C语言register变量

一般情况下，变量的值是存储在内存中的，CPU 每次使用数据都要从内存中读取。如果有一些变量使用非常频繁，从内存中读取就会消耗很多时间，例如 for 循环中的增量控制：

int i;
for(i=0; i<1000; i++){
    // Some Code
}

执行这段代码，CPU 为了获得 i，会读取 1000 次内存。

为了解决这个问题，可以将使用频繁的变量放在CPU的通用寄存器中，这样使用该变量时就不必访问内存，直接从寄存器中读取，大大提高程序的运行效率。

寄存器、缓存、内存

为了加深对 register 变量的理解，这里有必要讲一下CPU寄存器。

按照与CPU的远近来分，离CPU最近的是寄存器，然后是缓存，最后是内存。

寄存器是最贴近CPU的，而且CPU只在寄存器中进行存取。寄存的意思是暂时存放数据，不用每次都从内存中取，它是一个临时的存放数据的空间。

而寄存器的数据又来源于内存，于是 CPU <-- 寄存器 <-- 内存，这就是它们之间的信息交换。

那么为什么还需要缓存呢？因为如果频繁地操作内存中同一地址上的数据会影响速度，于是就在寄存器和内存之间设置一个缓存，把使用频繁的数据暂时保存到缓存，如果寄存器需要读取内存中同一地址上的数据，就不用大老远地再去访问内存，直接从缓存中读取即可。

缓存的速度远高于内存，价格也是如此。

注意：缓存的容量是有限的，寄存器只能从缓存中读取到部分数据，对于使用不是很频繁的数据，会绕过缓存，直接到内存中读取。所以不是每次都能从缓存中得到数据，这就是缓存的命中率，能够从缓存中读取就命中，否则就没命中。

关于缓存的命中率又是一门学问，哪些数据保留在缓存，哪些数据不保留，都有复杂的算法。

注意：上面所说的CPU是指CPU核心，从市场上购买的CPU已是封装好的套件，附带了寄存器和缓存，插到主板上就可以用。

从经济和速度的综合考虑，缓存又被分为一级缓存、二级缓存和三级缓存，它们的存取速度和价格依次降低，容量依次增加。购买到的CPU一般会标出三级缓存的容量。

register 变量

寄存器的数量是有限的，通常是把使用最频繁的变量定义为 register 的。

来看一个计算 π 的近似值的例子，求解的一个近似公式如下：

为了提高精度，循环的次数越多越好，可以将循环的增量控制定义为寄存器变量，如下所示：

#include <stdio.h>
#include <conio.h>

int main()
{
    register int i = 0;  // 寄存器变量
    double sign = 1.0, res = 0, ad = 1.0;

    for(i=1; i<=100000000; i++)
    {
        res += ad;
        sign=-sign;
        ad=sign/(2*i+1);
    }

    res *= 4;
    printf("pi is %f", res);

    getch();
    return 0;
}

运行结果：
pi is 3.141593

关于寄存器变量有以下事项需要注意：
1) 为寄存器变量分配寄存器是动态完成的，因此，只有局部变量和形式参数才能定义为寄存器变量。

2) 局部静态变量不能定义为寄存器变量，因为一个变量只能声明为一种存储类别。

3) 寄存器的长度一般和机器的字长一致，所以，只有较短的类型如int、char、short等才适合定义为寄存器变量，诸如double等较大的类型，不推荐将其定义为寄存器类型。

4) CPU的寄存器数目有限，因此，即使定义了寄存器变量，编译器可能并不真正为其分配寄存器，而是将其当做普通的auto变量来对待，为其分配栈内存。当然，有些优秀的编译器，能自动识别使用频繁的变量，如循环控制变量等，在有可用的寄存器时，即使没有使用 register 关键字，也自动为其分配寄存器，无须由程序员来指定。

C语言register变量

寄存器、缓存、内存

register 变量

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