Le mot-clé fournit des avantages significatifs en limiter gcc / g ++?

Question

Quelqu'un at-il déjà vu des chiffres / analyses sur si oui ou non l'utilisation du C / C ++ de mot-clé restrict dans gcc / g ++ réelle fournit une augmentation significative des performances en réalité (et pas seulement en théorie)?

J'ai lu divers articles recommandant / dénigrant son utilisation, mais je ne l'ai pas couru à travers les nombres réels démontrant pratiquement soit des arguments côtés.

EDIT

Je sais que restrict n'est pas officiellement partie de C ++, mais il est pris en charge par certains compilateurs et j'ai lu un document par Christer Ericson qui recommande fortement son utilisation.

Answer 1

Le mot-clé restreindre fait une différence.

J'ai vu des améliorations du facteur 2 et plus dans certaines situations (traitement d'images). La plupart du temps, la différence est pas grand bien. Environ 10%.

Voici un petit exemple qui illustre la différence. J'ai écrit une matrice de vecteur 4x4 * très basique transformée en un test. Notez que je dois forcer la fonction ne doit pas être inline. Sinon GCC détecte qu'il n'y a pas de pointeurs aliasing dans mon code de référence et ne restreignent faire une différence en raison de inline.

Je aurais pu déplacer la fonction de transformation à un autre fichier ainsi.

#include <math.h>

#ifdef USE_RESTRICT
#else
#define __restrict
#endif


void transform (float * __restrict dest, float * __restrict src, 
                float * __restrict matrix, int n) __attribute__ ((noinline));

void transform (float * __restrict dest, float * __restrict src, 
                float * __restrict matrix, int n)
{
  int i;

  // simple transform loop.

  // written with aliasing in mind. dest, src and matrix 
  // are potentially aliasing, so the compiler is forced to reload
  // the values of matrix and src for each iteration.

  for (i=0; i<n; i++)
  {
    dest[0] = src[0] * matrix[0] + src[1] * matrix[1] + 
              src[2] * matrix[2] + src[3] * matrix[3];

    dest[1] = src[0] * matrix[4] + src[1] * matrix[5] + 
              src[2] * matrix[6] + src[3] * matrix[7];

    dest[2] = src[0] * matrix[8] + src[1] * matrix[9] + 
              src[2] * matrix[10] + src[3] * matrix[11];

    dest[3] = src[0] * matrix[12] + src[1] * matrix[13] + 
              src[2] * matrix[14] + src[3] * matrix[15];

    src  += 4;
    dest += 4;
  }
}

float srcdata[4*10000];
float dstdata[4*10000];

int main (int argc, char**args)
{
  int i,j;
  float matrix[16];

  // init all source-data, so we don't get NANs  
  for (i=0; i<16; i++)   matrix[i] = 1;
  for (i=0; i<4*10000; i++) srcdata[i] = i;

  // do a bunch of tests for benchmarking. 
  for (j=0; j<10000; j++)
    transform (dstdata, srcdata, matrix, 10000);
}

---

Résultats: (sur mon 2 Ghz Core Duo)

nils@doofnase:~$ gcc -O3 test.c
nils@doofnase:~$ time ./a.out

real    0m2.517s
user    0m2.516s
sys     0m0.004s

nils@doofnase:~$ gcc -O3 -DUSE_RESTRICT test.c
nils@doofnase:~$ time ./a.out

real    0m2.034s
user    0m2.028s
sys     0m0.000s

Au cours du pouce 20% plus rapide exécution, sur que système.

Pour montrer combien il dépend de l'architecture que j'ai laissé le même code exécuté sur un processeur embarqué Cortex-A8 (ajusté de la boucle compter un peu parce que je ne veux pas attendre aussi longtemps):

root@beagleboard:~# gcc -O3 -mcpu=cortex-a8 -mfpu=neon -mfloat-abi=softfp test.c
root@beagleboard:~# time ./a.out

real    0m 7.64s
user    0m 7.62s
sys     0m 0.00s

root@beagleboard:~# gcc -O3 -mcpu=cortex-a8 -mfpu=neon -mfloat-abi=softfp -DUSE_RESTRICT test.c 
root@beagleboard:~# time ./a.out

real    0m 7.00s
user    0m 6.98s
sys     0m 0.00s

Ici, la différence est à seulement 9% (même compilateur btw.)

