Restrict: Endgame – come, quando e perché usare il type qualifier restrict in C

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Restrict: Endgame
come, quando e perché usare il type qualifier restrict in C

Scott Lang/Ant-Man: Voi avete mai studiato la fisica quantistica?
Natasha Romanoff/Vedova Nera: Solo per fare conversazione.

Beh, vediamo un po’: siamo ad Agosto, fa caldo, sono in ferie… macchimmelofaffare di scrivere un post? E vabbè, lo faccio, ma sarà un post leggero e frivolo, in cui riutilizzerò la struttura, il tema e perfino il titolo dell’ultimo articolo che ho scritto. E quindi mi ispirerò ancora al formato tutto trame e sottotrame del bel Avengers: Endgame per fare una dotta (?) disquisizione nonché “chiusura finale”  su un altro misterioso e (fortunatamente) poco usato type qualifier del C: restrict.

restrict: endgame
…ti spiego: restrict non serve a niente…

Per seguire lo stesso schema dell’ultimo articolo bisogna ora dare le notizie, e direi di cominciare con quella buona:

  • La buona notizia è che, similmente a volatile che si usava solo col contagocce, restrict si usa ancora meno, visto che è veramente poco utile (e nella citazione di chiusura dell’articolo capirete il perché) ma, comunque, non è vietato usarlo.

E anche qui c’è una cattiva notizia collegata a quella buona:

  • Visto che usare restrict è possibile, se lo si usa bisogna usarlo bene, altrimenti si possono avere comportamenti indefiniti (undefined behavior) durante l’esecuzione del programma: macchittelofaffare?

E veniamo al dunque: nel titolo di questo articolo preannunciavo la descrizione del come, quando e perché usare restrict in C, per cui ora ci tocca cominciare con:

IL COME:

Ricordiamo che restrict è un type qualifier, e quindi si usa (solo) per aggiungere una proprietà a un pointer (ripeto, solo a un pointer) a un tipo qualsiasi già esistente, quindi il come è semplicissimo e, ad esempio, possiamo scrivere:

int *dummy;              // un int pointer normalissimo che si chiama dummy
int *restrict res_dummy; // un int pointer di tipo restrict che si chiama res_dummy

E vi ricordo nuovamente che i type qualifier sono solo quattro: volatile, restrict, const e _Atomic, quindi ce ne mancano ancora due da analizzare… (uff, siamo solo a metà!). E ora siamo pronti a passare al prossimo punto:

IL QUANDO:

Per capire il quando bisogna descrivere brevemente cosa fa restrict applicato a un pointer: dice al compilatore che l’oggetto puntato da quel pointer sarà puntato esclusivamente attraverso quel pointer e mai con un altro: quindi restrict si dovrebbe usare quando abbiamo il controllo totale del codice scritto e siamo sicuri che questa condizione di uso esclusivo sarà sempre rispettata (e se no: undefined behaviour!). Uhm, “controllo totale del codice scritto” questo è possibile per programmatori molto esperti (ne ho già parlato) però diventa molto difficile lavorando in team (anche piccoli).

E ora siamo pronti per il prossimo punto, che è:

IL PERCHÉ:

Il perché direi che si può riassumere in: perché voglio ottenere un codice super-ultra-stra-mega efficiente e ottimizzato e, visto che non mi fido delle ottimizzazioni realizzate autonomamente dal compilatore, voglio aiutarlo un po’… beh, questo appare un po’ presuntuoso e pretenzioso e, tra l’altro, ne ho già parlato qui.

Riassumendo, a questo punto possiamo trarre la inevitabile conclusione, che è: restrict non è del tutto inutile, ma è da usare con tale parsimonia e attenzione che si può benissimo farne a meno, e non a caso in alcuni ambienti di programmazione molto restrittivi (ad esempio quelli in cui si usano le norme MISRA) l’uso è scoraggiato.

È però una buona abitudine usare restrict quando si scrivono funzioni molto ottimizzate (magari di libreria) con uso di argomenti “limitati”  (ma con la condizione di documentare adeguatamente agli utilizzatori le restrizioni d’uso). Ad esempio, se ho bisogno di scrivere una mia versione in C della memcpy(), perché non voglio/posso usare quella standard, dovrei dichiararla come:

void *myMemcpy(void *restrict dest, const void *restrict src, size_t n);

Così la nuova funzione avrebbe esattamente le stesse limitazioni e lo stesso prototipo della memcpy() standard, dove gli argomenti src e dest non possono “overlappare“.

E adesso, dopo tante parole, ci vuole un po’ di codice, per cui vi propongo un esempio semplicissimo, che è uno dei tanti possibili (l’ho scopiazzato da cppreference.com perché non avevo voglia di scriverne uno ad-hoc):

// copy() - funzione di copia senza overlap 
void copy(int n, int *restrict dest, int *restrict src)
{
    while (n-- > 0)
        *dest++ = *src++;   // nessuno degli oggetti modificati tramite *dest
                            // è uguale a nessuno degli oggetti letti tramite 
                            // *src. Il compilatore è libero di ottimizzare, 
                            // vettorializzare, mappare le pagine, ecc.
}

// funzione main
int main()
{
    extern int d[100];
    copy(50, d + 50, d);    // OK
    copy(50, d + 1, d);     // Undefined behavior: d[1] è utilizzato attraverso 
                            // entrambi dest e src in copy()
}

E per concludere, vi aggiungo la citazione (che ho già usato qui e qui) di uno molto più bravo di me, come avevo promesso all’inizio dell’articolo. Una citazione che riassume quello che penso di restrict, e che può aiutare a tornare coi piedi per terra quando ci si perde in dettagli ininfluenti e si scrive del pessimo codice pensando di scrivere un capolavoro:

"The real problem is that programmers have spent far too much time worrying about 
efficiency in the wrong places and at the wrong times; premature optimization is 
the root of all evil (or at least most of it) in programming" 
                     
                     [Donald Ervin Knuth, "Computer Programming as an Art", 1974] 

E per oggi penso che possa bastare. Rilassatevi, che siamo in Agosto!

Ciao, e al prossimo post!

A proposito di me

Aldo Abate

È un Cinefilo prestato alla Programmazione in C. Per mancanza di tempo ha rinunciato ad aprire un CineBlog (che richiede una attenzione quasi quotidiana), quindi ha deciso di dedicarsi a quello che gli riesce meglio con il poco tempo a disposizione: scrivere articoli sul suo amato C infarcendoli di citazioni Cinematografiche. Il risultato finale è ambiguo e spiazzante, ma lui conta sul fatto che il (si spera) buon contenuto tecnico induca gli appassionati di C a leggere ugualmente gli articoli ignorando la parte Cinefila.
Ma in realtà il suo obiettivo principale è che almeno un lettore su cento scopra il Cinema grazie al C...

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