3.8.2 制限付きポインタ

コンパイラが効率よくループを並列化できるようにするには、左辺値が記憶領域の特定の領域を示していなければいけません。別名とは、記憶領域の決まった位置を示していない左辺値のことです。オブジェクトへの 2 個のポインタが別名であるかどうかを判断することは困難です。これを判断するにはプログラム全体を解析することが必要であるため、非常に時間がかかります。次の関数 vsq() を考えてみましょう。

例 3–22 2 個のポインタを使用したループ

void vsq(int n, double * a, double * b) {
    int i;
    for (i=0; i<n; i++) {
            b[i] = a[i] * a[i];
    }
}

ポインタ a および b が異なるオブジェクトをアクセスすることをコンパイラが知っている場合には、ループ内の異なる繰り返しを並列に実行することができます。しかし、ポインタ a および b でアクセスされるオブジェクトが重なりあっていれば、ループを安全に並列実行できなくなります。コンパイル時に関数 vsq() を単純に解析するだけでは、a および b によるオブジェクトのアクセスが重なりあっているかどうかを知ることはできません。この情報を得るには、プログラム全体を解析することが必要になります。

制限付きポインタを使ってオブジェクトを明確に区別すると、コンパイラによるポインタ別名の解析が実行可能になります。次に、vsq() の関数パラメータを制限付きポインタとして宣言した例を示します。

void vsq(int n, double * restrict a, double * restrict b)

ポインタ a および b が制限付きポインタとして宣言されているので、a および b で示された記憶領域が区別されていることがわかります。この別名情報によって、コンパイラはループの並列化を実行することができます。

キーワード restrict は volatile に似た型修飾子で、ポインタ型に対して有効です。なお、restrict は -Xs モードでコンパイルする場合を除き、-xc99=all を使用する場合に有効なキーワードです。ソースコードを変更しない場合があります。その場合、次のコマンド行オプションを使用して、ポインタ型の値をとる関数の引数を restrict ポインタとして扱うように指定できます。

-xrestrict=[func1,…,funcn]

関数リストが指定されている場合、指定された関数内のポインタパラメータは制限付きとして扱われます。指定されていない場合は、C ファイル全体のすべてのポインタパラメータが制限付きとして扱われます。たとえば、-xrestrict=vsq を使用すると、前述の関数 vsq() についての最初の例では、ポインタ a および b がキーワード restrict によって修飾されます。

restrict を正しく使用することはとても重要です。区別できないオブジェクトを指しているポインタを制限付きポインタにしてしまうと、ループを正しく並列化することができなくなり、不定な動作をすることになります。たとえば、関数 vsq() のポインタ a および b が重なりあっているオブジェクトを指している場合には、b[i] と a[i+1] などが同じオブジェクトである可能性があります。このとき a および b が制限付きポインタとして宣言されていなければ、ループは順次実行されます。a および b が間違って制限付きであると宣言されていれば、コンパイラはループを並列実行するようになりますが、この場合 b[i+1] の結果は b[i] をを計算したあとでなければ得られないので、安全に実行することはできません。