Realistyczne użycie słowa kluczowego „99 ”C99?

Przeglądałem dokumentację i pytania / odpowiedzi i widziałem o tym wspomniane. Przeczytałem krótki opis, stwierdzając, że programista byłby w zasadzie obietnicą, że wskaźnik nie zostanie użyty do wskazania w innym miejscu.

Czy ktoś może zaoferować realistyczne przypadki, w których warto z tego skorzystać?

restrictmówi, że wskaźnik jest jedyną rzeczą, która uzyskuje dostęp do obiektu leżącego pod spodem. Eliminuje to możliwość aliasingu wskaźnika, umożliwiając lepszą optymalizację przez kompilator.

Załóżmy na przykład, że mam maszynę ze specjalistycznymi instrukcjami, która może pomnożyć wektory wektorów liczb w pamięci, i mam następujący kod:

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

Potrzeby kompilatora prawidłowo obsługiwać razie dest, src1i src2nakładania, co oznacza, że musi wykonać jedną mnożenia na raz, od początku do końca. Poprzez restrictkompilator jest wolna, aby zoptymalizować ten kod za pomocą instrukcji wektorowych.

Wikipedia ma wpis na restrictinnym przykładzie tutaj .

Przykład Wikipedia jest bardzo pouczające.

Wyraźnie pokazuje, w jaki sposób można zapisać jedną instrukcję montażu .

Bez ograniczeń:

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

Pseudo-montaż:

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

Z ograniczeniem:

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

Pseudo-montaż:

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

Czy GCC naprawdę to robi?

GCC 4.8 Linux x86-64:

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

Z -O0są takie same.

Z -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) 

Dla niewtajemniczonych konwencja wywoływania to:

• rdi = pierwszy parametr
• rsi = drugi parametr
• rdx = trzeci parametr

Wynik GCC był jeszcze wyraźniejszy niż artykuł na wiki: 4 instrukcje vs 3 instrukcje.

Tablice

Do tej pory mamy oszczędności na pojedynczych instrukcjach, ale jeśli wskaźnik reprezentuje tablice, które mają być zapętlone, co jest częstym przypadkiem użycia, wówczas można zapisać kilka instrukcji, jak wspomniano w supercat .

Rozważ na przykład:

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

Z tego powodu restrictinteligentny kompilator (lub człowiek) może zoptymalizować to w celu:

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

który jest potencjalnie znacznie bardziej wydajny, ponieważ może być zoptymalizowany pod kątem montażu w przyzwoitej implementacji libc (jak glibc): czy lepiej jest używać std :: memcpy () lub std :: copy () pod względem wydajności?

Czy GCC naprawdę to robi?

GCC 5.2.1.Linux x86-64 Ubuntu 15.10:

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

Z -O0, oba są takie same.

Z -O3:

• z ograniczeniem:

  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

  Dwa memsetpołączenia zgodnie z oczekiwaniami.

• bez ograniczeń: brak wywołań stdlib, tylko rozwijanie pętli o szerokości 16 iteracji, których nie zamierzam tu odtwarzać :-)

Nie miałem cierpliwości, by je testować, ale wierzę, że wersja z ograniczeniami będzie szybsza.

C99

Spójrzmy na standard dla kompletności.

restrictmówi, że dwa wskaźniki nie mogą wskazywać na nakładające się obszary pamięci. Najczęstszym zastosowaniem są argumenty funkcji.

Ogranicza to sposób wywoływania funkcji, ale pozwala na więcej optymalizacji czasu kompilacji.

Jeśli dzwoniący nie przestrzega restrictumowy, niezdefiniowane zachowanie.

Projekt C99 N1256 6.7.3 / 7 „Kwalifikatory typu” mówi:

Zamierzonym zastosowaniem kwalifikatora ograniczającego (takiego jak klasa pamięci rejestru) jest promowanie optymalizacji, a usunięcie wszystkich instancji kwalifikatora ze wszystkich jednostek tłumaczenia wstępnego tworzących zgodny program nie zmienia jego znaczenia (tj. Obserwowalnego zachowania).

oraz 6.7.3.1 „Formalna definicja ograniczenia” podaje krwawe szczegóły.

Ścisła zasada aliasingu

Słowo restrictkluczowe wpływa tylko na wskaźniki kompatybilnych typów (np. Dwa int*), ponieważ surowe reguły aliasingu mówią, że aliasing niezgodnych typów jest domyślnie niezdefiniowanym zachowaniem, więc kompilatory mogą założyć, że tak się nie dzieje i zoptymalizować.

Zobacz: jaka jest ścisła zasada aliasingu?

Zobacz też

• C ++ 14 nie ma jeszcze analogu restrict, ale GCC ma __restrict__jako rozszerzenie: Co oznacza słowo kluczowe ograniczające w C ++?
• Wiele pytań, które zadają: czy według tego krwawy kod jest UB, czy nie?
  • Zrozumienie ograniczania kwalifikatora przez przykłady
  • Ograniczone pytania dotyczące wskaźnika
  • Czy legalne jest przypisanie ograniczonego wskaźnika do innego wskaźnika i użycie drugiego wskaźnika do zmodyfikowania wartości?
• Pytanie „kiedy używać”: kiedy używać ograniczenia, a kiedy nie
• Powiązany GCC __attribute__((malloc)), który mówi, że zwracana wartość funkcji nie jest aliasowana do niczego: GCC: __attribute __ ((malloc))