C的限制关键字可以在C++中使用严格的混叠来模拟吗？

Can C's restrict keyword be emulated using strict aliasing in C++?

本文关键字：模拟 关键字 C++      更新时间：2023-10-16

问题

C 中缺少C中的restrict关键字，因此出于兴趣，我正在寻找一种在C 中模仿相同功能的方法。

具体来说，我希望以下等效：

// C
void func(S *restrict a, S *restrict b)
// C++
void func(noalias<S, 1> a, noalias<S, 2> b)

其中 noalias<T, n>

  • 用->和*访问T*的行为就像CC_3
  • 可以从T*构造（以便将函数称为func(t1, t2)，其中t1和t2均为T*类型）
  • 索引n指定了变量的"混叠类"，因此可以假定noalias<T, n>和noalias<T, m>类型的变量永远不会对n！= m。

尝试

这是我深处有缺陷的解决方案：

template <typename T, int n>
class noalias
{
    struct T2 : T {};
    T *t;
public:
    noalias(T *t_) : t(t_) {}
    T2 *operator->() const {return static_cast<T2*>(t);} // <-- UB
};

使用->访问时，它将内部存储的T*投入到noalias<T, n>::T2*并返回。由于这是每种n的不同类型，因此严格的别名规则可确保它们永远不会别名。另外，由于T2源自T，因此返回的指针的行为就像T*。太好了！

更好的是，代码编译和组装输出确认其具有所需的效果。

问题是static_cast。如果t确实指向T2类型的对象，则可以。但是t指向T，所以这是UB。实际上，由于T2是一个子类，它对T没有任何额外的添加，因此可能具有相同的数据布局，因此T2*上的成员访问将在T中的相同偏移中寻找成员，并且一切都很好。<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<</p>

但是，具有n依赖性类是严格的混叠所必需的，并且此类源自T也是必要的，以便可以将指针视为T*。因此，UB似乎不可避免。

问题

  • 可以在C 14中完成此操作而不调用UB-可能使用完全不同的想法？

  • 如果没有，那么我在C 1z中听说过"点运算符"；这样可以吗？

  • 如果以上，是否会出现在标准库中？

您可以使用 __restrict__ gcc扩展名进行联合/别名。

来自文档

除了允许限制指针外，您还可以指定有限的参考文献，该引用表明该参考文献在本地上下文中不明化。

void fn (int *__restrict__ rptr, int &__restrict__ rref)
{
/* ... */
}

在fn的主体中，rptr指向一个非偏见的整数，而RREF指的是（不同的）非偏置整数。您还可以通过使用__restrict__作为成员函数预选程序来指定成员函数的该指针是否不明化。

void T::fn () __restrict__
{
/* ... */
}

在T::fn的主体内，这将具有有效的定义T *__restrict__ const this。请注意，__restrict__成员函数预选赛的解释与const或volatile预选赛的解释不同，因为它应用于指针而不是对象。这与实施限制指针的其他编译器一致。

与所有最外部参数限定符一样，__restrict__在函数定义匹配中被忽略。这意味着您只需要在函数定义中指定 __restrict__，而不是在函数原型中指定。

也许我不明白您的问题，但是C限制关键字已从标准C 中删除，但几乎每个编译器都具有其" C限制"等效物：

Microsoft vs具有__declSpec（限制）：https：//msdn.microsoft.com/en-us/library/8bcxafdh.aspx

和GCC具有__限制__：https：//gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/restrictal-pointers.html

如果您想要一个通用的定义，则可以使用＃define的

#if defined(_MSC_VER)
#define RESTRICT __declspec(restrict)
#else
#define RESTRICT __restrict__
#endif

我不测试它，让我知道是不起作用

如果我们只是在谈论纯C 标准解决方案，运行时检查是唯一的办法。实际上，考虑到C的定义限制LVALUE预选赛的强度，我什至不确定是否可以，这是该对象只能通过限制指针访问。

添加类似限制语义的语义到c 的正确方法是使标准定义模板限制参考和受限制指针，以使得像普通参考和指针一样工作的虚拟版本可以在C 中进行编码。虽然可以生成在所有定义情况下按要求行事的模板，并在所有情况下都应调用UB，但除非编程编程以利用有关的UB来利用所涉及的UB，否则这样做将是无用的。这样的优化。在代码使用为此目的的标准定义类型的情况下，对编译器进行编程来利用此类优化，而不是试图在用户类型中识别它可以利用的模式更容易，更有效要具有不希望的副作用。

我认为即使著名的UB不存在，您的解决方案也无法完全实现预期的目标。毕竟，所有实际数据访问都会在内置类型级别上发生。如果decltype(a->i)是int，并且您的功能操纵int*指针，则在某些情况下，编译器仍应假设这些指针可以别名a->i。

示例：

int func(noalias<S, 1> a) {
    int s = 0;
    int* p = getPtr();
    for ( int i = 0; i < 10; ++i ) {
        ++*p;
        s += a->i;
    }
    return s;
}

使用noalias的用法几乎不会启用上述功能的优化：

int func(noalias<S, 1> a) {
    *getPtr() += 10;
    return 10 * a->i;
}

我的感觉是restrict不能模仿，必须直接由编译器支持。

相关文章：