正如其他人所说,它意味着与 C++14 无关,所以让我们考虑一下 __restrict__ GCC 扩展,它与 C99 restrict 的作用相同。
C99
restrict 表示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,但允许更多的编译优化。
如果调用者不遵循restrict 合约,可能会发生未定义的行为。
C99 N1256 draft 6.7.3/7“类型限定符”说:
restrict 限定符(如寄存器存储类)的预期用途是促进优化,并且从组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,可观察的行为)。
和 6.7.3.1 “限制的正式定义”给出了血淋淋的细节。
可能的优化
Wikipedia example非常很有启发性。
它清楚地展示了如何它允许保存一条汇编指令。
无限制:
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 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
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" is no longer needed.
load R2 ← *b
add R2 += R1
set R2 → *b
GCC 真的能做到吗?
g++4.8 Linux x86-64:
g++ -g -std=gnu++98 -O0 -c main.cpp
objdump -S main.o
-O0 是一样的。
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)
对于外行来说,calling convention 是:
-
rdi = 第一个参数
-
rsi = 第二个参数
-
rdx = 第三个参数
GCC 输出比 wiki 文章更清晰:4 条指令与 3 条指令。
数组
到目前为止,我们节省了单条指令,但如果指针表示要循环的数组,这是一个常见的用例,那么可以节省一堆指令,正如 supercat 和 michael 所提到的那样。
考虑例如:
void f(char *restrict p1, char *restrict p2, size_t size) {
for (size_t i = 0; i < size; i++) {
p1[i] = 4;
p2[i] = 9;
}
}
由于restrict,智能编译器(或人类)可以将其优化为:
memset(p1, 4, size);
memset(p2, 9, size);
这可能更高效,因为它可能在一个像样的 libc 实现(如 glibc)Is it better to use std::memcpy() or std::copy() in terms to performance? 上进行了汇编优化,可能使用 SIMD instructions。
如果没有限制,则无法进行此优化,例如考虑:
char p1[4];
char *p2 = &p1[1];
f(p1, p2, 3);
然后for版本制作:
p1 == {4, 4, 4, 9}
而memset 版本使:
p1 == {4, 9, 9, 9}
GCC 真的能做到吗?
GCC 5.2.1.Linux x86-64 Ubuntu 15.10:
gcc -g -std=c99 -O0 -c main.c
objdump -dr main.o
-O0 是一样的。
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
两个memset 按预期调用。
-
没有限制:没有 stdlib 调用,只有 16 次迭代宽 loop unrolling,我不打算在这里重现 :-)
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。
严格的别名规则
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,别名不兼容的类型默认情况下是未定义的行为,因此编译器可以假定它不会发生并优化掉。
见:What is the strict aliasing rule?
它是否适用于参考?
根据 GCC 文档,它是:https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-5.1.0/gcc/Restricted-Pointers.html,语法:
int &__restrict__ rref
甚至还有this 的成员函数版本:
void T::fn () __restrict__