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einpoklum
Asked: 2024-09-05 17:27:02 +0800 CST

仅限制函数的“输出”（指针）参数就足够了吗？

  • 772

假设我有一个函数，它接受一些指针参数 - 一些非常量，可以通过它们写入，一些常量，只能通过它们读取。示例：

void f(int * a, int const *b);

还假设该函数不会以其他方式写入内存（即不使用全局变量，固定地址，将 const 指针重铸为非常量以及诸如此类的技巧）。

现在，是否足以（按照 C 语言标准）实现restrict内所有读取的好处f()，而仅restrict输出参数？即在示例中，限制a但不限制b？

一个简单的测试（GodBolt）表明这种限制应该足够了。此来源：

int f(int * restrict a, int const * b) {
    a[0] += b[0];
    return a[0] + b[0];
}

int all_restricted(int * restrict a, int const * restrict b) {
    a[0] += b[0];
    return a[0] + b[0];
}

int unrestricted(int * a, int const * b) {
    a[0] += b[0];
    return a[0] + b[0];
}

为 x86_64 生成相同的目标代码：

f:
        mov     eax, DWORD PTR [rsi]
        mov     edx, DWORD PTR [rdi]
        add     edx, eax
        mov     DWORD PTR [rdi], edx
        add     eax, edx
        ret
all_restricted:
        mov     eax, DWORD PTR [rsi]
        mov     edx, DWORD PTR [rdi]
        add     edx, eax
        mov     DWORD PTR [rdi], edx
        add     eax, edx
        ret
unrestricted:
        mov     eax, DWORD PTR [rsi]
        add     eax, DWORD PTR [rdi]
        mov     DWORD PTR [rdi], eax
        add     eax, DWORD PTR [rsi]
        ret

但这并非普遍的保证。

c

3 个回答

  1. Best Answer

    不，这还不够。

    还假设该函数不会以其他方式写入内存（即不使用全局变量，固定地址，将 const 指针重铸为非常量以及诸如此类的技巧）。

    这个假设是不够的。编译器还需要看到函数没有以其他方式写入指针指向的内存（包括可以通过指针访问的任何内存，例如b[18]）。例如，如果调用bar(b);，并且编译器看不到bar，那么它就无法知道指向的内存b在执行期间是否被修改f，即使没有被修改。

    给出这个额外的前提，即编译器可以看到没有对通过指向的任何内存进行修改，那么对于优化来说是否用和/或声明b并不重要：编译器了解有关内存的所有信息，告诉它更多信息都不会添加信息。bconstrestrict

    然而，代码通常不满足这个前提。（即使满足，对程序员来说，确定这一点也可能很麻烦。）因此，让我们考虑一种没有附加前提的情况：

    void f(int * restrict a, int const *b)
{
    printf("%d\n", *b);
    bar();
    printf("%d\n", *b);
}

    当bar被调用时，编译器不知道 是否*b被修改。即使此函数没有传递b给bar，bar也可能访问某个 外部对象，*b或者具有指向 的指针*b，因此bar可以更改 对象*b。因此，编译器必须*b从内存中重新加载第二个printf。

    相反，如果我们声明函数void f(int * restrict a, int const * restrict b)，则restrict断言如果*b在 的执行过程中被修改f（包括间接地，在 内bar），那么对它的每次访问都将通过b（直接，如*b，或间接地，如通过 中可见地复制或计算的指针b）进行。由于编译器可以看到bar不接收b，它知道bar不包含任何*b基于 的访问b，因此它可以假设bar不改变*b。

    因此，即使所有其他参数也已声明，restrict向参数添加指向限定类型​​的指针仍可以实现一些优化。constrestrict

    • 6

  2. 如果您尝试修改指针指向的值，则显示的关键字const将导致警告或错误，但它不一定阻止您修改该值，并且肯定不会阻止其他人修改该值。 因此，编译器可能必须假设可能发生此类修改。

    例如，如果调用在不同源文件中定义的某个函数，编译器将不知道该函数的作用，因此它必须假定该函数可能以某种方式访问​​该指针指向的值，并可能对其进行修改。

    此外，即使您修改了非常量指针指向的值，该非常量指针也可能指向与常量指针相同的值。（如f( &x, &x );）如果没有restrict常量指针，编译器必须假设这也是一种可能性。

    因此，即使const参数也可以从关键字中受益restrict，因为它承诺该指针指向的内存不会被任何人修改。本质上，您将承诺永远不会做类似的事情f( &x, &x );。

    • 1

  3. 假设我有一个函数，它接受一些指针参数 - 一些非常量，可以通过它们写入，一些常量，只能通过它们读取。示例：

    void f(int * a, int const *b);

    还假设该函数不会以其他方式写入内存（即不使用全局变量，固定地址，将 const 指针重铸为非常量以及诸如此类的技巧）。

    现在，是否足以（按照 C 语言标准）实现restrict内所有读取的好处f()，而仅restrict 输出参数？即在示例中，限制a但不限制b？

    restrict是片面的。它允许编译器“基于” restrict-qualified 指针对通过左值进行的对象访问做出假设，而不依赖于任何其他指针是否也是restrict-qualified。

    具体来说，如果你restrict使用参数，a那么无论你是否也restrict 使用参数b，你都允许编译器假设在任何给定的执行过程中f()，

    • 如果L是任何左值，其地址“基于” a，并且
    • L用于访问其指定的对象（读取或写入），并且
    • 该对象在函数执行期间以任何方式被修改，那么
    • 该函数执行期间对该对象的每次访问（读取或写入）都将通过其地址“基于”的左值进行a，但不一定通过L特定方式进行。
    • （例如，该对象将不会通过“基于”b但不基于的左值来访问a。）

    C17 第 6.7.3.1 节对此进行了更详细的说明，尽管该文本既复杂又有点令人担忧。

    因此，在您描述的情况下，restricting 仅a使编译器有权假设通过派生自的指针进行的读取b永远不会观察到通过派生自的指针进行的写入a。 当然，它是否真的会生成不同的代码是一个完全不同的问题。

    • 1

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