函数的restrict限定指针参数是否允许对调用者函数优化？

函数的restrict限定指针参数是让编译器对该函数做优化的有效手段：

int f(const int *restrict p) {
  int n=*p;
  printf("Debug\n");
  return *p==n;
}

开启-O3优化的Clang 17会直接返回1，不用重新读取*p或者执行比较操作。要是没有restrict限定，编译器就必须重新读取*p并做比较——因为printf是外部函数，编译器没法确定它会不会修改*p。实际上，如果p指向stdout的文件位置指示器，printf确实会修改它。

所以一般原则是：如果想让函数获得最大程度的优化，而且该函数会调用外部函数，给所有参数加restrict限定是有意义的。当然，这会给调用者加上严格限制，要求调用者不能用意外的别名指针调用这个函数。

现在有个更进一步的问题：restrict限定是否允许编译器对函数的调用者进行优化？

看这段代码：

int f(const int *restrict p);
int caller(int *p) {
  int n=*p;
  f(p);
  return *p==n;
}

从逻辑上看，restrict似乎应该能保证f不会修改*p，所以编译器可以跳过重新读取*p和比较的步骤，直接返回1。但实际测试里，Clang和GCC都没做这个优化。

我们要明确的是：编译器是否被允许做这种优化？（这主要是程序语义层面的问题，不是性能问题。）

答案：编译器被允许进行这种优化 #

根据C标准对restrict的定义，restrict限定的指针是其指向对象的唯一可达指针（在该指针的作用域内）。对于函数f的参数const int *restrict p，这意味着在f执行期间，所有对p指向对象的访问都必须通过p（或基于p的指针）进行。同时，因为p是const限定的，f本身不能通过p修改该对象；而restrict的约束又排除了其他别名指针修改该对象的可能——调用者必须保证这一点，否则就违反了标准规定的程序行为。

从语义上来说，编译器完全可以推断出调用f(p)不会修改*p，因此可以对caller函数进行优化，直接返回1。

Clang和GCC没做这个优化只是它们实现上的选择，并非C标准不允许。标准赋予了编译器进行这种优化的权利，只要优化后的程序行为符合标准规定的语义。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者log65536