c - `const T *restrict` 能保证指向的对象没有被修改吗？

Question

考虑以下代码:

void doesnt_modify(const int *);

int foo(int *n) {
    *n = 42;
    doesnt_modify(n);
    return *n;
}

定义doesnt_modify的地方对编译器不可见。因此，它必须假定 doesnt_modify更改对象 n指向并必须阅读 *n在 return 之前(最后一行不能用 return 42; 代替)。

假设，doesnt_modify不修改 *n .我考虑了以下几点以允许优化:

int foo_r(int *n) {
    *n = 42;
    { /* New scope is important, I think. */
        const int *restrict n_restr = n;
        doesnt_modify(n_restr);
        return *n_restr;
    }
}

这有一个缺点，即 doesnt_modify 的调用者必须告诉编译器 *n没有被修改，而不是函数本身可以通过它的原型(prototype)告诉编译器。简单 restrict - 将参数限定为 doesnt_modify在声明中是不够的，cf。 “Is top-level volatile or restrict significant [...]?” .

使用 gcc -std=c99 -O3 -S 编译时(或具有相同选项的 Clang)，所有函数都编译为等效的程序集，全部重新读取 42来自 *n .

1. 是否允许编译器为 return 42; 执行此优化(用 foo_r 替换最后一行) ？如果没有，是否有一种(可移植的，如果可能的话)告诉编译器的方法 doesnt_modify不修改它的参数指向什么？编译器有没有办法理解和使用？

2. 是否有任何函数具有 UB(假设 doesnt_modify 不修改其参数的指针对象)？

为什么我认为，restrict可以在这里提供帮助(来自 C11 (n1570) 6.7.3.1“restrict 的正式定义”，p4 [emph.mine]):

[在这种情况下，B是 foo_r 的内部 block , P是n_restr , T是const int , 和 X是由 *n 表示的对象，我想。]

During each execution of B, let L be any lvalue that has &L based on P. If L is used to access the value of the object X that it designates, and X is also modified (by any means), then the following requirements apply: T shall not be const-qualified. […]

$ clang --version
Ubuntu clang version 3.5.0-4ubuntu2 (tags/RELEASE_350/final) (based on LLVM 3.5.0)
Target: x86_64-pc-linux-gnu

Gcc 版本是 4.9.2，在 x86 32 位目标上。

Answer 1

版本 1 似乎由 restrict (C11 6.7.3.1) 的正式定义明确指定。对于以下代码:

const int *restrict P = n;
doesnt_modify(P);
return *P;

6.7.3.1中使用的符号是:

• B - 那个代码块
• P - 变量 P
• T - *P 的类型，即 const int
• X - P
指向的(非常量)int
• L - 左值 *P 是我们感兴趣的

6.7.3.1/4(部分):

During each execution of B, let L be any lvalue that has &L based on P. If L is used to access the value of the object X that it designates, and X is also modified (by any means), then the following requirements apply: T shall not be const-qualified [...] If these requirements are not met, then the behavior is undefined.

请注意 T 是 const 限定的。因此，如果在此 block 期间(包括调用该 block 中的函数期间)以任何方式修改了 X，则行为未定义。

因此编译器可以像 doesnt_modify 没有修改 X 一样进行优化。

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版本 2 对于编译器来说有点困难。 6.7.6.3/15 表示在原型(prototype)兼容性中不考虑顶级限定符——尽管它们没有被完全忽略。

所以尽管原型(prototype)说:

void doesnt_modify2(const int *restrict p);

仍然可能是函数体声明为 void dont_modify2(const int *p)，因此可能会修改 *p。

我的结论是，当且仅当编译器可以看到 doesnt_modify2 的定义并确认 p 在定义中被声明为 restrict参数列表，然后它就可以执行优化。