C `restrict` 关键字有什么作用以及它如何优化代码？

C 中的“Restrict”关键字是什么意思？

C 中的限制关键字（C 14 之前的语法仅在以下情况下有效） GCC 扩展）指定传递给函数的两个或多个指针不指向重叠内存

C99 标准

在 C99 中，restrict 旨在通过允许编译器假设指针不会互相别名来优化代码。通过启用循环展开和矢量化等优化，可以显着提高性能，如下例所示：

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

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

如果没有限制，则需要两条汇编指令来加载 'x' 的值'a' 和 'b'，但通过限制，'x' 的值仅加载一次。

GCC优化

GCC可以利用restrict来优化代码，如下面的汇编代码所示：

f:
    mov    (%rdx),%eax
    add    %eax,(%rdi)
    mov    (%rdx),%eax
    add    %eax,(%rsi)

fr:
    mov    (%rdx),%eax
    add    %eax,(%rdi)
    add    %eax,(%rsi)

在这个例子中，用restrict优化的'fr'函数少了一个汇编指令比未优化的“f” function.

数组

Restrict 在处理引用数组的指针参数时特别有用，允许编译器优化 memset 和 memcpy 等操作，从而可能提高性能。

数组示例

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;
     }
 }

通过限制，可以优化此代码以使用 memset 来提高效率。删除限制将禁用此优化，如果数组重叠，则会导致错误的行为。

严格别名规则

限制仅适用于兼容类型的指针，因为严格的别名规则。将不兼容的类型转换为有效类型将破坏限制契约，可能导致未定义的行为。

GCC 扩展

GCC 还允许限制与引用和成员函数，扩展了其优化能力的范围。

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