C语言Register关键字:利用寄存器提升访问效率

2018-01-09 10:18:21来源:网络收集作者:纳米程序员人点击

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今天在复习C语言时看到了一个Register关键字,发现了一些不错的解释,分享一下:


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。你想想,一个CPU 的寄存器也就那么几个或几十个,你要是定义了很多很多register 变量,它累死也可能不能全部把这些变量放入寄存器吧,轮也可能轮不到你。


1. 皇帝身边的小太监----寄存器
    不知道什么是寄存器?那见过太监没有?没有?其实我也没有。没见过不要紧,见过就麻烦大了。^_^,大家都看过古装戏,那些皇帝们要阅读奏章的时候,大臣总是先将奏章交给皇帝旁边的小太监,小太监呢再交给皇帝同志处理。这个小太监只是个中转站,并无别的功能。
    好,那我们再联想到我们的CPU。CPU 不就是我们的皇帝同志么?大臣就相当于我们的内存,数据从他这拿出来。那小太监就是我们的寄存器了(这里先不考虑CPU 的高速缓存区)。数据从内存里拿出来先放到寄存器,然后CPU 再从寄存器里读取数据来处理,处理完后同样把数据通过寄存器存放到内存里,CPU 不直接和内存打交道。这里要说明的一点是:小太监是主动的从大臣手里接过奏章,然后主动的交给皇帝同志,但寄存器没这么自觉,它从不主动干什么事。一个皇帝可能有好些小太监,那么一个CPU 也可以有很多寄存器,不同型号的CPU
拥有寄存器的数量不一样。
    为啥要这么麻烦啊?速度!就是因为速度。寄存器其实就是一块一块小的存储空间,只不过其存取速度要比内存快得多。进水楼台先得月嘛,它离CPU 很近,CPU 一伸手就拿到数据了,比在那么大的一块内存里去寻找某个地址上的数据是不是快多了?那有人问既然它速度那么快,那我们的内存硬盘都改成寄存器得了呗。我要说的是:你真有钱!
 


2、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。

3、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
  
4、使用register 修饰符的注意点
 首先,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。

其次,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。由于寄存器的数量有限,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。


在某些情况下,把变量保存在寄存器中反而会降低程序的运行速度。因为被占用的寄存器不能再用于其它目的;或者变量被使用的次数不够多,不足以装入和存储变量所带来的额外开销。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,在决定那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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