我在使用vector intrinsics(AVX)时遇到了以下问题，但这个问题可能也适用于顺序编程。 它涉及restrict关键字的使用。 该关键字在C99中可用，但在C++中不可用（大多数编译器提供的特殊关键字除外）。 我的问题是:我可以通过将数据从非restriction指针参数复制到局部变量来避免使用restriction吗？ 在我的例子中它是有效的，但是这种行为是保证的吗？

下面是我的4个不同版本的SIMD向量加法的代码。 第一个版本vecadd1()将参数作为restrict指针传递。 所有其他版本都使用普通（非限制)指针作为参数。 第二个版本vecadd2()没有进一步的代码修改。 第三个版本vecadd3()将每个结构的data指针复制到局部变量中。 第四个版本vecadd4()也对大小n执行同样的操作。

#include <stdio.h>
#include <x86intrin.h>

#define N 8 // 8 floats per AVX vector
#define SIZE 1000 // 1000 floats per data vector

typedef struct { int n; float *data; } Vec;

void vecCreate(int size, Vec *v) {
  v->n = size;
  posix_memalign((void**)&(v->data), 32, size * sizeof(float));
}


void vecAdd1(Vec * restrict a, Vec * restrict b, Vec * restrict c) {
  __m256 va, vb, vc;
  for (int i = 0; i <= (a->n - N); i += N) {
    va = _mm256_load_ps(a->data + i);
    vb = _mm256_load_ps(b->data + i);
    vc = _mm256_add_ps(va, vb);
    _mm256_store_ps(c->data + i, vc);
  }
}

void vecAdd2(Vec *a, Vec *b, Vec *c) {
  __m256 va, vb, vc;
  for (int i = 0; i <= (a->n - N); i += N) {
    va = _mm256_load_ps(a->data + i);
    vb = _mm256_load_ps(b->data + i);
    vc = _mm256_add_ps(va, vb);
    _mm256_store_ps(c->data + i, vc);
  }
}

void vecAdd3(Vec *a, Vec *b, Vec *c) {
  __m256 va, vb, vc;
  float *pa = a->data, *pb = b->data, *pc = c->data;
  for (int i = 0; i <= (a->n - N); i += N) {
    va = _mm256_load_ps(pa + i);
    vb = _mm256_load_ps(pb + i);
    vc = _mm256_add_ps(va, vb);
    _mm256_store_ps(pc + i, vc);
  }
}

void vecAdd4(Vec *a, Vec *b, Vec *c) {
  __m256 va, vb, vc;
  float *pa = a->data, *pb = b->data, *pc = c->data;
  int ae = a->n - N;
  for (int i = 0; i <= ae; i += N) {
    va = _mm256_load_ps(pa + i);
    vb = _mm256_load_ps(pb + i);
    vc = _mm256_add_ps(va, vb);
    _mm256_store_ps(pc + i, vc);
  }
}



int
main()
{
  Vec a, b, c;
  vecCreate(1000, &a);
  vecCreate(1000, &b);
  vecCreate(1000, &c);
  vecAdd1(&a, &b, &c);
  vecAdd2(&a, &b, &c);
  vecAdd3(&a, &b, &c);
  vecAdd4(&a, &b, &c);
  printf("%g\n", c.data[123]);
  return 0;
}

（只是一个注释:-n和<=用于将处理限制在可以加载和存储整个SIMD向量的部分。我省略了顺序后同步码。）

以下是编译器调用:

gcc -O3 -mno-avx256-split-unaligned-load -mno-avx256-split-unaligned-store -march=native -masm=intel -save-temps -std=c99 -Wall -o vecadd vecadd.c

我用的是7.5.0版本。 在下面的内容中，我只展示了vecadd.s中汇编代码的相关部分。

在vecadd1()中，循环有一个非常高效的实现:加载一个SIMD向量，添加第二个，存储到结果，前进指针，检查循环结束:

.L5:
    vmovaps ymm0, YMMWORD PTR [rdi+rax]
    vaddps  ymm0, ymm0, YMMWORD PTR [rsi+rax]
    vmovaps YMMWORD PTR [rcx+rax], ymm0
    add rax, 32
    cmp rdx, rax
    jne .L5

如果我在vecadd2()的参数列表中省略了restrict关键字，循环的效率就会变得非常低:在循环中，每次在加载，处理和存储SIMD向量之前，都会重新加载三个data指针和大小n，并检查循环条件:

.L10:
    mov r10, QWORD PTR 8[rdi]
    mov r9, QWORD PTR 8[rsi]
    add r8d, 8
    mov rcx, QWORD PTR 8[rdx]
    vmovaps ymm0, YMMWORD PTR [r10+rax]
    vaddps  ymm0, ymm0, YMMWORD PTR [r9+rax]
    vmovaps YMMWORD PTR [rcx+rax], ymm0
    mov ecx, DWORD PTR [rdi]
    add rax, 32
    sub ecx, 7
    cmp ecx, r8d
    jg  .L10

在vecadd3()版本中，data指针不会重新加载（它们在循环之前加载一次），但会重新加载大小n:

.L15:
    vmovaps ymm0, YMMWORD PTR -32[r8+rax*4]
    mov ecx, eax
    vaddps  ymm0, ymm0, YMMWORD PTR -32[rsi+rax*4]
    vmovaps YMMWORD PTR -32[r9+rax*4], ymm0
    mov edx, DWORD PTR [rdi]
    add rax, 8
    sub edx, 7
    cmp edx, ecx
    jg  .L15

只有将所有data指针和n复制到vecadd4()中的局部变量时，代码才与vecadd1()中的代码类似:

.L20:
    vmovaps ymm0, YMMWORD PTR [rcx+rax]
    vaddps  ymm0, ymm0, YMMWORD PTR [rsi+rax]
    vmovaps YMMWORD PTR [r8+rax], ymm0
    add rax, 32
    cmp rdx, rax
    jne .L20

因此，重复我的问题:假设我想避免C++中特定于编译器的restrict替换。 因此，我使用非restrict参数，但将它们复制到本地（也是非restrict)变量。 是否保证编译器不会假设局部变量可以别名（即使函数参数可以）？

（附带问题:我复制struct组件是否与此问题相关？）