无名啊

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无名啊

如何理解 C/C++ 中的 指针别名（pointer alias）、restrict、const 的关系呢？

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@老虎会游泳，噢，是我想错了 编译器认为 this 没被改，但 this->target 可能被改了。。

x64 时，this 作为第一个参数，存在 rdi 中？

老虎会游泳

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无名啊

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@无名啊，this可能已经优化到了寄存器中。

T::unpack3bit 每次移位之前都重新获取 target 变量的地址放到 rdi 中， mov rdi, QWORD PTR [rdx] ，而 target 整个过程没有改变，这样做没有必要。

这里是在读取target指针的值，mov rdi, QWORD PTR [rdx]，是以rdx寄存器的值为内存首地址，连续读取8字节到rdi寄存器。

因为target是struct T的第一个成员，所以它的首地址就是this。也就是说，this在rdx寄存器。

所以问题是程序一直在从内存加载this->target，而非一直在从内存加载this。

老虎会游泳

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无名啊

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int a, b, c, d, e, f, g;
int *h = &b;

而在这种情况下，可能是a、c、d、e、h在寄存器，b在内存，因为&b需要一个内存地址。指针h通常在寄存器，因为这样更快。至于a、c、d、e、f、g哪个在寄存器哪个在内存，取决于它们的使用情况。

无名啊

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@老虎会游泳，this 符合【完全优化至寄存器的条件】吗？我记得是只读的啊。。那篇文章里，也没有要 &this。。

老虎会游泳

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@无名啊，举个例子：

int a, b, c, d, e, f, g;

如果有5个空闲寄存器，那么a到e就只在寄存器，完全不在内存，f和g在内存，根据需要读取到寄存器。

既然可以完全优化至寄存器，自然不需要考虑缓存失效问题。

而指向缓冲区的局部指针变量恰好符合完全优化至寄存器的条件。

老虎会游泳

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无名啊

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@无名啊，this是一个内存地址，既然是内存地址，所以当然在内存。编译器的问题只是在没有必要的情况下反复读取了它。

而我说的寄存器变量，是完全不在内存，在且仅在寄存器的变量，这样的变量根本没有内存地址。

无名啊

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@老虎会游泳，我能看懂一点点汇编，你说的我能理解。（看过半本墨绿色的 x86 汇编书，但没咋写过，又都忘得差不多了。。）

老虎会游泳

54楼回复

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@无名啊，寄存器没有内存地址，所以任何有地址的内容必然在内存，但是在内存不意味着慢，因为它还可以同时存在于L3/L2/L1缓存中，而且也不必马上写回内存。

任何不需要有内存地址的内容，都可以放进寄存器，只要寄存器还没满。

内容在不在寄存器是静态分配的，编译的时候就决定了，查看汇编代码就能看出来。

如果寄存器还没满，并且内容不需要有内存地址，编译器没有理由不把它放进寄存器，除非专门指示它不进行此类优化（-O0或volatile）。

无名啊

53楼回复

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@老虎会游泳，不对，你看看 知乎那篇文章 提到的第三个例子，

修改了 this->target 的值（unsigned char 类型），导致编译器认为 this 也可能被修改了，所以后续每次 this->target 都要重新读取 this。。

（我记得 C++ 的 this 是只读的？还是啥？编译器咋会认为被修改了呢。。）

老虎会游泳

52楼回复

无名啊

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@无名啊，以下是可能的分配：

char buf[16]; // 数组只能在内存，因为数组访问操作涉及取地址。内存中的数据会自动逐级缓存在L3/L2/L1 Cache，该操作由CPU自动完成。
char *read_next = buf; // 指针本身可以在寄存器，指向的内容当然不在寄存器，只可能在内存和缓存中
char *write_next = buf + 16; // 指针本身可以在寄存器，指向的内容当然不在寄存器，只可能在内存和缓存中

如果一个内容可以被指针指向，意味着它一定有一个内存地址，也就是说它一定在内存中，当然它也可以同时在L3/L2/L1 Cache中，但不会在寄存器中。在寄存器中的内容没有内存地址。

但是指针本身（也就是内存地址这个数值本身）可以在寄存器中。

无名啊

51楼回复

无名啊

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@老虎会游泳，意思是，拿某个寄存器来存 read_next，而不存入栈上了

好像写入数组末尾之后，是未定义行为。这么说，编译器认为 read_next 未被修改也无不可。。

哎，还是等写完之后，再加 restrict 试试吧。反正也不是啥速度极为严苛的场景，只是想顺便学学 restrict 而已

老虎会游泳

50楼回复

无名啊

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@无名啊，

缓存至寄存器

没有这种操作。

一个变量要么在寄存器，要么在内存，不会同时位于两者。

位于内存的变量只会被缓存到L3/L2/L1 Cache中，不会位于寄存器。而这个缓存操作是CPU自动进行的，不需要程序控制。

所以，变量在不在寄存器，看汇编代码就能知道，不需要运行时确定。

无名啊

49楼回复

无名啊

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@老虎会游泳，

指针本身是否被优化到寄存器与restrict无关。如果不对指针进行取地址操作，它就可以被优化到寄存器。

char buf[16];
char *read_next = buf, *write_next = buf + 16;

*write_next = '\0'; // 此时 read_next 岂不就被修改了吗？（假设 read_next 就在 buf 后面）

编译器咋会放心把 read_next 缓存至寄存器的。。

老虎会游泳

48楼回复

无名啊

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@无名啊，至于43楼的设计到底能不能认为所有权发生了转移，我认为是值得争议的问题。

因为从瞬时来看，每个单独的时刻，所有权都从读指针转移到了写指针。

但从全局来看，所有权在读指针和写指针之间共享。

所以到底算不算转移，可能是“实现定义的”

无名啊

47楼回复

无名啊

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@老虎会游泳，老虎用 restrict 的情景多吗？

我是不是要写完那个小插件，再试试加 restrict，才理解得更快呢。。

老虎会游泳

46楼回复

无名啊

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@无名啊，restrict针对的是指针指向的内容，不是指针本身。指针本身是否被优化到寄存器与restrict无关。如果不对指针进行取地址操作，它就可以被优化到寄存器。如果不确定，你可以用gcc -O2 -S查看汇编代码。

无名啊

45楼回复

无名啊

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@老虎会游泳，感觉 43 楼的设计，没法加 restrict？

那岂不读指针和结束指针都没法缓存至寄存器，每次读取前都要读一次内存？（因为编译器认为，写指针可能会修改 char *read_next, *end？）

老虎会游泳

44楼回复

无名啊

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@无名啊，我知道你想采用的方法。我的观点是如果不确定就不要使用。

注解
restrict 限定符（像寄存器存储类）是有意使用以促进优化的。而从所有组成一致程序的预处理翻译单元中，删除所有此限定符的实例不会影响其含义（即可观的行为）。
编译器可以忽略任何一个或全部使用 restrict 的别名使用暗示。
欲避免未定义行为，程序员应该确保 restrict 限定指针所做的别名引用断言不会违规。

此外实现类型转换解引用的另一个方案：

许多编译器提供作为 restrict 对立面的语言扩展：指示即使指针类型不同，也可以别名使用的属性： may_alias (gcc)

无名啊

43楼回复

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@老虎会游泳，画了个草图，容易理解：

老虎会游泳

42楼回复

无名啊

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@无名啊，有一个实验方法，就是用 gcc -O2 -S 编译一段函数，看看加restrict和不加有什么区别。