Mdr-C-Tutorial

主题

6.7.4.2 restrict 的形式化定义 ​

TIP

restrict 的难点不在语法，而在“同一个对象究竟允许通过哪些左值访问”。这一节给的是标准的形式化定义，目的是让优化器可以合法地假设“没有别名”。

基本设定 ​

  1. 设 D 是一个普通标识符的声明，它使某个对象 P 成为“指向类型 T 的 restrict 限定指针”。

  2. 标准接着引入一个块 B：

    • 若 D 出现在某个块内部且不是 extern，则 B 就是那个块；
    • 若 D 是函数定义的形参声明之一，则 B 是对应函数体块；
    • 其他情形下，B 取程序启动时执行的那个外层块。

“基于 P” 的含义 ​

  1. 某个指针表达式 E 被称为基于对象 P，意思是：

    • 在 B 的某次执行中，若把 P 改成指向它原先指向数组对象的一份副本；
    • 那么 E 的值会因此改变。

  2. 这个定义只对指针类型表达式成立。

  3. 直观地说，E 是否“基于 P”，看的是它是否依赖 P 自身的值，而不是依赖 P 间接指向的内容。

核心规则 ​

  1. 在 B 的每次执行中，设 L 是任意一个满足 &L 基于 P 的左值。

  2. 如果 L 被用来访问它指代的对象 X 的值，并且 X 也被修改了，那么必须同时满足：

    • T 不能是 const 限定类型；
    • 任何其他用来访问 X 的左值，其地址也都必须基于 P；
    • 任何修改 X 的访问，为本节目的也视为修改了 P。

  3. 如果把另一个受限指针对象 P2 所基于的指针表达式赋给 P，那么：

    • 要么 P2 所在块 B2 的执行先于 B 开始；
    • 要么 B2 的执行在这次赋值前已经结束。

  4. 若不满足上述要求，行为未定义。

其他说明 ​

  1. 这里所谓“B 的一次执行”，对应的是：一个与 B 关联、具有自动存储期的标量对象可能拥有的那段生命周期。

  2. 翻译器可以自由忽略 restrict 的部分或全部别名推断含义；也就是说，restrict 允许优化，但不强制实现一定做优化。

例子 ​

  1. 文件作用域下：
c
int * restrict a;
int * restrict b;
extern int c[];

标准想表达的是：如果某个对象经由 a、b、c 之一被访问并且被修改，那么程序不应再通过另外两个名字去访问它。

  1. 经典形参例子：
c
void f(int n, int * restrict p, int * restrict q)
{
    while (n-- > 0)
        *p++ = *q++;
}

这里承诺的是：在 f 的每次执行中，若某个对象经 p 访问，就不应再同时经 q 访问，反之亦然。

NOTE

restrict 的收益在于：调用点很多时，编译器不必把所有调用都展开分析，也能假定 p 与 q 不别名；代价则是程序员必须自己保证所有调用都满足这个承诺。