c99标准的restrict关键字

参考自restrict

restrict解释

restrict关键字出现于C99标准，wiki上的解释restrict from wiki。

In the C programming language, as of the C99 standard, restrict is a keyword that can be used in pointer declarations. The restrict keyword is a declaration of intent given by the programmer to the compiler. It says that for the lifetime of the pointer, only the pointer itself or a value directly derived from it (such as pointer + 1) will be used to access the object to which it points. This limits the effects of pointer aliasing, aiding optimizations. If the declaration of intent is not followed and the object is accessed by an independent pointer, this will result in undefined behavior. The use of the restrict keyword in C, in principle, allows non-obtuse C to achieve the same performance as the same program written in Fortran.[1]

在C编程语言中，从C99标准开始，restrict是一个能够在指针声明中使用的关键字。restrict关键字是由程序员给编译器的一种意向声明。它表示在指针的生命周期内，只有指针自己或直接从指针派生的值(如指针+ 1)将用于访问指针指向的对象。这限制了指针别名的效果，有助于优化。若是没遵循指针声明的意图，使用不受约束的指针对其指向对象存取，将致使结果是未定义的。

实例

上面这堆翻译好像我只看懂了：restrict关键字用于指针的声明。那到底什么意思呢？在进一步了解restrict以前，须要了解什么是pointer aliasing。
pointer aliasing是指多个指针指向同一块内存区域，例如：

int a = 10;
int* ptr1 = &a;
int* ptr2 = &a;

则ptr一、ptr2互称对方为本身的pointer aliasing。考虑下面这个函数：

int foo(int* a, int* b)
{
    *a = 2；
    *b = 3;
    return *a + *b;
}

通常状况下,编译器翻译出来的汇编代码会相似（以ARM汇编为例）：

01    str     r0, [fp, #-8]         @传递参数指针a
02    str     r1, [fp, #-12]            @传递参数指针b
03    ldr     r3, [fp, #-8]         @获得指针a
04    mov     r2, #2
05    str     r2, [r3]              @*a = 2;
06    ldr     r3, [fp, #-12]            @获得指针b
07    mov     r2, #3
08    str     r2, [r3]              @*b = 3;
09    ldr     r3, [fp, #-8]         @获得指针a      
10    ldr     r2, [r3]              @r2 = *a,     重读*a,由于若是a==b,则08行会覆盖05行的赋值！！！！！
11    ldr     r3, [fp, #-12]            @获得指针b
12    ldr     r3, [r3]              @r3 = *b;
13    add     r0, r2, r3            @*a + *b;

若是咱们能够提早告诉编译器a != b，则编译器能够优化出更简洁的汇编(假设a、b指针都是非volatile的)：

01    str     r0, [fp, #-8]         @传递参数指针a
02    str     r1, [fp, #-12]            @传递参数指针b
03    ldr     r3, [fp, #-8]         @获得指针a
04    mov     r2, #2
05    str     r2, [r3]              @*a = 2;
06    ldr     r3, [fp, #-12]            @获得指针b
07    mov     r1, #3
08    str     r1, [r3]              @*b = 3;
09    add     r0, r1, r2            @*a + *b;

比上面少了4条指令。为何呢？由于上面那段汇编中得考虑一种状况，若是指针a == b，那么第08行的指针赋值会覆盖05行的指针赋值，为了保险起见，*a + *b就得从新从内存中取值，才能获得正确的结果。若是咱们显式的告诉编译器a != b,则编译器就会使用寄存器里面的缓存数据来优化代码。如何显式告诉编译器呢？就是用restrict关键字来修饰指针。

注意事项

可是有点须要注意，不是说用restrict修饰指针后就保证了指针不会出现pointer aliasing，这种保证由程序员本身编码时确保。就是说程序员本身保证对同一内存区域的引用只有一个指针指向，而后经过restrict修饰此指针变量，在开启编译优化后，编译器将会特别留意被restrict修饰的指针，进行优化。

restrict关键字只能修饰object类型的指针（例如int restrict *p、float (* restrict foo)(void)都是错误的用法）。restrict仅用于修饰左值(lvalue)。例如使用它强制转换指针或者修饰函数返回值都是错误的用法。

解释下2个名词：
object：
在C语言中，对象是执行环境中的数据存储区域，其内容能够表示值(当解释为具备特定类型时,值是对象内容的含义)。每一个对象有以下特征：

• 尺寸(能用sizeof计算）
• 有对齐需求
• 存储期（automatic, static, allocated, thread-local）
• 有效类型
• 值（多是不肯定的）
• 可选地，表示此对象的标识符（就是变量名）

int restrict *p 修饰的不是指针。
float (* restrict foo)(void)，foo指针指向的区域明显不具有存储数据的能力，*foo = 12是非法的，由于若是它是一个函数指针，指向的内存区域是只读的。

左值（lvalue):
只能出如今C语言赋值表达式左边的。
显然ret = fun()、a = (int)b就说明了函数返回值，强转都是属于右值。