C/C++关键字之restrict

在C语言中，restrict关键字用于修饰指针（C99标准）。通过加上restrict关键字，程序员可提示编译器：在该指针的生命周期内，其指向的对象不会被别的指针所引用。

需要注意的是，在C++中，并无明确统一的标准支持restrict关键字。但是很多编译器实现了功能相同的关键字，例如gcc和clang中的__restrict关键字。

int add1(int*a, int* b)
{
    *a = 10;
    *b = 12;
    return *a + *b;
}

add1函数的返回值会永远是10 + 12 = 22吗？

答案是不一定。在指针a和b的地址不同时，返回22没有问题。但是当指针a与b指向的是同一个int对象时，该对象先被赋值为10，后被赋值为12，因此a和b都返回12，因此add1函数最终返回24。

下面是一个简单的例子：

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
int add1(int* a, int* b)
{
    *a = 10;
    *b = 12;
    return *a + *b;
}
int main(){
    int* c;
    int* d;
    d=(int*)malloc(sizeof(int)*1);
    c=(int*)malloc(sizeof(int)*1);
    *c=10;
    *d=12;
    *d=12;
    cout<<"c:"<<*c<<endl;
    cout<<"d:"<<*d<<endl;
    cout<<"When Pointers a and b have different addresses"<<endl;
    cout<<add1(c,d)<<endl;
    cout<<"When Pointers a and b have the same address"<<endl;
    cout<<add1(c,c)<<endl;
    return 0;
}

程序输出：

c:10
d:12
When Pointers a and b have different addresses
22
When Pointers a and b have the same address
24

开启-O3优化，add1对应的汇编代码如下:

为了得到*a的值访问了1次内存，而不管在何种条件下(a == b or a != b)，*b的值都是12。因此编译器将*a的值载入eax寄存器后，直接加上立即数12，而无需再访问内存获取*b的值。在无法确定指针a和b是否相同的情况下，编译器只能帮你优化到这里了。

0000000000400a10 <_Z4add1PiS_>:
  400a10:   c7 07 0a 00 00 00       movl   $0xa,(%rdi) ; *a = 10
  400a16:   c7 06 0c 00 00 00       movl   $0xc,(%rsi) ; *b = 10
  400a1c:   8b 07                   mov    (%rdi),%eax ; 结果 = *a
  400a1e:   83 c0 0c                add    $0xc,%eax   ; 结果 += 12 
  400a21:   c3                      retq

加上了restrict关键字过后，同样开启-O3优化，add1对应的汇编代码如下：

加上关键字restrict后，编译器能够确认指针a和b不可能指向同一个内存地址，因此在求*a + *b时，无虚访问内存，因为*a必然等于立即数10，*b必然等于立即数12。

int add2(int* __restrict  a, int* __restrict b) 
{
    *a = 10;
    *b = 12;
    return *a + *b ;
}
0000000000400a30 <_Z4add2PiS_>:
  400a30:   c7 07 0a 00 00 00       movl   $0xa,(%rdi) ; *a = 10
  400a36:   b8 16 00 00 00          mov    $0x16,%eax  ; 结果 = 22
  400a3b:   c7 06 0c 00 00 00       movl   $0xc,(%rsi) ; *b = 12
  400a41:   c3