C语言丨一文带你了解关键字register(又名闪电飞刀 )

register:这个关键字请求编译器尽可能的将变量存在CPU内部寄存器中,而不是通过内存寻址访问,以提高效率。注意是尽可能,不是绝对。

因为,如果定义了很多register变量,可能会超过CPU的寄存器个数,超过容量。所以只是可能。

关于register关键字,在《C与指针》这一本书的都151页,作者这样说到:

“在许多机器上,register变量所产生的代码将比静态内存中的变量和堆栈中的变量所产生的代码执行速度更快。

但是这取决于你的环境,许多当前的编译器比程序员更加懂得怎样合理分配寄存器。”


 

一、闪电飞刀----register

register就和它的名字一样,很少出现在代码世界中,因为敢称为闪电飞刀的变量,通常只会在一些特定场合才能出现。它是如此的快,以致于CPU都对其刮目相看,但是它有一个致命的缺点,它的速度“看心情”而定,不是每一次都能让人满意。

作用:如果一个变量被register来修辞,就意味着,该变量会作为一个寄存器变量,让该变量的访问速度达到最快。比如:一个程序逻辑中有一个很大的循环,循环中有几个变量要频繁进行操作,这些变量可以声明为register类型。


 

二、皇帝身边的小太监----寄存器

寄存器变量:寄存器变量是指一个变量直接引用寄存器,也就是对变量名的操作的结果是直接对寄存器进行访问。寄存器是CPU的亲信,CPU操作的每个操作数和操作结果,都由寄存器来暂时保存,最后才写入到内存或从内存中读出。也就是说,变量的值通常保存在内存中,CPU对变量进行读取先是将变量的值从内存中读取到寄存器中,然后进行运算,运算完将结果写回到内存中。

为什么要这么设计,而不直接对变量的值从内存中进行运算,而要再借助于寄存器?这是由于考虑到性能的问题才这么设计的。在计算机系统中,包含有很多种不同类型的存储器,如表xxx所示。


 

在计算机中CPU的运算速度最快,现在都达到3GHZ左右,而相对应的存储器速度却相对慢很多,访问速度最快的寄存器和缓存,由于其体积又大,不适合大容量的使用,所以只能二者相接合的方式来提高效率。程序代码保存在内存中,当使用数据时,将其送到寄存器,让CPU来访问,使用完毕,送回内存保存。而C语言又允许使用寄存器来保存变量的值,很明显这样能大大提高程序的执行速度,但是,寄存器的个数是有限的,X86也就是十几个,ARM最多才37个。我们不可能将全部的变量都声明为寄存器变量,因为其它代码也要使用寄存器,同样,我们声明的寄存器变量也不一定直接保存在寄存器中,因为寄存器可能全部都在被其它代码占用。编译器只能是尽量的为我们的变量安排在寄存器中。

在使用寄存器变量时,请注意:

待声明为寄存器变量类型应该是CPU寄存器所能接受的类型,意味着寄存器变量是单个变量,变量长度应该小于等于寄存器长度。

不能对寄存器变量使用取地址符“&”,因为该变量没有内存地址。

尽量在大量频繁的操作时使用寄存器变量,且声明的变量个数应该尽量的少。


 

三、举例

  register修饰符暗示编译程序相应的变量将被频繁地使用,如果可能的话,应将其保存在CPU的寄存器中,以加快其存储速度。例如下面的内存块拷贝代码,

#ifdef NOSTRUCTASSIGN

memcpy (d, s, l)

{

        register char *d;

    register char *s;

    register int i;

    while (i--)

        *d++ = *s++;

}

#endif

    但是使用register修饰符有几点限制。

(1)register变量必须是能被CPU所接受的类型。

这通常意味着register变量必须是一个单个的值,并且长度应该小于或者等于整型的长度。不过,有些机器的寄存器也能存放浮点数。

(2)因为register变量可能不存放在内存中,所以不能用“&”来获取register变量的地址。

(3)只有局部自动变量和形式参数可以作为寄存器变量,其它(如全局变量)不行。

在调用一个函数时占用一些寄存器以存放寄存器变量的值,函数调用结束后释放寄存器。此后,在调用另外一个函数时又可以利用这些寄存器来存放该函数的寄存器变量。

(4)局部静态变量不能定义为寄存器变量。不能写成:register static int a, b, c;

(5)由于寄存器的数量有限(不同的cpu寄存器数目不一),不能定义任意多个寄存器变量,而且某些寄存器只能接受特定类型的数据(如指针和浮点数),因此真正起作用的register修饰符的数目和类型都依赖于运行程序的机器,而任何多余的register修饰符都将被编译程序所忽略。

注意:

早期的C编译程序不会把变量保存在寄存器中,除非你命令它这样做,这时register修饰符是C语言的一种很有价值的补充。然而,随着编译程序设计技术的进步,在决定哪些变量应该被存到寄存器中时,现在的C编译环境能比程序员做出更好的决定。实际上,许多编译程序都会忽略register修饰符,因为尽管它完全合法,但它仅仅是暗示而不是命令。


 

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