型修飾子 restrict の意味を教えて下さい

Question

JIS X 3010 : 2003 6.7.3.1 restrict の形式的定義
を確認しましたが、この内容がどういう理論なのか、理解できませんでした。
同じブロック内で restrict 修飾のあるポインタが同じオブジェクトを指さないことを保証している、といったふわっとした理解しかできていません。
どなたか、分かりやすく解説いただけないでしょうか。

よろしくお願いします。

Answer 1

「保証している」というより「プログラマが保証する」という意味です。

メモリ領域が重なる可能性があることで最適化が制約される場合があり、重なる可能性がないことをプログラマはわかっているから積極的に最適化してよいというヒントとして restrict は機能します。

また、関数の仮引数に restrict が付いていれば領域が重なる可能性があるものを渡してはいけないというコメントのような役割にもなると言えるでしょう。 例えば memcpy は void *memcpy(void * restrict s1, const void * restrict s2, size_t n); と宣言されているのでこの型を見るだけで範囲が重なってはならないことが一目瞭然なわけです。

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そのようなことはなんとなく分かるのですが、JIS に書いてある形式的定義と、それがどのように対応しているのか分かりませんでした。

Answer 2

これは、コンパイラが、より最適化したコードを出力できるようにするための機能です。

例えば「メモリバッファをコピーする関数を作る」という要件を実装する必要があった時に、この要件だけでは領域が重なっているかどうかがわからないためmemmove()を使う必要があります。

でも、この要件に加えて、渡される2つのバッファのポインタにrestrictが付いていれば、お互いの指すバッファが重ならない（自身のポインタ経由以外では更新されないので、相手のポインタで更新されることはない、すなわち領域が重なっていない）ことがわかるので、memcpy()が利用できます。こちらの方が一般的には高速です。

このような判断を、コンパイラ内部でできるようにするためのものです。

ググっただけなので恐縮ですが、こちらの解説はいかがでしょうか。
https://programming-place.net/ppp/contents/c/057.html#restrict

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そのサイトの内容は分かりやすかったです！
適切な使い方は理解できました。
ありがとうございました。

[segavvy]

お役に立てたようで良かったです！

Answer 3

そこの例にあるようなvoid f(int n, int * restrict p, int * restrict q)
という宣言だったとすると、「関数f内でpを使ってアクセスするメモリ領域と、qを使ってアクセスするメモリ領域が重なって、なおかつ重なっている部分を更新する」ということが無いことをプログラマがコンパイラに対して保証するために付ける修飾子です。

これを保証することでオブジェクトコードの最適化が行えると言うことでしょう。

この修飾子を付けたのに、上記括弧内のようなことが発生するような引き数を渡すと、動作は未定義と言うことですね。

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回答ありがとうございます。

実際にmemcpyのようなものを作り、restrict有りと無しでアクセスするメモリ領域が重なるような渡し方をして、最適化してみたのですが、特に実行結果が変わらないようです。
もちろん未定義の動作なので特に動作が変わらないというのもあると思いますが、実際に変わる様子を見てみたいです。
環境は、
CPU: Intel Core i7-4712MQ
OS: Windows 10 64bit
コンパイラ: cl(Visual Studio), gcc(MinGW), gcc(WSL)
です。
どのようなコードとコンパイラの最適化の組み合わせで動作が変わる様子を確かめてみることができるでしょうか。

[otn]

実行結果と言うより、生成されるコードに差異があるかどうかですよね。