C／C++ volatile restrict 用法

volatile和restrict是C和C++中的两个关键字，都用于指示编译器优化。

volatile

volatile的本意是“易变的”，用法和const一样：

volatile int a; // 易变的int变量a

volatile int *p; // 指向易变位置的指针p

这个关键字的用处是什么？考虑下面的代码：

val1 = a;

/*

一段没有使用a值的代码

*/

val2 = a;

默认情况下，聪明的编译器可以注意到两段代码之间没有使用x。所以在第一次赋值时，会将a值放入寄存器，并在第二次赋值的时候直接从寄存器读取值，不用返回内存或cache，提高效率。

但是，如果你的程序是并发程序，或者在中间的代码里使用一些“意想不到的方式”改变了a的值（比如内联汇编），编译器却不知道，程序就会得出错误的结果。这时就需要给a加上volatile，语义即为“这个变量可能在中途在你看不到会被改变”，这样一来，编译器就不会做优化，得到正确结果。

volatile和const看上去是矛盾的，但是他们可以一起用。同样的道理，const只是表示“我这里不能赋值更改”，但这段代码以外仍可以修改它。

volatile const int a;

restrict

restrict用于修饰一个指针，表示“只能通过这个指针访问其变量”：

int ar[10];

int restrict *p1 = (int*)malloc(10*4);

int *p2 = ar;

p1指向的内存，肯定是只能通过p1访问的，所以可以添加restrict；但p2所指的内存，通过ar和p2都可以访问，所以不应添加restrict。另外，restrict不是标准，算是方言，所以不是所有地方都有，形式也不一定相同（也可能是__restrict等等）。

如果编译器知道restrict信息，就可以更好的优化，比如：

for (i=0; i<10; i++) {

    p1[i] += 5;

    p2[i] += 5;

    ar[i] *= 2;

    p2[i] += 5;

    p1[i] += 5;

}

编译器知道p1[i]是独立的，所以它可以把两条p1有关的语句合成一条：

p1[i] += 10。

而p2则显然不能替换，因为p2和ar是同一个值，替换了结果就错了。与votatile相反，默认情况下，编译器假设的是“最坏的情况”，不做任何优化。只有手动添加restrict后，才会认为变量唯一，可以选择捷径。

另一个典型例子是用于形参指针：

int f(int *p1, int *p2) {

    *p1 = 10;

    *p2 = 12;

    return *p1;

}

这段函数的结构很简单，编译器能推断优化，直接返回10吗？不可以，因为如果p1和p2相等，返回值就是12。所以这个优化不能做；而如果你明知传入的p1和p2一定不相等，你就可以在形参列表里加上限制，如此一来，编译器就知道p1和p2一定指向两个变量，大胆的优化。

int f(restrict int *p1, restrict int *p2) {

    *p1 = 10;

    *p2 = 12;

    return *p1; // 大胆优化为10

}

另一个经典例子是memcpy和memmove函数的声明：

void * memcpy(void * restrict s1, const void * restrict s2, size_t n);

void * memmove(void * s1, const void * s2, size_t n);

这两个函数都从位置s2把n字节拷贝到位置s1。memcpy()函数要求两个位置不重叠，但是memove()没有这样的要求。所以第一个函数声明为restrict说明两个指针是访问到相应数据的唯一方式，而第二个没有，他允许拷贝的区间有重叠。

当你使用了restrict，就等于说明“只能通过这个指针访问其区域”，编译器会按照这个方式优化，你仍然可以调用相同的重叠参数传入，但会得到错误的结果（比如上面的f）。