通过反汇编来理解restrict关键字

一次难忘的面试经历

多年前，一次互联网某厂实习生的面试题，题目的代码片段很简单，如下：

 1  #include <stdlb.h>
  
 2  int main()
 3 {
 4      int *restrict pInt = (int*)malloc(4);
 5      int *pNewInt = pInt;
 6      return 0;
 7 }

 面试官问我运行结果是什么，我居然当时不加思索的回答，编译器会报错。当时个人理解是这样的，首先用malloc函数分配了一个4Bytes大小的内存，并让pInt指针指向它。同时pInt指针，也被restrict关键字修饰。而restrict就是用来表明是访问一个数据对象的唯一且初始的方式。因此在第5行中，将pInt的值赋值给了另一个指针pNewInt就是错误的。但是遗憾的是，这种错误编译器是不会报错的。下面我们就这个问题来聊一聊restrict关键字。

不使用restrict关键字

 restrict关键字实际上在C99标准出来以前，编译器就已经开始支持类似restrict的语句了，如编译器定义了__restrict。restrict关键字，实际上是用来指示编译器对代码进行优化的。在分析具体含义以前，我们先来看一个没有用restrict的例子。

 在main函数中定义了三个参数p、q、r。这之后调用了f函数，并把p和q的地址传递进去。在f中根据这两个地址，将p和q分别设置为2和3，最后把p的值2当做函数返回值返回，并赋值给整形变量r。这个代码很简单，不过重点不是看它，而是它的反汇编代码，下面我们通过objdump工具执行objdump -j .text -l -C -S test来生成汇编代码。
 首先来看下main函数的汇编代码。如下图所示

 在反汇编代码中的可以看到，分别将p和q的地址分别赋值给了rdi和 rsi寄存器。即rdi保存了p的地址，rsi保存了q的地址。之后调用了f函数。
而在f函数的反汇编代码中，通过如下图所示能确认rdi确实保存着p的地址


 接着，如下图所示，可以看到通过调用了puts函数向屏幕打印信息

最后，f函数最后用rax所指向区域的值，赋给了eax寄存器，即将p的值放入eax作为返回值返回。

 好了，现在有一个疑问，代码其对应的反汇编代码干嘛不直接把立即数2直接赋值给eax,反而多此一举从rax所指向的内存中把2取出来给eax呢？因为编译器之所以不直接把2赋值给eax,而非要从内存中获取，就是担心代码中会通过其他指针访问p所占的区域。在test.c的代码中我们通过指针a访问了p所占的区域，但是编译器不知道指针b是否也是指向p所占的区域，通过指针b是否也对该区域做了修改。因此编译器只能根据return *a，从内存中将2取出来赋值给eax。

使用restrict关键字

 好了，怎么样才能让编译器变得聪明一点呢？这个时候restrict就派上用场了。修改上面代码

 运行编译命令gcc -g -O2 -std=c99 -o test test.c进行编译，使用反汇编工具objdump查看发现

 可以看到直接把2赋给了eax寄存器，作为f的返回值返回了。看明白了吧，restrict关键字起作用了，编译器检测到指针a和b都使用了restrict关键字，也就是说，它们所指向的空间都只能通过指针a和b访问，不会有其他途径。这个时候，编译器就可以放心大胆地进行优化了，直接把2赋给了eax,而不用再从内存中获取了。这样，f的执行效率也提高了。这里还有一点需要注意，C++程序并不支持restrict关键字，但是可以使用“__restrict”关键字。