Restrict

restrict — ключевое слово в языке программирования C, введённое стандартом C99 и используемое в объявлениях указателей.

char * restrict p1;
int ** restrict p2;
float * restrict p3, * restrict p4;

Ключевое слово restrict позволяет программисту сообщить компилятору, что объявляемый указатель адресует область памяти, на которую не ссылается никакой другой указатель. Гарантию того, что на участок памяти не будут ссылаться более одного указателя, даёт программист. При этом оптимизирующий компилятор может генерировать более эффективный код (пример см. ниже).

Использование ключевого слова restrict при объявлении других объектов (не указателей) не определено стандартом.

При использовании ключевого слова restrict программа, написанная на «умном» C, может сравниться по скорости с программой, написанной на «глупом» Fortran^[1].

В языке C++ нет ключевого слова restrict (не описано в стандарте), но разработчики разных компиляторов C++ добавили аналогичные по назначению ключевые слова, например:

• __restrict и __restrict__ у GNU Compiler Collection^[2];
• __restrict и __declspec(restrict) у Visual C++;
• __restrict__ у Clang.

Пример оптимизации

Компилятор может генерировать машинный код меньшего размера, если знает, что только один указатель адресует определённый блок памяти. Например, пусть определена следующая функция:

void updatePtrs(
   size_t* ptrA,
   size_t* ptrB,
   size_t* val
) {
   *ptrA += *val;
   *ptrB += *val;
}

Компилятор предполагает, что указатели ptrA, ptrB и val могут ссылаться на один и тот же блок памяти.

Для этой функции компилятор будет генерировать примерно следующий код:

load R1 ← *val  ; прочитать значение из памяти по указателю val

load R2 ← *ptrA ; прочитать значение из памяти по указателю ptrA
add R2 += R1    ; выполнить сложение
set R2 → *ptrA  ; записать результат в память по указателю ptrA

; аналогично для ptrB
load R1 ← *val ; чтение по val второй раз

load R2 ← *ptrB
add R2 += R1
set R2 → *ptrB

В данном примере значение по указателю val считывается из памяти дважды. Это происходит из-за того, что указатель ptrA может ссылаться на тот же блок памяти, что и val, то есть значение val может измениться при записи значения по указателю ptrA.

При использовании ключевого слова restrict определение функции будет следующим:

void updatePtrs(
   size_t* restrict ptrA,
   size_t* restrict ptrB,
   size_t* restrict val
) {
   *ptrA += *val;
   *ptrB += *val;
}

Ключевое слово restrict сообщает компилятору, что указатели ptrA, ptrB и val никогда не адресуют один и тот же блок памяти. Это гарантируется программистом.

В этом случае компилятор будет генерировать примерно следующий код:

load R1 ← *val

load R2 ← *ptrA
add R2 += R1
set R2 → *ptrA

; load R1 ← *val ; отсутствует

load R2 ← *ptrB
add R2 += R1
set R2 → *ptrB

В результате применения ключевого слова restrict код стал короче благодаря тому, что значение val читается из памяти только один раз.

Примеры неопределённого поведения

Указатель с квалификатором типа restrict на указатель с квалификатором типа restrict может быть определён только во вложенном блоке. Пример:

struct T { int i; };
struct T var_1;

int main() {
   struct T* restrict var_2 = &var_1;
   int* restrict var_3 = &var_2->i; // undefined behavior
   {
      int* restrict var_4 = &var_2->i; // допустимо
   }
   return 0;
}

Определение указателя var_3 — неопределённое поведение, так как var_3 находится в одном блоке с var_2. Определение var_4 находится во вложенном блоке и допустимо.

__restrict для методов в C++

Ключевое слово __restrict для метода структуры или класса C++ обозначает, что указатель this имеет тип «T * __restrict const». Пример:

struct T {
   void method () __restrict {}
};

Литература

• Черновик стандарта ISO/IEC 9899:TC2. Язык программирования C (рус.) : журнал. — ISO, 2005. — 6 мая. — С. 108—112.

См. также

• Demystifying the restrict keyword (англ.). Объяснение и примеры использования.
• Walls, Douglas. Использование ключевого слова restrict в языке C (англ.) . Oracle™. Дата обращения: 21 ноября 2012.
• Restricted pointers in C (англ.). Причины введения.