Que signifie le mot clé restrict en C ++?

J'étais toujours incertain, que signifie le mot clé restrict en C ++?

Cela signifie-t-il que les deux ou plusieurs pointeurs donnés à la fonction ne se chevauchent pas? Qu'est-ce que cela signifie d'autre?

Dans son article, Memory Optimization , Christer Ericson dit que bien que restrictne fasse pas encore partie de la norme C ++, il est pris en charge par de nombreux compilateurs et il recommande son utilisation lorsqu'elle est disponible:

restreindre le mot-clé

! Nouveau à la norme 1999 ANSI / ISO C

! Pas encore dans le standard C ++, mais pris en charge par de nombreux compilateurs C ++

! Un indice seulement, donc peut ne rien faire et être toujours conforme

Un pointeur (ou référence) qualifié de restriction ...

! ... est fondamentalement une promesse au compilateur que pour la portée du pointeur, la cible du pointeur ne sera accessible que par ce pointeur (et les pointeurs copiés à partir de celui-ci).

Dans les compilateurs C ++ qui le prennent en charge, il devrait probablement se comporter de la même manière qu'en C.

Voir cet article SO pour plus de détails: Utilisation réaliste du mot-clé C99 'restrict'?

Prenez une demi-heure pour parcourir le papier d'Ericson, c'est intéressant et ça vaut le coup.

Éditer

J'ai également constaté que le compilateur AIX C / C ++ d'__restrict__ IBM prend en charge le mot - clé .

g ++ semble également prendre en charge cela car le programme suivant se compile proprement sur 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;
}

J'ai également trouvé un bel article sur l'utilisation de restrict:

Démystifier le mot-clé Restreindre

Modifier2

Je suis tombé sur un article qui traite spécifiquement de l'utilisation de restrict dans les programmes C ++:

Load-hit-stores et le mot clé __restrict

En outre, Microsoft Visual C ++ prend également en charge le __restrictmot clé .

Comme d'autres l'ont dit, si cela ne signifie rien à partir de C ++ 14 , considérons donc l' __restrict__extension GCC qui fait la même chose que le C99 restrict.

C99

restrictdit que deux pointeurs ne peuvent pas pointer vers des régions de mémoire qui se chevauchent. L'utilisation la plus courante concerne les arguments de fonction.

Cela restreint la façon dont la fonction peut être appelée, mais permet davantage d'optimisations de compilation.

Si l'appelant ne respecte pas le restrictcontrat, comportement indéfini.

Le projet de C99 N1256 6.7.3 / 7 "Qualificatifs de type" dit:

L'utilisation prévue du qualificatif restrict (comme la classe de stockage de registre) est de promouvoir l'optimisation, et la suppression de toutes les instances du qualificatif de toutes les unités de traduction de prétraitement composant un programme conforme ne change pas sa signification (c'est-à-dire le comportement observable).

et 6.7.3.1 "Définition formelle de restreindre" donne les détails sanglants.

Une optimisation possible

L' exemple de Wikipedia est très éclairant.

Il montre clairement comment car il permet de sauvegarder une instruction d'assemblage .

Sans restriction:

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

Pseudo assemblage:

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

Avec restrict:

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

Pseudo assemblage:

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

Est-ce que GCC le fait vraiment?

g++ 4.8 Linux x86-64:

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

Avec -O0, ce sont les mêmes.

Avec -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) 

Pour les non-initiés, la convention d'appel est:

• rdi = premier paramètre
• rsi = deuxième paramètre
• rdx = troisième paramètre

La sortie de GCC était encore plus claire que l'article du wiki: 4 instructions contre 3 instructions.

Tableaux

Jusqu'à présent, nous avons des économies d'instructions uniques, mais si le pointeur représente des tableaux à boucler, un cas d'utilisation courant, alors un tas d'instructions pourrait être enregistré, comme mentionné par supercat et michael .

Considérez par exemple:

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;
     }
 }

En raison de restrict, un compilateur intelligent (ou humain) pourrait optimiser cela pour:

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

Ce qui est potentiellement beaucoup plus efficace car il peut être optimisé pour l'assemblage sur une implémentation libc décente (comme la glibc) Est-il préférable d'utiliser std :: memcpy () ou std :: copy () en termes de performances? , éventuellement avec des instructions SIMD .

Sans, restreignez, cette optimisation ne pourrait pas être faite, par exemple, considérez:

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

Ensuite, la forversion fait:

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

tandis que la memsetversion fait:

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

Est-ce que GCC le fait vraiment?

GCC 5.2.1.Linux x86-64 Ubuntu 15.10:

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

Avec -O0 , les deux sont identiques.

Avec -O3:

• avec restreindre:

  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
  

  Deux memsetappels comme prévu.

• sans restriction: pas d'appels stdlib, juste une boucle large de 16 itérations que je n'ai pas l'intention de reproduire ici :-)

Je n'ai pas eu la patience de les comparer, mais je pense que la version restrictive sera plus rapide.

Règle d'aliasing stricte

Le restrictmot-clé n'affecte que les pointeurs de types compatibles (par exemple deux int*) car les règles strictes d'aliasing indiquent que l'aliasing des types incompatibles est un comportement indéfini par défaut, et les compilateurs peuvent donc supposer que cela ne se produit pas et s'optimiser.

Voir: Quelle est la règle stricte d'aliasing?

Cela fonctionne-t-il pour les références?

Selon la documentation du GCC, il le fait: https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-5.1.0/gcc/Restricted-Pointers.html avec la syntaxe:

int &__restrict__ rref

Il existe même une version pour thisles fonctions membres:

void T::fn () __restrict__

Rien. Il a été ajouté à la norme C99.

Il s'agit de la proposition initiale d'ajout de ce mot clé. Comme l'a souligné dirkgently, il s'agit d'une fonctionnalité C99 ; cela n'a rien à voir avec C ++.

Étant donné que les fichiers d'en-tête de certaines bibliothèques C utilisent le mot-clé, le langage C ++ devra faire quelque chose ... au minimum, en ignorant le mot-clé, nous n'avons donc pas à #définir le mot-clé sur une macro vide pour supprimer le mot-clé .

Il n'y a pas de tel mot-clé en C ++. La liste des mots-clés C ++ se trouve dans la section 2.11 / 1 de la norme du langage C ++. restrictest un mot clé de la version C99 du langage C et non du C ++.