C ++에서 제한 키워드는 무엇을 의미합니까?

나는 항상 확실하지 않았다. C ++에서 restrict 키워드는 무엇을 의미 하는가?

함수에 주어진 둘 이상의 포인터가 겹치지 않는다는 것을 의미합니까? 다른 의미는 무엇입니까?

Christer Ericson은 자신의 논문 인 Memory Optimization 에서 restrict아직 C ++ 표준의 일부는 아니지만 많은 컴파일러에서 지원하고 있으며 사용 가능한 경우이를 사용하도록 권장한다고 말합니다.

키워드 제한

! 1999 ANSI / ISO C 표준에 새로 추가

! C ++ 표준은 아니지만 많은 C ++ 컴파일러에서 지원

! 힌트 만이므로 아무 것도 할 수 없으며 여전히 준수하고 있습니다.

제한 규정 포인터 (또는 참조) ...

! ... 기본적으로 컴파일러는 포인터의 범위에 대해 포인터의 대상이 해당 포인터를 통해 액세스되고 포인터가 포인터에서 복사된다는 약속을합니다.

이를 지원하는 C ++ 컴파일러에서는 아마도 C에서와 동일하게 작동해야합니다.

자세한 내용은이 SO 게시물을 참조하십시오 : C99 '제한'키워드의 현실적인 사용법?

에릭슨의 논문을 훑어 보려면 30 분이 걸립니다. 재미 있고 가치가 있습니다.

편집하다

또한 IBM의 AIX C / C ++ 컴파일러가 키워드를 지원 한다는 것을 알았습니다.__restrict__ .

g ++은 다음 프로그램이 g ++에서 깔끔하게 컴파일되므로 이것을 지원하는 것 같습니다.

#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;
}

나는 또한 사용에 관한 좋은 기사를 발견했다 restrict.

제한 키워드 이해하기

편집 2

C ++ 프로그램에서 제한 사용에 대해 구체적으로 설명하는 기사를 살펴 보았습니다.

적중 상점 및 __restrict 키워드

또한 Microsoft Visual C ++ 는 __restrict키워드를 지원합니다 .

다른 사람들이 말했듯 이 C ++ 14의 의미가 없다면__restrict__ C99와 동일한 GCC 확장을 고려하십시오.restrict .

C99

restrict두 포인터가 겹치는 메모리 영역을 가리킬 수 없다고 말합니다. 가장 일반적인 사용법은 함수 인수입니다.

이것은 함수 호출 방법을 제한하지만 더 많은 컴파일 최적화를 허용합니다.

발신자가 다음을 따르지 않으면 restrict 계약을 정의되지 않은 동작입니다.

C99 N1256 초안 6.7.3 / 7 "형식 한정자"말한다 :

제한 규정 자 (레지스터 저장 클래스와 같은)의 의도 된 사용은 최적화를 촉진하는 것이며, 규정을 준수하는 프로그램을 구성하는 모든 사전 처리 변환 단위에서 규정 자의 모든 인스턴스를 삭제해도 의미가 변경되지 않습니다 (즉, 관찰 가능한 동작).

그리고 6.7.3.1 "제한의 공식적 정의"는 세부 사항을 제공한다.

가능한 최적화

위키 백과의 예 입니다 매우 조명.

하나의 조립 지침을 저장 하는 방법을 명확하게 보여줍니다. .

제한없이 :

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

의사 어셈블리 :

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

제한으로 :

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

의사 어셈블리 :

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

GCC가 실제로합니까?

g++ 4.8 리눅스 x86-64 :

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

로도 -O0동일합니다.

로 -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) 

시작하지 않은 경우 호출 규칙 은 다음과 같습니다.

• rdi = 첫 번째 매개 변수
• rsi = 두 번째 매개 변수
• rdx = 세번째 매개 변수

GCC 출력은 Wiki 기사보다 훨씬 명확했습니다. 4 가지 명령어와 3 개의 명령어.

배열

지금까지 단일 명령 절감 효과가 있지만, 포인터가 반복되는 배열, 일반적인 사용 사례를 나타내는 경우 supercat 과 michael이 언급 한 것처럼 많은 명령을 저장할 수 있습니다 .

예를 들면 다음과 같습니다.

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;
     }
 }

때문에 restrict스마트 컴파일러 (또는 사람)는 다음과 같이 최적화 할 수 있습니다.

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

glibc와 같은 괜찮은 libc 구현에서 어셈블리 최적화 될 수 있으므로 잠재적으로 훨씬 효율적인 방법은 무엇입니까 성능 측면에서 std :: memcpy () 또는 std :: copy ()를 사용하는 것이 더 낫습니까? 가능성과 SIMD 명령어 .

제한 없이는이 최적화를 수행 할 수 없습니다. 예 :

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

그런 다음 for버전은 다음을 만듭니다.

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

memset버전이 만드는 동안 :

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

GCC가 실제로합니까?

GCC 5.2.1. 리눅스 x86-64 우분투 15.10 :

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

와 -O0 하면 둘 다 동일합니다.

로 -O3:

• 제한으로 :

  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

  memset예상대로 두 번의 통화.

• 제한없이 : stdlib 호출 없음, 여기에서 재현하지 않으려 는 16 개의 반복 너비 루프 언 롤링 :-)

나는 그것들을 벤치마킹 할 인내가 없었지만 제한 버전이 더 빠를 것이라고 믿습니다.

엄격한 앨리어싱 규칙

restrict키워드는 호환 가능한 유형의 포인터 (예 : 두에 영향을 미치는 int*엄격한 앨리어싱 규칙이 호환되지 않는 유형의 별명을하는 것은 기본적으로 정의되지 않은 동작이라고 말한다 때문에), 그리고 컴파일러는 가정 할 수 있도록 멀리 일어날 최적화하지 않습니다.

참조 : 엄격한 앨리어싱 규칙은 무엇입니까?

참조 용으로 작동합니까?

GCC 문서에 따르면 https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-5.1.0/gcc/Restricted-Pointers.html 구문 은 다음 과 같습니다.

int &__restrict__ rref

this멤버 함수 버전도 있습니다 :

void T::fn () __restrict__

아무것도. C99 표준에 추가되었습니다.

이 키워드를 추가하기위한 원래 제안입니다. 그러나 더군다나 지적했듯이 이것은 C99 기능입니다. C ++과는 아무런 관련이 없습니다.

C ++에는 그러한 키워드가 없습니다. C ++ 키워드 목록은 C ++ 언어 표준의 2.11 / 1 섹션에서 찾을 수 있습니다. restrictC 언어가 아닌 C99 버전의 C 언어로 된 키워드입니다.

일부 C 라이브러리의 헤더 파일은 키워드를 사용하므로 C ++ 언어는 키워드를 무시하고 최소한 키워드를 무시하므로 키워드를 무시하기 위해 키워드를 빈 매크로로 정의 할 필요가 없습니다. .