restrict / __restrict / __restrict_

最近在RHEL7上使用字符串拷贝函数wcscpy()，发现出来的结果不对，好像是dest的缓冲区被破坏了：

int main(){wchar_tbuf[256] = L"\n \n Total memory used\n Total buffer size\n \n Totalphysical memory used\n Total memory actually used.\n";wchar_tnlStr[5] = L"\n ";wchar_t *tmp =buf;int nlStrLen =wcslen(nlStr);while (tmp =wcsstr(tmp, nlStr)){  wcscpy(tmp + nlStrLen -1, tmp + nlStrLen);tmp ++;}  printf("%ls",buf);return 0;}

这段代码的作用是将buf中的"\n"后的空格去掉，关键是对wcscpy()的调用。wcscpy()将src字串拷贝到dest。而本例中，src与dest出现了内存上的交叠。

一般来讲，src与dest的交叠方式分两种（如下图）：

1. dest的头与src的尾相交叠。

2. src的头与dest的尾相交叠，本例尾这种情况。

虽然manpage对wcscpy()的说明中强调了，src与dest不应该交叠，但分析wcscpy()的实现逻辑，发现对于交叠情况2，也应该正确工作，因为wcscpy()总是从src的头开始向dest的头拷贝数据，所以当拷贝指针移动到src的尾部并拷贝数据写入dest的尾部，也即src的头部时，并不会损害dest。

但是现在问题来了，最终输出的结果显示buf仍然被损坏了：

Toaal memory usedTotal buffer sizTtaal physiclmmeemory usedToaal memory actually used.

这其实问题是一个很出名的问题：即*cpy系列的函数不能正确处理src与dest内存交叠的情况。附一篇大牛们为该问题吵架的连接：

https://sourceware.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=12518

回答也非常简单：

当src与dest内存有交叠时，改用*move系列函数: memmove / wmemmove。

只是，我感兴趣为什么这个问题会出现？

如果把wcscpy()的实现拷贝来放到本地，名字改成wcscpy_local 并调用之，发现工作正常了，附上wcscpy_local()的实现：

char_t* wcscpy_local (wchar_t * dest, const wchar_t * src){wint_t c;wchar_t*wcp;if(__alignof__ (wchar_t) >= sizeof (wchar_t)){constptrdiff_t off = dest - src - 1;wcp = (wchar_t *) src;do{c =*wcp++;wcp[off] = c;}while(c != L'\0');}else{wcp =dest;do{c = *src++;*wcp++ = c;}while (c != L'\0');}return dest;}

那么，为什么调用系统提供的wcscpy就会出问题呢？

我查到的理解是：系统定义的wcscpy原型中，参数多了一个限制符“__restrict”:

File: /usr/include/wchar.h

extern wchar_t *wcscpy (wchar_t *__restrict __dest, constwchar_t *__restrict __src) __THROW;

关于restrict

在C99中，restrict是一个关键字，而C++中却没有该关键字，但当代编译器也在C++实现了差不多的功能，用的关键字是__restrict，或__restrict__。（为了简便，以下只称restrict）

restrict 用来定义指针变量，表明该变量没有别名，意思就是：除了该变量以外，没有别的方法可以访问其指向的地址空间。

举个有别名的例子：

int *pA, *pB;pB = pA;  //那么pB就是pA的别名，通过pB照样可以访问pA指向的内容

编译器如果知道一个变量没有别名，那么，它就会放心大胆的作优化，比如这段代码：

void update(int *ptrA, int * ptrB, int * val)
{*ptrA +=*val;*ptrB +=*val;
}

编译出来的ASM类似于：

mov eax val;
add ptrA eax;
mov eax val;
add ptrB eax;

其中，变量val加载了两次。因为它不知道ptrA，ptrB是否与val有内存上的交叠，所以为了保险起见，只能每次用到val时都从内存里读。

如果加上__restrict:

void update_restrict(int * __restrict ptrA, int * __restrictptrB, int * __restrict val);

则汇编变成（需要打开编译优化选项，底下有讲到）：

mov eax val;
add ptrA eax;
add ptrB eax;

可看到，val只加载了一次，因为编译器知道val没有别名，不会被别人改变，所以可以重复使用寄存器里的值。

猜想wcscpy的错误原因

那么，我就在想，因为wcscpy的参数加了__restrict，这就要求src与dest不能出现内存交叠，而事实上，我们传进的参数没有保证这点，导致了优化后的结果不正确。

不过我并没能重现个问题，即便对自己版本的wcscpy_local()参数加上__restrict，并打开编译优化选项，仍然没有重现问题。

抛砖引玉，希望有人解开我的疑惑~

restrict/__restrict/__restrict__的编译选项：

为了观察__restrict的汇编结果，需要打开优化选项，以下是GCC / G++的选项：

对C:

-O3 -std=c99

对C++，-std=c99已经默认开启，因此只用：

-O3

参考：

(1) WiKi: http://en.wikipedia.org/wiki/Restrict

(2) Demystifying The Restrict Keyword：

http://cellperformance.beyond3d.com/articles/2006/05/demystifying-the-restrict-keyword.html

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