指针容器的指针别名

Pointer aliasing of pointer containers

本文关键字：指针 别名      更新时间：2023-10-16

我了解到指针别名可能会影响性能，__restrict__属性(在GCC中，或其他实现中的等效属性(可能有助于跟踪哪些指针应该或不应该别名。同时，我还了解到GCC对valarray的实现存储了一个__restrict__’ed指针(https://gcc.gnu.org/onlinedocs/libstdc++/libstdc++-html-USERS-4.1/vallarray-source.html(，我认为这暗示了编译器(和负责的用户(，可以假设私有指针在valarray方法中的任何地方都没有别名。

但是，如果我们将指向valarray对象的指针别名，例如：

#include <valarray>
int main() {
    std::valarray<double> *a = new std::valarray<double>(10);
    std::valarray<double> *b = a;
    return 0;
}

说a的成员指针也有别名是有效的吗？b的存在会损害valarray方法在其他方面可能受益的任何优化吗？(指向优化的指针容器是不是一种糟糕的做法？(

让我们首先了解混叠是如何影响优化的。

考虑一下这个代码，

void
process_data(float *in, float *out, float gain, int nsamps)
{
    int i;
    for (i = 0; i < nsamps; i++) {
        out[i] = in[i] * gain;
    }
}

在C或C++中，参数in和out指向内存中的重叠区域是合法的。。。。当编译器优化函数时，它通常不知道in和out是否是别名。因此必须假设通过CCD_ 13的任何存储都可以影响由CCD_，这严重限制了它对代码进行重新排序或并行化的能力(对于一些简单的情况，编译器可以分析整个程序，以确定两个指针不能是别名。但通常，编译器不可能确定两个指示器是否是别名，因此为了安全起见，它必须假设它们是别名(。


来到你的代码，

#include <valarray>
int main() {
    std::valarray<double> *a = new std::valarray<double>(10);
    std::valarray<double> *b = a;
    return 0;
}

由于CCD_ 15和CCD_。valarray使用的底层存储结构也会被别名化(我认为它使用了一个数组。对此不太确定(。因此，以类似于上面所示的方式使用a和b的代码的任何部分都不会从编译器优化(如并行化和重新排序(中受益。请注意，仅仅是b的存在不会影响优化，而是影响您如何使用它。

学分：引用的部分和代码取自此处。这也应该是一个很好的来源，可以获得更多关于该主题的信息。

说a的成员指针也有别名是有效的吗？

是的。例如，a->[0]和b->[0]引用相同的对象。这就是混叠。


b的存在会损害valarray方法在其他方面可能受益的任何优化吗？

没有。

您还没有在示例代码中对b做任何操作。假设您有一个比这个示例代码大得多的函数，它以相同的构造开始。如果该函数的前几行使用a但从不使用b，而其余几行则使用b但不使用a，则通常不会有问题。通常(不过，优化编译器确实会重新排列代码行。(

另一方面，如果混合使用a和b，则不会影响优化。你正在做更糟糕的事情：你正在调用未定义的行为"不要这样做"是未定义行为问题的最佳解决方案。

附录

C restrict和gcc __restrict__关键字对编译器或标准库的开发人员没有约束。这些关键字是对编译器/库的承诺，即受限制的数据不会与其他数据重叠。编译器/库不会检查程序员是否违反了这一承诺。如果此承诺启用某些优化，而这些优化在数据重叠时可能无效，则编译器/库可以自由应用这些优化。

这意味着restrict(或__restrict__(是对您的限制，而不是编译器。即使没有b指针，也可以违反这些限制。例如，考虑

*a = a->[std::slice(a.size()-1,a.size(),-1)];

这是未定义的行为。

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