关键字_restrict

本篇博客主要谈论C语言关键字restrict，只用于修饰指针，功能是帮助编译器进行优化！值得注意的是，优化需要就事论事，经过分析：如果发现确实优化不了，就不优化了。不加restrict关键字修饰的指针，编译器一定不进行优化！

一、定义

1.1 概念

1.2 目的

二、实例

2.1 利用并行拆分循环

2.2 Target Code Optimizer（目标代码优化器）

一、定义

1.1 概念

关键字restrict只用于限定指针，表明本指针是访问一个数据对象的惟一且初始的方式。

1.2 目的

关键字的用意是充分发挥多处理器（CPU只有1个）的并行性。并行的含义就和下面这句古文的含义很类似。注意和并发作区别。

并发是基于时间片轮转的，故而从宏观上看，各个进（线）程是一起运行的，微观上是串行的。并行就像是多向车道一样（车道数目------核数），各个进（线）程运行互不干扰。

屠惧，投以骨。一狼得骨止，一狼仍从。复投之，后狼止而前狼又至。骨已尽矣，而两狼之并驱如故。

------狼三则·其二（蒲松龄）

二、实例

实例不胜枚举，在这里我举用两个例子。

2.1 利用并行拆分循环

void add(const double *x, const double *y, double *res)
{int i;for(i = 0; i < 6; ++i)res[i]= x[i] + y[i];
}

情形一二的前提：假设数组x和数组y内存无重叠，但是数组x和数组res内存有重叠：

情形一、假设如图1 所示：res[i]依赖于res[i-1]的值，无法优化。

情形二、假设如图2 所示：res[5]依赖于res[0]的值，没有办法去做优化。

情形三的前提：假设数组x,y,res内存均有重叠：

情形三：假设如图3 所示，res[0...3]的计算没有依赖性，res[4...5]存在依赖性，无法优化。

总结：内存重叠存在的话，是无法进行优化的，因为不存在一劳永逸的办法解决这个问题。

最理想的情形：

假设x,y,res三者指向的内存空间不会重叠，如果这个函数将在多处理器的环境下执行，编译器可能会做这样的优化：把一个循环拆成两个循环，一个处理器计算res[0...2]，另一个处理器计算res[3...5]，两个处理器可以同时工作，使计算时间理论上缩短一半，同时保证了结果的正确性。如果程序员已经能够保证内存不重叠的话，就有必要指定restrict允许编译器进行优化。

2.2 Target Code Optimizer（目标代码优化器）

--------参考文献余甲子,石凡,潘爱民.程序员自我修养[M].北京：电子工业出版社，2009.4：45-47.

说明：例子为源代码是不合适的，因为目标代码优化器操作的对象是目标代码（x86的汇编语言），但是可以帮助我们理解使用关键字restrict进行优化的过程。

int ar[10];
int* par = ar;    //既可以通过par也可以通过ar访问本数组restrict int* p1 = (int*)malloc(10 * sizeof(int));for(int i = 0; i < 10; ++i)
{par[i] += 5;    //语句1p1[i] += 5;     //语句2arr[i] *= 2;    //语句3par[i] += 3;    //语句4p1[i] += 3;    //语句5
}

p1存在restrict修饰,含义就是p1所指向的空间只会由p1去修改，故而语句2和语句5可以合并为一句。ar或者par都不能指定为restrict，二者深层次原因是不同的——ar不能指定是唯一性不满足，par不能指定是唯一性和初始性同时不满足（何为唯一性、初始性看本博客1.1节）。

优化后的结果可能是这样的，语句5和并入语句2；修改语句2，删除语句5：

int ar[10];
int* par = ar;    //既可以通过par也可以通过ar访问本数组restrict int* p1 = (int*)malloc(10 * sizeof(int));for(int i = 0; i < 10; ++i)
{par[i] += 5;    //语句1p1[i] += 8;     //语句2arr[i] *= 2;    //语句3par[i] += 3;    //语句4
}