C `restrict` 關鍵字如何最佳化指標操作？

restrict 關鍵字在C 中的作用

在C 中，restrict 關鍵字通知編譯器兩個或函數的更多指標參數不會在記憶體中重疊。透過提供此信息，編譯器可以執行更積極的最佳化，從而可能產生更快的程式碼。

定義和用法

restrict 關鍵字用於修改指標聲明。它可以應用於函數參數和局部變數。限制指標的語法是：

type *restrict pointer_name;

最佳化好處

透過使用restrict關鍵字，編譯器可以假設受限的指標不會與每個指標別針其他。這些知識使其能夠：

• 透過避免檢查重疊記憶體區域來保存指令。
• 執行最佳化，例如位址算術最佳化和快取最佳化。
• 如果沒有別名，則並行執行多個指標取消引用。

陣列最佳化

restrict 關鍵字的一個重要用途是最佳化基於指標的陣列上的循環。透過限制數組指針，編譯器可以推斷所存取的元素之間不存在重疊。這允許它執行最佳化，例如：

• 循環展開
• 向量化
• 並行化

例如，考慮以下循環:

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;
    }
}

使用restrict關鍵字，編譯器可能會最佳化此循環到：

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

限制

restrict關鍵字僅適用於相容類型的指標。嚴格的別名規則禁止不相容類型的別名，確保編譯器可以做出安全的假設。

可用性

在 C 14 中，restrict 關鍵字是保留字，但沒有任何效果。它最初是在 C99 標準中定義的，並且受到支援 C99 limit 關鍵字的編譯器的支援。

結論

restrict 關鍵字是 C 語言的一個有價值的工具尋求提高程式碼效能的程式設計師。透過通知編譯器指標不重疊，它可以實現更積極的最佳化並加快執行時間。但是，正確使用 limit 關鍵字以避免未定義的行為非常重要。

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