Wie optimiert das C-Schlüsselwort „einschränken' Zeigeroperationen?

Die Rolle des Schlüsselworts „restrict“ in C

In C informiert das Schlüsselwort restrict den Compiler darüber, dass zwei oder Weitere Zeigerargumente auf eine Funktion überlappen sich nicht im Speicher. Durch die Bereitstellung dieser Informationen kann der Compiler aggressivere Optimierungen durchführen, was zu potenziell schnellerem Code führt.

Definition und Verwendung

Das Schlüsselwort „restrict“ wird zum Ändern von Zeigerdeklarationen verwendet. Es kann sowohl auf Funktionsargumente als auch auf lokale Variablen angewendet werden. Die Syntax zum Einschränken eines Zeigers lautet:

type *restrict pointer_name;

Optimierungsvorteile

Durch die Verwendung des Schlüsselworts „restrict“ kann der Compiler davon ausgehen, dass die eingeschränkten Zeiger nicht mit jedem Alias ​​übereinstimmen andere. Dieses Wissen ermöglicht es ihm:

• Anweisungen zu speichern, indem es nicht mehr auf überlappende Speicherbereiche prüfen muss.
• Optimierungen wie Adressarithmetikoptimierungen und Cache-Optimierungen durchführen.
• Führen Sie mehrere Zeiger-Dereferenzierungen parallel aus, wenn dies nicht der Fall ist alias.

Array-Optimierung

Eine wichtige Verwendung des Schlüsselworts „restrict“ ist die Optimierung von Schleifen über zeigerbasierte Arrays. Durch die Einschränkung der Array-Zeiger kann der Compiler schließen, dass es keine Überlappung zwischen den Elementen gibt, auf die zugegriffen wird. Dies ermöglicht die Durchführung von Optimierungen wie:

• Loop-Abrollen
• Vektorisierung
• Parallelisierung

Betrachten Sie beispielsweise die folgende Schleife :

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;
    }
}

Mit dem Schlüsselwort „restrict“ kann der Compiler diese Schleife optimieren zu:

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

Einschränkungen

Das Schlüsselwort „restrict“ funktioniert nur mit Zeigern kompatibler Typen. Die strenge Aliasing-Regel verbietet Aliasing inkompatibler Typen und stellt sicher, dass der Compiler sichere Annahmen treffen kann.

Verfügbarkeit

In C 14 ist das Schlüsselwort „restrict“ ein reserviertes Wort. aber es hat keine Wirkung. Es wurde ursprünglich im C99-Standard definiert und wird von Compilern unterstützt, die das C99-Schlüsselwort „restrict“ unterstützen.

Fazit

Das Schlüsselwort „restrict“ ist ein wertvolles Werkzeug für C Programmierer, die die Leistung ihres Codes verbessern möchten. Indem der Compiler darüber informiert wird, dass sich Zeiger nicht überlappen, werden aggressivere Optimierungen ermöglicht und die Ausführungszeit verkürzt. Es ist jedoch wichtig, das Schlüsselwort „restrict“ richtig zu verwenden, um undefiniertes Verhalten zu vermeiden.

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