C/C++语言中的restrict关键字

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C/C++语言中的restrict关键字

在C语言中，restrict关键字用于修饰指针(C99标准)。通过加上restrict关键字，编程者可提示编译器：在该指针的生命周期内，其指向的对象不会被别的指针所引用。

使用此关键字，将允许编译器预知多个指针之间的相互独立性，从而允许编译器做更加激进的优化。例如[1]：

int add(int *a, int *b){*a = 10;*b = 12;return *a + *b;
}

在这个函数中，有的同学就说了，直接返回22不就好了，这么想的同学就忽略了a==b的可能，如果a和b指向同一个地址，那么这个函数将返回24。实际上，编译器就是这个想要把额外操作去掉的“同学”，如果我们能清晰的告诉他，a和b在本函数中不管怎么移动都永远不可能指向相同的地址，那么，处理这个函数时，*a + *b 可以直接使用两立即数相加，不需要再从地址中读取值，就能优化代码执行的效率。

因此，在没有指明a不可能等于b的情况下，编译器能做到的最大优化就是，b指向地址的值一定是12，但a的值必须从地址中读取。

-O3
0000000000400a10 <_Z4add1PiS_>:400a10:   c7 07 0a 00 00 00       movl   $0xa,(%rdi) ; *a = 10400a16:   c7 06 0c 00 00 00       movl   $0xc,(%rsi) ; *b = 10400a1c:   8b 07                   mov    (%rdi),%eax ; 结果 = *a400a1e:   83 c0 0c                add    $0xc,%eax   ; 结果 += 12 400a21:   c3                      retq

上面400a1c地址指令，读a。

于是我们可以使用restrict关键字告诉编译器，你放心优化，传入的指针a和指针b一定不指向同一个地址。

int add(int __restrict *a, int __restrict *b){*a = 10;*b = 12;return *a + *b;
}

那么编译器就顿悟了，知道a中的内容一定是10，b中的内容一定是12，a也不需要读。

0000000000400a30 <_Z4add2PiS_>:400a30:   c7 07 0a 00 00 00       movl   $0xa,(%rdi) ; *a = 10400a36:   b8 16 00 00 00          mov    $0x16,%eax  ; 结果 = 22400a3b:   c7 06 0c 00 00 00       movl   $0xc,(%rsi) ; *b = 12400a41:   c3                      retq

于是编译后的代码直接采用立即数寻址的方式完成这个函数。整体上又比上一次优化中，少了一条指令。别看仅仅少了一条指令，在性能上，我们将两者分别执行1亿次，后者仅耗费了56ns，而前者耗费了146ns [1]，性能上接近为后者的1/3。

[1]