restrictgcc /g++実際でC/C ++キーワードを使用すると、実際に（理論上だけでなく）パフォーマンスが大幅に向上するかどうかについて、数値や分析を見たことがありますか？
私はその使用を推奨/軽蔑するさまざまな記事を読みましたが、どちらの側の議論も実際に示している実数に出くわしたことはありません。
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これは正式にはC++の一部ではありませんが、一部のコンパイラでサポートされており、 ChristerEricsonによるその使用法を強く推奨restrictする論文を読んだことがあります。
制限キーワードは違いを生みます。
いくつかの状況（画像処理）でファクター2以上の改善が見られました。ただし、ほとんどの場合、違いはそれほど大きくありません。約10％。
違いを説明する小さな例を次に示します。テストとして、非常に基本的な4x4ベクトル*行列変換を作成しました。関数がインライン化されないように強制する必要があることに注意してください。それ以外の場合、GCCは、ベンチマークコードにエイリアシングポインタがないことを検出し、インライン化のために制限しても違いはありません。
変換関数を別のファイルに移動することもできます。
#include <math.h>
#ifdef USE_RESTRICT
#else
#define __restrict
#endif
void transform (float * __restrict dest, float * __restrict src,
float * __restrict matrix, int n) __attribute__ ((noinline));
void transform (float * __restrict dest, float * __restrict src,
float * __restrict matrix, int n)
{
int i;
// simple transform loop.
// written with aliasing in mind. dest, src and matrix
// are potentially aliasing, so the compiler is forced to reload
// the values of matrix and src for each iteration.
for (i=0; i<n; i++)
{
dest[0] = src[0] * matrix[0] + src[1] * matrix[1] +
src[2] * matrix[2] + src[3] * matrix[3];
dest[1] = src[0] * matrix[4] + src[1] * matrix[5] +
src[2] * matrix[6] + src[3] * matrix[7];
dest[2] = src[0] * matrix[8] + src[1] * matrix[9] +
src[2] * matrix[10] + src[3] * matrix[11];
dest[3] = src[0] * matrix[12] + src[1] * matrix[13] +
src[2] * matrix[14] + src[3] * matrix[15];
src += 4;
dest += 4;
}
}
float srcdata[4*10000];
float dstdata[4*10000];
int main (int argc, char**args)
{
int i,j;
float matrix[16];
// init all source-data, so we don't get NANs
for (i=0; i<16; i++) matrix[i] = 1;
for (i=0; i<4*10000; i++) srcdata[i] = i;
// do a bunch of tests for benchmarking.
for (j=0; j<10000; j++)
transform (dstdata, srcdata, matrix, 10000);
}
結果:(私の2GhzCore Duoで）
nils@doofnase:~$ gcc -O3 test.c
nils@doofnase:~$ time ./a.out
real 0m2.517s
user 0m2.516s
sys 0m0.004s
nils@doofnase:~$ gcc -O3 -DUSE_RESTRICT test.c
nils@doofnase:~$ time ./a.out
real 0m2.034s
user 0m2.028s
sys 0m0.000s
そのシステムでは、実行速度が20％速くなります。
それがアーキテクチャにどれだけ依存するかを示すために、同じコードをCortex-A8組み込みCPUで実行させました（ループカウントを少し調整したため、それほど長く待ちたくない）：
root@beagleboard:~# gcc -O3 -mcpu=cortex-a8 -mfpu=neon -mfloat-abi=softfp test.c
root@beagleboard:~# time ./a.out
real 0m 7.64s
user 0m 7.62s
sys 0m 0.00s
root@beagleboard:~# gcc -O3 -mcpu=cortex-a8 -mfpu=neon -mfloat-abi=softfp -DUSE_RESTRICT test.c
root@beagleboard:~# time ./a.out
real 0m 7.00s
user 0m 6.98s
sys 0m 0.00s
ここでの違いはわずか9％です（同じコンパイラーです）。
制限キーワードはgcc/g ++で大きな利点を提供しますか？
以下の例のように命令数を減らすことができるので、可能な限り使用してください。
GCC 4.8Linuxx86-64の例
入力：
void f(int *a, int *b, int *x) {
*a += *x;
*b += *x;
}
void fr(int *restrict a, int *restrict b, int *restrict x) {
*a += *x;
*b += *x;
}
コンパイルと逆コンパイル：
gcc -g -std=c99 -O0 -c main.c
objdump -S main.o
で-O0、それらは同じです。
と-O3：
void f(int *a, int *b, int *x) {
*a += *x;
0: 8b 02 mov (%rdx),%eax
2: 01 07 add %eax,(%rdi)
*b += *x;
4: 8b 02 mov (%rdx),%eax
6: 01 06 add %eax,(%rsi)
void fr(int *restrict a, int *restrict b, int *restrict x) {
*a += *x;
10: 8b 02 mov (%rdx),%eax
12: 01 07 add %eax,(%rdi)
*b += *x;
14: 01 06 add %eax,(%rsi)
初心者の場合、呼び出し規約は次のとおりです。
rdi=最初のパラメータrsi=2番目のパラメーターrdx=3番目のパラメーター結論：4ではなく3つの命令。
もちろん、命令のレイテンシーは異なる場合がありますが、これは良い考えです。
なぜGCCはそれを最適化できたのですか？
上記のコードは、非常に明るいウィキペディアの例から取られたものです。
の疑似アセンブリf：
load R1 ← *x ; Load the value of x pointer
load R2 ← *a ; Load the value of a pointer
add R2 += R1 ; Perform Addition
set R2 → *a ; Update the value of a pointer
; Similarly for b, note that x is loaded twice,
; because x may point to a (a aliased by x) thus
; the value of x will change when the value of a
; changes.
load R1 ← *x
load R2 ← *b
add R2 += R1
set R2 → *b
の場合fr：
load R1 ← *x
load R2 ← *a
add R2 += R1
set R2 → *a
; Note that x is not reloaded,
; because the compiler knows it is unchanged
; "load R1 ← *x" is no longer needed.
load R2 ← *b
add R2 += R1
set R2 → *b
本当に速いですか？
えーと...この簡単なテストではありません：
.text
.global _start
_start:
mov $0x10000000, %rbx
mov $x, %rdx
mov $x, %rdi
mov $x, %rsi
loop:
# START of interesting block
mov (%rdx),%eax
add %eax,(%rdi)
mov (%rdx),%eax # Comment out this line.
add %eax,(%rsi)
# END ------------------------
dec %rbx
cmp $0, %rbx
jnz loop
mov $60, %rax
mov $0, %rdi
syscall
.data
x:
.int 0
その後：
as -o a.o a.S && ld a.o && time ./a.out
Ubuntu 14.04 AMD64 CPUInteli5-3210Mの場合。
私はまだ現代のCPUを理解していないことを告白します。次の場合はお知らせください。
制限キーワードの謎を解くという記事は、プログラマー指定のエイリアシングが悪い考えである理由（pdf）を参照しており、一般的には役に立たず、これをバックアップするための測定値を提供します。
キーワードを許可するC++コンパイラは、restrictそれでも無視できることに注意してください。これは、たとえばここの場合です。
このCプログラムをテストしました。完了までに12.640restrict秒かかり、restrict12.516でした。時間を節約できるようです。