O qualificador 'restrict' em C

Entendendo o uso

O qualificador restrict diz ao compilador que um ponteiro não tem um aliasing, ou seja, não existe outro ponteiro que modifique o objeto ¹. Por exemplo, uma função que possui a assinatura int f(int *a, int *b), os ponteiros a e b podem apontar para o mesmo objeto. O compilador tem que levar isso em consideração ao gerar o código.

Se sabemos que os ponteiros não apontam para o mesmo objeto, dizemos isso ao compilador usando a palavra-chave restrict. Isso permite que o código possa ser melhor otimizado. Por exemplo, tome as funções f e gabaixo. A única diferença entre elas é a assinatura.

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int
// f ( int  *a,  int  *b)
g( int  *restrict a,  int  *restrict b)
{
  *a =  1;
  *b =  2;
  return  *a;
}

Veja o código gerado, com GCC, abaixo.

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f:
  mov  DWORD  PTR  [rdi], 1   ; *a = 1
  mov  DWORD  PTR  [rsi], 2   ; *b = 2
  mov  eax, DWORD  PTR  [rdi] ; return *a
  ret

g:
  mov  DWORD  PTR  [rdi], 1 ; *a = 1
  mov  eax, 1               ; return 1;
  mov  DWORD  PTR  [rsi], 2 ; *b = 2
  ret

Na função f, temos três acessos à memória. Isso ocorre porque quando atualizamos o valor de *b, o compilador não tem garantia de que o objeto *a não foi modificado. Assim, para retornar o valor de *a, um novo acesso à memória é feito ao invés de, apenas, preservar o valor previamente atribuído. A função g, devido a não precisar carregar novamente o valor de *a, possui um acesso à memória a menos. Aqui o compilador pode assumir que o valor de *anão é alterado após a atribuição inicial.

Strict aliasing

O compilador GCC possui a opção -fstrictest aliasing, habilitada nos níveis de otimização-O2, -O3 e -Os². Com essa opção, o compilador segue uma regra que diz, ponteiros de tipos diferentes não apontam para o mesmo objeto. A exceção a regra são ponteiros do tipo char, que podem ser aliases para qualquer tipo.

Caso a função f, apresentada acima, fosse implementada com a assinatura long f(long *a, int *b), ou seja, ponteiros para tipos diferentes, e compilada com a opção -fstrictest aliasing, teríamos o mesmo efeito de usar o modificador restrict. O compilador assumirá, nesse caso, que os ponteiros não apontam para o mesmo objeto e irá otimizar o código.

Conclusão

Caso tenha uma função que tenha mais de 1 ponteiro do mesmo tipo em seus parâmetros, ou que tenha mais de 1 ponteiro e algum deles é do tipo char, use o modificador restrict para habilitar melhor otimização no código. Claro, contanto que os ponteiros não apontem para o mesmo lugar. Utilizar um nível de otimização de, pelo menos, -O2. Para habilitar a regra de aliasing automaticamente para ponteiros de tipos diferentes.