<C语言> C99 Restrict memcpy 内存重叠

浅浅的花香味﹌ 2023-08-17 16:23 91阅读 0赞

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C语言关键字，编译器优化时使用，不要对编译器撒谎，如果把一个指针定义成Restrict , 编译器会相信你，并对程序进行优化，如果出现内存重叠的问题，

编译器不会替你排查。memcpy()会有内存重叠的问题，memove()会提前帮你检查是否有内存重叠的问题。

visual studio 把函数和变量定义成 Restrict 的方法不一样。

变量 ： int \* \_\_restrict

函数： \_\_declspec(restrict) *pointer\_return\_type* *function*();

\_\_declspec(restrict) float \* ma(int size) \{ float \* retval; retval = memptr; memptr += size; return retval; \}

c99中新增加了一个类型定义，就是restrict。

概括的说，关键字restrict只用于限定指针；该关键字用于告知编译器，所有修改该指针所指向内容的操作全部都是基于(base on)该指针的，即不存在其它进行修改操作的途径；这样的后果是帮助编译器进行更好的代码优化，生成更有效率的汇编代码。

举个简单的例子

int foo (int* x, int* y) {
        *x = 0;
        *y = 1; return *x; }

很显然函数foo()的返回值是0，除非参数x和y的值相同。可以想象，99％的情况下该函数都会返回0而不是1。然而编译起必须保证生成100%正确的代码，因此，编译器不能将原有代码替换成下面的更优版本

int f (int* x, int* y) {
        *x = 0;
        *y = 1; return 0; }

现在我们有了restrict这个关键字，就可以利用它来帮助编译器安全的进行代码优化了

int f (int *restrict x, int *restrict y) { *x = 0; *y = 1; return *x; }

此时，由于指针 x 是修改 \*x的唯一途径，编译器可以确认 “\*y=1; ”这行代码不会修改 \*x的内容，因此可以安全的优化为

int f (int *restrict x, int *restrict y) { *x = 0; *y = 1; return 0; }

最后注意一点，restrict是C99中定义的关键字，C++目前并未引入；在GCC可通过使用参数” -std=c99”  
来开启对C99的支持

下面是我从C语言核心技术一书上摘的：

void *memcpy( void * restrict dest , const void * restrict src, size_t n)

这是一个很有用的内存复制函数，由于两个参数都加了restrict限定，所以两块区域不能重叠，即 dest指针所指的区域，不能让别的指针来修改，即src的指针不能修改. 相对应的别一个函数 memmove(void \*dest, const void \*src, size\_t)则可以重叠。

**概念：**

restrict，C语言中的一种类型限定符（Type Qualifiers），用于告诉编译器，对象已经被指针所引用，不能通过除该指针外所有其他直接或间接的方式修改该对象的内容。

**渊源：**

restrict是c99标准引入的，它只可以用于限定和约束指针，并表明指针是访问一个数据对象的唯一且初始的方式.即它告诉编译器，所有修改该指针所指向内存中内容的操作都必须通过该指针来修改,而不能通过其它途径(其它变量或指针)来修改;这样做的好处是,能帮助编译器进行更好的优化代码,生成更有效率的汇编代码.如 int \*restrict ptr, ptr 指向的内存单元只能被 ptr访问到，任何同样指向这个内存单元的其他指针都是未定义的，直白点就是无效指针。restrict 的出现是因为 C 语言本身固有的缺陷，C 程序员应当主动地规避这个缺陷，而编译器也会很配合地优化你的代码.

**使用场景：**

*  非常需要性能。
 *  需要改写指针的所指物。
 *  明确知道某两个指针在业务逻辑上不会、也不能重叠

**例子：**

![复制代码][copycode.gif]

1 #include <stdio.h>
     2 
     3 int foo(int *a, int *b)
     4 {
     5     *a = 5;
     6     *b = 6;
     7     return *a + *b;
     8 }
     9  
    10 int rfoo(int *restrict a, int *restrict b)
    11 {
    12     *a = 5;
    13     *b = 6;
    14     return *a + *b;
    15 }
    16 
    17 int main()
    18 {
    19     int i =0;
    20     int *a = &i;
    21     int *b = &i;
    22     
    23     printf("%d ",foo(a,b));
    24     printf("%d ", rfoo(a,b));
    25 
    26 }

![复制代码][copycode.gif]

在gcc 8.1 下的运行结果：

![1003156-20181113140015705-678303866.png][]

不过，我有一点是疑惑的，暂时没有想清楚，就是我在自己的ubuntu 16.04上编译，一直是不会运行出来11的结果，感觉是这个关键字没有起作用，网上查了一下没有查到原因，请知道答案的朋友解释一下，多谢．

参考文档：

１　[https://en.cppreference.com/w/c/language/restrict][https_en.cppreference.com_w_c_language_restrict]

memcpy是C语言中的库函数，在头文件string.h中，作用是拷贝一定长度的内存的内容，原型分别如下：

void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t count)

使用memcpy时，有可能会遇到内存重叠的问题：  
![143551_TRaX_154563.png][]  
第一种情况下，拷贝重叠的区域不会出现问题，内容均可以正确的被拷贝。  
第二种情况下，问题出现在右边的两个字节，这两个字节的原来的内容首先就被覆盖了，而且没有保存。所以接下来拷贝的时候，拷贝的是已经被覆盖的内容，显然这是有问题的。

通过memmove可以避免这一问题。memmove和memcpy实现一样的功能：内存拷贝。原型如下：

void *memmove(void *dest, const void *src, size_t count)

以下几点你需要了解：

1.  memove可以避免内存拷贝时的重叠问题。
2.  实际上，memcpy只是memmove的一个子集。
3.  memcpy比memmove的速度要快一些。

有兴趣的，可以看看[linux的源码][linux]，实现很简单，一看就明白。

/**
     * memcpy - Copy one area of memory to another
     * @dest: Where to copy to
     * @src: Where to copy from
     * @count: The size of the area.
     *
     * You should not use this function to access IO space, use memcpy_toio()
     * or memcpy_fromio() instead.
     */
    void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t count) { char *tmp = dest; const char *s = src; while (count--) *tmp++ = *s++; return dest; } /** * memmove - Copy one area of memory to another * @dest: Where to copy to * @src: Where to copy from * @count: The size of the area. * * Unlike memcpy(), memmove() copes with overlapping areas. */ void *memmove(void *dest, const void *src, size_t count) { char *tmp; const char *s; if (dest <= src) { tmp = dest; s = src; while (count--) *tmp++ = *s++; } else { tmp = dest; tmp += count; s = src; s += count; while (count--) *--tmp = *--s; } return dest; }

转载于:https://www.cnblogs.com/focus-z/p/11337001.html

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[copycode.gif]: /images/20230810/8b955a41e4ba460591ccaf245b986576.png
[1003156-20181113140015705-678303866.png]: /images/20230810/8771bd488670413483f1282898826e1e.png
[https_en.cppreference.com_w_c_language_restrict]: https://en.cppreference.com/w/c/language/restrict
[143551_TRaX_154563.png]: https://static.oschina.net/uploads/space/2016/1227/143551_TRaX_154563.png
[linux]: https://github.com/torvalds/linux/blob/master/lib/string.c