significado - palabras reservadas que maneja c

¿Uso realista de la palabra clave C99 ''restringir''?

Question

Estaba revisando documentación y preguntas / respuestas y lo mencioné. Leí una breve descripción, indicando que sería básicamente una promesa del programador que el puntero no se utilizará para señalar en otro lugar.

¿Alguien puede ofrecer algunos casos realistas donde vale la pena realmente usar esto?

Answer 1

El ejemplo de Wikipedia es muy esclarecedor.

Muestra claramente cómo permite guardar una instrucción de ensamblaje .

Sin restricciones:

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

Pseudo ensamblado:

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 a may be equal to x.
load R1 ← *x
load R2 ← *b
add R2 += R1
set R2 → *b

Con restringir:

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

Pseudo ensamblado:

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
load R2 ← *b
add R2 += R1
set R2 → *b

¿GCC realmente lo hace?

GCC 4.8 Linux x86-64:

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

Con -O0 , son lo mismo.

Con -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)

Para los no iniciados, la convención de llamadas es:

• rdi = primer parámetro
• rsi = segundo parámetro
• rdx = tercer parámetro

La salida de GCC fue incluso más clara que el artículo de wiki: 4 instrucciones vs 3 instrucciones.

Arrays

Hasta ahora tenemos ahorros de instrucción individuales, pero si el puntero representa las matrices que se deben bifurcar, un caso de uso común, entonces se podrían guardar un montón de instrucciones, como lo menciona supercat .

Considera por ejemplo:

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

Debido a la restrict , un compilador inteligente (o humano) podría optimizar eso para:

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

que es potencialmente mucho más eficiente ya que puede ser ensamblado optimizado en una implementación de libc decente (como glibc): ¿Es mejor usar std :: memcpy () o std :: copy () en términos de rendimiento?

¿GCC realmente lo hace?

GCC 5.2.1.Linux x86-64 Ubuntu 15.10:

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

Con -O0 , ambos son iguales.

Con -O3 :

• con restringir:

  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

  Dos llamadas memset como se esperaba.

• sin restricciones: no llamadas stdlib, solo un despliegue de bucle de iteración de 16 iteraciones que no pretendo reproducir aquí :-)

No he tenido la paciencia para compararlos, pero creo que la versión restringida será más rápida.

C99

Miremos el estándar para el bien de la compleción.

restrict dice que dos punteros no pueden apuntar a regiones de memoria superpuestas. El uso más común es para argumentos de función.

Esto restringe cómo se puede invocar la función, pero permite más optimizaciones en tiempo de compilación.

Si la persona que llama no sigue el contrato de restrict , comportamiento indefinido.

El C99 N1256 borrador 6.7.3 / 7 "Calificadores de tipo" dice:

El uso previsto del calificador restrictivo (como la clase de almacenamiento de registro) es promover la optimización y eliminar todas las instancias del calificador de todas las unidades de traducción de preprocesamiento que componen un programa conforme no cambia su significado (es decir, el comportamiento observable).

y 6.7.3.1 "Definición formal de restringir" da los detalles sangrientos.

Estricta regla de aliasing

La palabra clave restrict solo afecta punteros de tipos compatibles (por ejemplo, dos int* ) porque las reglas de alias estrictas dicen que aliasing incompatible types es un comportamiento indefinido por defecto, por lo que los compiladores pueden asumir que no ocurre y optimizarlo.

Ver: ¿Cuál es la regla de aliasing estricta?

Ver también

• C ++ 14 todavía no tiene un análogo para restrict , pero GCC tiene __restrict__ como una extensión: ¿qué significa la palabra clave restrictiva en C ++?
• Muchas preguntas que preguntan: de acuerdo con los detalles sangrientos, ¿este código UB o no?
  • Entender restringir clasificador por ejemplos
  • Preguntas de puntero restringido
  • ¿Es legal asignar un puntero restringido a otro puntero y usar el segundo puntero para modificar el valor?
• Una pregunta "cuándo usar": cuándo usar restringir y cuándo no
• El GCC __attribute__((malloc)) , que dice que el valor de retorno de una función no tiene alias a nada: GCC: __attribute __ ((malloc))

Answer 2

restrict dice que el puntero es lo único que accede al objeto subyacente. Elimina el potencial de alias de punteros, lo que permite una mejor optimización por parte del compilador.

Por ejemplo, supongamos que tengo una máquina con instrucciones especializadas que pueden multiplicar vectores de números en la memoria, y tengo el siguiente código:

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

El compilador necesita manejar adecuadamente si se superponen dest, src1 y src2, lo que significa que debe hacer una multiplicación a la vez, de principio a fin. Al tener restrict , el compilador puede optimizar este código para usar las instrucciones vectoriales.

EDITAR: Wikipedia tiene una entrada en restrict , con otro ejemplo, here .