Стивен Прата - Язык программирования C. Лекции и упражнения (6-е изд.) 2015

Квалификатор типа volatile

Квалификатор volatile сообщает компилятору, что переменная может иметь значение, которое изменяется действиями, внешними по отношению к программе. Он обычно указывается для аппаратных адресов и для данных, которые совместно используются с другими программами или потоками, выполняющимися одновременно. Например, адрес может ссылаться на текущее показание системных часов. Значение по этому адресу меняется с изменением показаний времени вне зависимости от того, что делает программа. Либо же адрес может применяться для получения информации, переданной, скажем, из другого компьютера.

Синтаксис этого квалификатора подобен синтаксису const:

volatile int loci; /* loci является изменчивой ячейкой */ volatile int * ploc; /* ploc указывает на изменчивую ячейку */

520 Глава 12

Эти операторы объявляют loci как значение volatile и ploc как указатель на значение volatile.

Концепция квалификатора volatile довольно интересна, и вы наверняка хотите узнать, почему комитет ANSI счел необходимым сделать volatile ключевым словом. Причина в том, что оно облегчает проведение оптимизации компилятором. Предположим, например, что есть такой код:

vail = х;

/* код, в котором х не используется */

val2 = х;

Интеллектуальный (оптимизирующий) компилятор может заметить, что объект х используется два раза без изменения в промежутке его значения. Он временно может сохранить значение х в регистре. Затем, когда х понадобится для val2, появляется возможность сэкономить время, прочитав значение из регистра, а не из исходной ячейки памяти. Такая процедура называется кешированием. Обычно кеширование является полезной оптимизацией, но не в случае, когда значение х изменяется в промежутке между двумя операторами каким-то другим действием. Без ключевого слова volatile у компилятора нет никаких средств, чтобы выяснить, может ли это случиться. Следовательно, во избежание ошибки компилятор не мог реализовать кеширование. Так было до выхода стандарта ANSI. Однако теперь, если в объявлении отсутствует ключевое слово volatile, компилятор может предположить, что значение не изменяется между двумя его применениями, и попытаться оптимизировать данный код.

Значение может быть одновременно и const, и volatile. Например, значение аппаратных часов обычно не должно изменяться программой, что делает его const, но может быть изменено внешним действием, поэтому оно является volatile. Просто поместите оба квалификатора в объявление, как показано ниже; порядок их следования роли не играет:

volatile const int loc;

const volatile int * ploc;

Квалификатор типа restrict

Ключевое слово restrict расширяет вычислительную поддержку, выдавая компилятору разрешение на оптимизацию определенных разновидностей кода. Оно может быть применено только к указателям и сообщает о том, что тот или иной указатель представляет собой единственное первичное средство доступа к объекту данных. Чтобы понять, почему это полезно, необходимо рассмотреть несколько примеров. Взгляните на показанные ниже объявления:

int ar[10];

int * restrict restar = (int *) malloc(10 * sizeof(int));

int * par = ar;

Здесь указатель restar является единственным первичным средством доступа в память, выделенную malloc(). Следовательно, он может быть квалифицирован с помощью ключевого слова restrict. Однако указатель par не является ни первичным, ни единственным средством доступа к данным в массиве ar, поэтому он не может быть квалифицирован как restrict.

Теперь рассмотрим несколько искусственный пример, в котором n имеет тип int:

for (n = 0; n < 10; n++)

{

par[n] += 5; restar[n] += 5;

Классы хранения, связывание и управление памятью 521

ar[n] *= 2; рar[n] += 3; restar[n] + = 3;

}

Зная, что указатель restar — единственное первичное средство доступа к блоку данных, на который он ссылается, компилятор может заменить два оператора, в которых задействован restar, одним оператором, дающим тот же результат:

restar[n] += 8; /* корректная замена */

Однако сведение в один двух операторов, в которых участвует par, вызывает вычислительную ошибку:

par[n] += 8; / * дает неправильный ответ */

Причина получения неправильного ответа связана с тем, что внутри цикла ar используется для изменения значения данных между двумя случаями доступа к тем же данным с помощью par.

Без ключевого слова restrict компилятор должен рассчитывать на худший случай, а именно — на то, что какой-то другой идентификатор мог изменить данные между двумя применениями указателя. При наличии restrict компилятор получает свободу в поиске вычислительных сокращений.

Ключевое слово restrict можно использовать в качестве квалификатора для параметров функции, которые являются указателями. Это значит, что компилятор может предположить, что внутри тела функции данные, указываемые такими параметрами, не модифицируются с помощью других идентификаторов, и есть возможность попробовать оптимизации, которые иначе бы не предпринимались. Например, библиотека С содержит две функции для копирования байтов из одного места в другое. В стандарте С99 они имеют следующие прототипы: