi anlamını değiştirmez (yani gözlemlenebilir davranış).

ve 6.7.3.1 "Kısıtlamanın resmi tanımı" kanlı detayları verir.

Katı takma adlandırma kuralı

restrictAnahtar kelime yalnızca uyumlu türleri işaretçileri (örneğin iki etkileyen int*sıkı örtüşme kuralları uyumsuz türleri aliasing varsayılan olarak tanımlanmamış davranış olduğu belirtildiği için) ve derleyiciler varsayabiliriz yüzden uzakta gerçekleşmesi ve optimize etmez.

Bkz . Katı takma adlandırma kuralı nedir?

Ayrıca bakınız

• C ++ 14 için henüz bir analog yok restrict, ancak GCC'nin __restrict__bir uzantısı var: C ++ 'daki restrict anahtar sözcüğü ne anlama geliyor?
• Sorulan birçok soru: kanlı ayrıntılara göre, bu kod UB mi, değil mi?
  • Kısıt niteleyiciyi örneklerle anlama
  • Kısıtlanmış işaretçi soruları
  • Başka bir işaretçiye sınırlı bir işaretçi atamak ve değeri değiştirmek için ikinci işaretçiyi kullanmak yasal mı?
• "Ne zaman kullanılır?" Sorusu: Ne zaman kısıtlama kullanılır ve ne zaman kullanılmaz
• __attribute__((malloc))Bir işlevin dönüş değerinin hiçbir şeyle örtüşmediğini söyleyen ilgili GCC : GCC: __attribute __ ((malloc))