C語言關鍵字深度解析：restrict、const、volatile

1. restrict：編譯器優化的契約

背景動機

C語言允許指針別名，導致編譯器難以優化。例如：

void *memcpy(void *restrict s1, const void *restrict s2, size_t n); // 假定不重疊
void *memmove(void *s1, const void *s2, size_t n);                  // 允許重疊

優化效果實測

加上restrict後，GCC -O2可消除冗餘加載，生成更緊湊匯編碼。但編譯器仍可能保守（如參數類型不同時），需所有相關指針均加restrict才能充分優化。

2. const：只讀承諾

基本規則

• const int *p / int const *p：指向常量的指針（值不可變，指針可變）。
• int *const p：常量指針（指針不可變，值可變）。
• const int *const p：雙重常量。

全局常量的跨文件共享

• 策略一：.c中定義const double PI=3.14;，.h中extern const double PI;。
• 策略二：頭文件中static const double PI=3.14;，每文件一份拷貝，適合小常量。

3. volatile：防止過度優化

核心含義

告訴編譯器：該變量可能被程序外部代理（硬件、中斷、其他線程）修改，每次讀取必須從內存獲取，不可緩存寄存器值。

典型場景

• 硬件寄存器映射地址：volatile int *hw_reg;
• 多線程共享標誌：volatile int flag;（注意：volatile不保證原子性/內存序，需配合原子操作/鎖）。
• const volatile：只讀硬件狀態寄存器（如實時時鐘）。

經典多線程陷阱