再议C语言（10）restrict关键字的作用

Posted 2022-10-24 奇妙之二进制

restrict是c99标准引入的，它只可以用于限定和约束指针，并表明指针是访问一个数据对象的唯一且初始的方式。即它告诉编译器，所有修改该指针所指向内存中内容的操作都必须通过该指针来修改,而不能通过其它途径(其它变量或指针)来修改;这样做的好处是,能帮助编译器进行更好的优化代码,生成更有效率的汇编代码.

restrict的出现是为了解决指针的一部分缺陷（功能强大，限制方法较少，使用过于自由），例如：两个指针指向同一块内存或者指向的内存存在重叠，编译器无法获知这些情况，为了保证程序运行的正确性，编译结果可能会多次读取同一地址内存，如下：

int foo(int *a, int *b) 

    *a = 5;
    *b = 6;
    return *a + *b;

* 如果a和b指向同一块内存，运行结果是12，如果是不同内存，运行结果是11，
编译器为了保证运行结果的正确性，就需要每次都从内存中读取.

考虑下面的例子：

int ar[10];
int * restrict restar=(int *)malloc(10*sizeof(int));
int *par=ar;

这里说明restar是访问由malloc()分配的内存的唯一且初始的方式。par就不是了。
那么：

for(n=0;n<10;n++)

    par[n]+=5;
    restar[n]+=5;
    ar[n]*=2;
    par[n]+=3;
    restar[n]+=3;

因为restar是访问分配的内存的唯一且初始的方式，那么 编译器 可以将上述对restar的操作进行优化：
　　restar[n]+=8;
而par并不是访问数组 ar的唯一方式，因此并不能进行下面的优化：
　　par[n]+=8;
因为在par[n]+=3前，ar[n]*=2进行了改变。使用了 关键字 restrict，编译器就可以放心地进行优化了。

这个关键字据说来源于古老的FORTRAN。

C库中有两个函数可以从一个位置把字节复制到另一个位置。在C99标准下，它们的原型如下：

void * memcpy（void * restrict s1, const void * restrict s2, size_t n);
void * memove(void * s1, const void * s2, size_t n);

这两个函数均从s2指向的位置复制n字节数据到s1指向的位置，且均返回s1的值。两者之间的差别由关键字restrict造成，即memcpy()可以假定两个内存区域没有重叠。memmove()函数则不做这个假定，因此，复制过程类似于首先将所有字节复制到一个临时缓冲区，然后再复制到最终目的地。如果两个区域存在重叠时使用memcpy()会怎样？其行为是不可预知的，既可能正常工作，也可能失败。在不应该使用memcpy()时，编译器不会禁止使用memcpy()。因此，使用memcpy()时，您必须确保没有重叠区域。这是程序员的任务的一部分。

关键字restrict有两个读者。

• 一个是编译器，它告诉编译器可以自由地做一些有关优化的假定。
• 另一个读者是用户，他告诉用户仅使用满足restrict要求的参数。一般，编译器无法检查您是否遵循了这一限制，如果您蔑视它也就是在让自己冒险。