Apa arti kata kunci pembatasan dalam C ++?

Saya selalu tidak yakin, apa arti kata kunci pembatasan dalam C ++?

Apakah ini berarti dua atau lebih pointer yang diberikan pada fungsi tidak tumpang tindih? Apa lagi artinya?

Dalam makalahnya, Memory Optimization , Christer Ericson mengatakan bahwa sementara restrictini belum menjadi bagian dari standar C ++, ia didukung oleh banyak kompiler dan ia merekomendasikan penggunaannya ketika tersedia:

batasi kata kunci

! Baru dengan standar ANSI / ISO C 1999

! Belum dalam standar C ++, tetapi didukung oleh banyak kompiler C ++

! Hanya sebuah petunjuk, jadi mungkin tidak melakukan apa-apa dan masih menyesuaikan diri

Pointer yang memenuhi syarat (atau referensi) ...

! ... pada dasarnya adalah janji kepada kompiler bahwa untuk lingkup pointer, target pointer hanya akan diakses melalui pointer itu (dan pointer disalin dari itu).

Dalam kompiler C ++ yang mendukungnya mungkin harus berperilaku sama seperti pada C.

Lihat posting SO ini untuk perincian: Penggunaan realistis kata kunci 'pembatasan' C99?

Butuh setengah jam untuk membaca kertas Ericson, itu menarik dan sepadan dengan waktu.

Edit

Saya juga menemukan bahwa kompiler AIX C / C ++__restrict__ IBM mendukung kata kunci .

g ++ juga sepertinya mendukung hal ini karena program berikut mengkompilasi dengan bersih di g ++:

#include <stdio.h>

int foo(int * __restrict__ a, int * __restrict__ b) {
    return *a + *b;
}

int main(void) {
    int a = 1, b = 1, c;

    c = foo(&a, &b);

    printf("c == %d\n", c);

    return 0;
}

Saya juga menemukan artikel yang bagus tentang penggunaan restrict:

Demistifying The Restrict Keyword

Edit2

Saya menemukan artikel yang secara khusus membahas penggunaan pembatasan dalam program C ++:

Muat-tekan-toko dan kata kunci __restrict

Selain itu, Microsoft Visual C ++ juga mendukung __restrictkata kunci .

Seperti yang dikatakan orang lain, jika tidak ada artinya pada C ++ 14 , jadi mari kita pertimbangkan __restrict__ekstensi GCC yang melakukan hal yang sama dengan C99 restrict.

C99

restrictmengatakan bahwa dua petunjuk tidak dapat menunjuk ke wilayah memori yang tumpang tindih. Penggunaan paling umum adalah untuk argumen fungsi.

Ini membatasi bagaimana fungsi dapat dipanggil, tetapi memungkinkan untuk lebih kompilasi optimasi.

Jika penelepon tidak mengikuti restrictkontrak, perilaku tidak terdefinisi.

The C99 N1256 rancangan 6.7.3 / 7 "Jenis kualifikasi" mengatakan:

Tujuan penggunaan pembatasan kualifikasi (seperti kelas penyimpanan register) adalah untuk mempromosikan optimasi, dan menghapus semua instance kualifikasi dari semua unit terjemahan preprocessing yang menyusun program yang sesuai tidak mengubah artinya (yaitu, perilaku yang dapat diamati).

dan 6.7.3.1 "Definisi formal pembatasan" memberikan detail yang mengerikan.

Kemungkinan pengoptimalan

The Wikipedia Contoh yang sangat mencerahkan.

Ini jelas menunjukkan bagaimana memungkinkan untuk menyimpan satu instruksi perakitan .

Tanpa batasan:

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

Perakitan semu:

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

Dengan batasan:

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

Perakitan semu:

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

Apakah GCC benar-benar melakukannya?

g++ 4.8 Linux x86-64:

g++ -g -std=gnu++98 -O0 -c main.cpp
objdump -S main.o

Dengan -O0, mereka sama.

Dengan -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) 

Untuk yang belum tahu, konvensi pemanggilan adalah:

• rdi = parameter pertama
• rsi = parameter kedua
• rdx = parameter ketiga

Output GCC bahkan lebih jelas daripada artikel wiki: 4 instruksi vs 3 instruksi.

Array

Sejauh ini kami memiliki penghematan instruksi tunggal, tetapi jika pointer mewakili array yang akan dilewati, kasus penggunaan umum, maka banyak instruksi dapat disimpan, seperti yang disebutkan oleh supercat dan michael .

Pertimbangkan misalnya:

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;
     }
 }

Karena itu restrict, kompiler pintar (atau manusia), dapat mengoptimalkannya untuk:

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

Yang berpotensi jauh lebih efisien karena dapat dioptimalkan perakitan pada implementasi libc yang layak (seperti glibc) Apakah lebih baik menggunakan std :: memcpy () atau std :: copy () dalam hal kinerja? , mungkin dengan instruksi SIMD .

Tanpa, batasi, optimasi ini tidak dapat dilakukan, misalnya pertimbangkan:

char p1[4];
char *p2 = &p1[1];
f(p1, p2, 3);

Kemudian forversi membuat:

p1 == {4, 4, 4, 9}

sedangkan memsetversi membuat:

p1 == {4, 9, 9, 9}

Apakah GCC benar-benar melakukannya?

GCC 5.2.1.Linux x86-64 Ubuntu 15.10:

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

Dengan -O0, keduanya sama.

Dengan -O3:

• dengan batasan:

  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

  Dua memsetpanggilan seperti yang diharapkan.

• tanpa batasan: tidak ada panggilan stdlib, hanya loop lebar iterasi 16 terbuka yang saya tidak ingin mereproduksi di sini :-)

Saya belum memiliki kesabaran untuk membandingkan mereka, tetapi saya percaya bahwa versi pembatasan akan lebih cepat.

Aturan aliasing yang ketat

Kata restrictkunci hanya memengaruhi pointer dari tipe yang kompatibel (misalnya dua int*) karena aturan aliasing yang ketat mengatakan bahwa aliasing tipe yang tidak kompatibel adalah perilaku yang tidak terdefinisi secara default, sehingga kompiler dapat menganggap itu tidak terjadi dan mengoptimalkannya.

Lihat: Apa aturan aliasing yang ketat?

Apakah ini berfungsi untuk referensi?

Menurut dokumen GCC, ia melakukannya: https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-5.1.0/gcc/Restricted-Pointers.html dengan sintaks:

int &__restrict__ rref

Bahkan ada versi untuk thisfungsi anggota:

void T::fn () __restrict__

Tidak ada. Itu ditambahkan ke standar C99.

Ini adalah proposal asli untuk menambahkan kata kunci ini. Seperti yang ditunjukkan secara langsung, ini adalah fitur C99 ; tidak ada hubungannya dengan C ++.

Tidak ada kata kunci seperti itu di C ++. Daftar kata kunci C ++ dapat ditemukan di bagian 2.11 / 1 dari standar bahasa C ++. restrictadalah kata kunci dalam versi C99 bahasa C dan bukan dalam C ++.

Karena file header dari beberapa pustaka C menggunakan kata kunci, bahasa C ++ harus melakukan sesuatu tentang itu .. minimal, mengabaikan kata kunci, jadi kami tidak perlu # mendefinisikan kata kunci ke makro kosong untuk menekan kata kunci .