ใช้งานจริงของคำหลัก 'จำกัด ' C99?

ฉันกำลังอ่านเอกสารและคำถาม / คำตอบและเห็นมันกล่าวถึง ฉันอ่านคำอธิบายสั้น ๆ โดยระบุว่าโดยทั่วไปแล้วมันจะเป็นสัญญาจากโปรแกรมเมอร์ว่าจะไม่ใช้ตัวชี้ชี้ไปที่อื่น

มีใครบ้างที่สามารถเสนอกรณีที่เป็นจริงได้ซึ่งคุ้มค่ากับการใช้งานจริงหรือไม่?

restrictบอกว่าตัวชี้เป็นสิ่งเดียวที่เข้าถึงวัตถุต้นแบบ มันกำจัดโอกาสในการใช้นามแฝงของตัวชี้ทำให้สามารถปรับแต่งได้ดีขึ้นโดยคอมไพเลอร์

ตัวอย่างเช่นสมมติว่าฉันมีเครื่องที่มีคำแนะนำพิเศษที่สามารถคูณจำนวนเวกเตอร์ในหน่วยความจำและฉันมีรหัสต่อไปนี้:

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

คอมไพเลอร์ต้องจัดการอย่างถูกต้องหากdest, src1และsrc2ทับซ้อนกันซึ่งหมายความว่าจะต้องทำการคูณครั้งละหนึ่งครั้งตั้งแต่ต้นจนจบ โดยการมีrestrictคอมไพเลอร์มีอิสระที่จะเพิ่มประสิทธิภาพรหัสนี้โดยใช้คำแนะนำเวกเตอร์

วิกิพีเดียมีรายการบนrestrictมีอีกตัวอย่างหนึ่งที่นี่

วิกิพีเดียตัวอย่างเป็นมากส่องสว่าง

มันแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าจะช่วยให้การบันทึกการเรียนการสอนการประกอบหนึ่ง

โดยไม่ จำกัด :

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

ประกอบหลอก:

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

ด้วยข้อ จำกัด :

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

ประกอบหลอก:

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 ทำจริงหรือ

GCC 4.8 Linux x86-64:

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

ด้วย-O0พวกเขาเหมือนกัน

ด้วย-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) 

สำหรับการฝึกหัดการเรียกคือ:

• rdi = พารามิเตอร์แรก
• rsi = พารามิเตอร์ที่สอง
• rdx = พารามิเตอร์ที่สาม

ผลลัพธ์ของ GCC นั้นชัดเจนยิ่งกว่าบทความ wiki: 4 คำแนะนำกับ 3 คำแนะนำ

อาร์เรย์

จนถึงขณะนี้เรามีเงินออมคำสั่งเดียว แต่ถ้าชี้แทนอาร์เรย์ที่จะคล้องมากกว่ากรณีการใช้งานทั่วไปแล้วพวงของคำสั่งจะถูกบันทึกไว้เป็นที่กล่าวถึงโดยSuperCat

ลองพิจารณาตัวอย่าง:

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

เนื่องจากrestrictคอมไพเลอร์สมาร์ท (หรือมนุษย์) สามารถเพิ่มประสิทธิภาพให้กับ:

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

ซึ่งอาจมีประสิทธิภาพมากขึ้นเนื่องจากอาจมีการเพิ่มประสิทธิภาพการประกอบในการใช้งาน libc ที่เหมาะสม (เช่น glibc): มันจะดีกว่าถ้าใช้ std :: memcpy () หรือ std :: copy () ในแง่ของประสิทธิภาพ?

GCC ทำจริงหรือ

GCC 5.2.1.Linux x86-64 Ubuntu 15.10:

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

ด้วย-O0ทั้งคู่เหมือนกัน

ด้วย-O3:

• ด้วยข้อ จำกัด :

  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

  สองmemsetสายตามที่คาดไว้

• โดยไม่ จำกัด : ไม่มี STDLIB สายเพียง 16 ย้ำกว้างห่วงคลี่ซึ่งฉันไม่ได้ตั้งใจที่จะทำซ้ำที่นี่ :-)

ฉันไม่ได้มีความอดทนในการเปรียบเทียบพวกเขา แต่ฉันเชื่อว่าการ จำกัด เวอร์ชันจะเร็วขึ้น

C99

ลองดูที่มาตรฐานเพื่อความสมบูรณ์

restrictบอกว่าตัวชี้สองตัวไม่สามารถชี้ไปที่ส่วนของหน่วยความจำที่ทับซ้อนกันได้ การใช้งานทั่วไปส่วนใหญ่มีไว้สำหรับอาร์กิวเมนต์ของฟังก์ชัน

สิ่งนี้ จำกัด วิธีการเรียกใช้ฟังก์ชัน แต่อนุญาตให้มีการปรับเวลาแบบคอมไพล์ให้ดีขึ้น

หากผู้โทรไม่ปฏิบัติตามrestrictสัญญาให้ระบุพฤติกรรมที่ไม่ได้กำหนดไว้

C99 N1256 ร่าง 6.7.3 / 7 "ชนิดบ่น" พูดว่า:

การใช้งานที่ จำกัด ของ qualifier ที่ จำกัด (เช่นคลาสหน่วยเก็บข้อมูลรีจิสเตอร์) คือการโปรโมตการออปติไมซ์และการลบอินสแตนซ์ทั้งหมดของ qualifier จากหน่วยการแปลก่อนการประมวลผลทั้งหมดที่ประกอบด้วยโปรแกรมที่สอดคล้องกัน

6.7.3.1 "การจำกัดความหมายอย่างเป็นทางการ" ให้รายละเอียดเต็มไปด้วยเลือด

กฎนามแฝงที่เข้มงวด

restrictคำหลักที่จะมีผลต่อตัวชี้ประเภทที่เข้ากันได้ (เช่นสองint*) เพราะกฎระเบียบที่เข้มงวด aliasing บอกว่า aliasing ชนิดเข้ากันไม่ได้เป็นพฤติกรรมที่ไม่ได้กำหนดโดยค่าเริ่มต้นและเพื่อให้คอมไพเลอร์สามารถสันนิษฐานได้ว่ามันไม่ได้เกิดขึ้นและเพิ่มประสิทธิภาพออกไป

ดู: กฎนามแฝงที่เข้มงวดคืออะไร

ดูสิ่งนี้ด้วย

• C ++ 14 ยังไม่มีอะนาล็อกrestrictแต่ GCC มี__restrict__ส่วนขยาย: คำหลัก จำกัด หมายถึงอะไรใน C ++
• คำถามมากมายที่ถาม: ตามรายละเอียดเต็มไปด้วยเลือดรหัส UB นี้หรือไม่?
  • ทำความเข้าใจข้อ จำกัด ของตัวระบุโดยตัวอย่าง
  • คำถามของตัวชี้ที่ถูก จำกัด
  • การกำหนดตัวชี้ที่ถูก จำกัด ไปยังตัวชี้อื่นนั้นถูกต้องหรือไม่และใช้ตัวชี้ที่สองเพื่อแก้ไขค่า
• คำถาม "เมื่อใดจึงจะใช้": เมื่อใดควรใช้การ จำกัด และเมื่อใด
• GCC ที่เกี่ยวข้อง__attribute__((malloc))ซึ่งระบุว่าค่าส่งคืนของฟังก์ชันไม่ได้ใช้นามแฝงกับสิ่งใด: GCC: __attribute __ ((malloc))