Answer 2

  

Le mot-clé restreindre des avantages significatifs en fournir gcc / g ++?

peut réduire le nombre d'instructions comme indiqué sur l'exemple ci-dessous, afin de l'utiliser autant que possible.

GCC 4.8 Linux x86-64 exmample

Entrée:

void f(int *a, int *b, int *x) {
  *a += *x;
  *b += *x;
}

void fr(int *restrict a, int *restrict b, int *restrict x) {
  *a += *x;
  *b += *x;
}

Compiler et décompiler:

gcc -g -std=c99 -O0 -c main.c
objdump -S main.o

Avec -O0, ils sont les mêmes.

Avec -O3:

void f(int *a, int *b, int *x) {
    *a += *x;
   0:   8b 02                   mov    (%rdx),%eax
   2:   01 07                   add    %eax,(%rdi)
    *b += *x;
   4:   8b 02                   mov    (%rdx),%eax
   6:   01 06                   add    %eax,(%rsi)  

void fr(int *restrict a, int *restrict b, int *restrict x) {
    *a += *x;
  10:   8b 02                   mov    (%rdx),%eax
  12:   01 07                   add    %eax,(%rdi)
    *b += *x;
  14:   01 06                   add    %eax,(%rsi) 

Pour les non-initiés, le appelant la convention est:

• rdi = premier paramètre
• rsi = deuxième paramètre
• rdx = troisième paramètre

3 instructions au lieu de 4

.

Bien sûr, les instructions peuvent avoir des latences , mais cela donne une bonne idée.

Pourquoi GCC a pu optimiser cela?

Le code ci-dessus était pris de la Wikipedia exemple qui est très éclairante.

Ensemble de pseudo pour f:

load R1 ← *x    ; Load the value of x pointer
load R2 ← *a    ; Load the value of a pointer
add R2 += R1    ; Perform Addition
set R2 → *a     ; Update the value of a pointer
; Similarly for b, note that x is loaded twice,
; because a may be equal to x.
load R1 ← *x
load R2 ← *b
add R2 += R1
set R2 → *b

Pour fr:

load R1 ← *x
load R2 ← *a
add R2 += R1
set R2 → *a
; Note that x is not reloaded,
; because the compiler knows it is unchanged
; load R1 ← *x
load R2 ← *b
add R2 += R1
set R2 → *b

Est-il vraiment plus vite?

ermmm ... pas pour ce test simple:

.text
    .global _start
    _start:
        mov $0x10000000, %rbx
        mov $x, %rdx
        mov $x, %rdi
        mov $x, %rsi
    loop:
        # START of interesting block
        mov (%rdx),%eax
        add %eax,(%rdi)
        mov (%rdx),%eax # Comment out this line.
        add %eax,(%rsi)
        # END ------------------------
        dec %rbx
        cmp $0, %rbx
        jnz loop
        mov $60, %rax
        mov $0, %rdi
        syscall
.data
    x:
        .int 0

Et puis:

as -o a.o a.S && ld a.o && time ./a.out

sur Ubuntu 14.04 AMD64 CPU Intel i5-3210M.

Je vous avoue que je ne comprends toujours pas les processeurs modernes. Faites-moi savoir si vous:

• a trouvé une faille dans ma méthode
• a trouvé un cas de test assembleur où il devient beaucoup plus rapide
• comprendre pourquoi il n'y avait pas une différence

Answer 3

L'article Démystifier Le les mots-clés Restreint fait référence au document Pourquoi programmeur-Aliasing est spécifié Bad Idea ( pdf) qui dit généralement il ne permet pas et fournit des mesures pour étayer cette thèse.

Answer 4

Notez que les compilateurs C qui permettent le mot-clé restrict peut encore l'ignorer. Tel est le cas par exemple ici .

Answer 5

ce C-programme. Sans restrict il a fallu 12.640 secondes pour terminer, avec restrict 12,516. On dirait que peut Enregistrer certains temps.