5.1.4 寄存器變量
通過前面的介紹，我們知道變量在一般情況下都是存在內存中的。如果程序需要使用某個變量，CPU的控制器將通過一定的尋址方式從內存中獲取值，而后再做進一步處理。CPU的控制器從內存中取得變量值后會將其暫存在寄存器中。通過前面的學習我們知道，寄存器就是CPU自己的"小內存"，它的特點是"容量小、速度快"。在正常情況下，編程語言本身是無法直接操作寄存器的。但某些時候，一些變量有可能會被頻繁地使用到，這時，頻繁地對內存進行存取操作就有可能耗用較多的時間；如果我們能夠有效地將CPU的寄存器利用起來，就會有效地提升程序的運行效率。
C語言中使用關鍵字register來聲明局部變量為寄存器變量。寄存器變量的值會被存放在CPU的寄存器中，每當需要使用它們時，CPU就可以直接使用，而無須再通過控制器從內存中獲取。由于操作寄存器的速度遠高于操作內存，所以正確地使用寄存器變量能夠有效地提高程序運行效率。
下面給出了一段使用寄存器變量的示例程序。
- #include"stdio.h"
-
- int fun(int n)
- {
- register int sum = 0;
- for(int i = 1; i <= n; i++)
- sum += i;
- return sum;
- }
-
- void main()
- {
- int result = 0;
- result = fun(1000);
- printf("sum(1000) = %d\n", result);
- }
使用寄存器變量使不是真的使程序的運行速度提高了呢？通過一個簡單的實驗就能回答這個問題，但是由于本書目前還沒有介紹到這方面的知識，所以這個實驗暫時無法進行。如果讀者閱讀了本書的第9章，那么就可以使用第9章中所介紹的技術來實際評估一下上述程序通過使用寄存器變量而獲得的性能改進情況到底如何。
使用寄存器變量需要注意以下一些問題。
首先，讀者必須明確只有局部自動變量和形式參數才能夠被定義為寄存器變量，全局變量和局部靜態變量都不能被定義為寄存器變量。所以，如"register static int a;"這樣的語句就是錯誤的！這很容易解釋，全局變量和局部靜態變量都被放在靜態存儲區中，而寄存器變量被放在寄存器中，一個變量當然只能選擇兩種存放方式中的一種。
其次，一個計算機系統中的寄存器數量是有限的，因此不能定義任意多個寄存器變量。而且對于不同的系統來說，所允許使用的最大寄存器數量也是不同的。上一節中我們就介紹過，在Intel體系中CPU所具有的寄存器個數在6~16個之間，而其他體系的CPU所具有的寄存器數量可能更多。不同系統上的寄存器數量可能不同，所以在編程時所允許使用的寄存器數量也會不同。另外，不同系統對于寄存器變量的處理方式也可能不同，有的系統只允許將 int、char和指針型變量定義為寄存器變量，而有的系統則將寄存器變量當作自動變量來看，并不真正把它們存放在寄存器中。
正如上一小節中所說的那樣，經過多年的發展，編譯器已經可以非常智能地進行許多優化工作了，特別是在程序優化上，編譯器已經比大多數人做得更好了。目前的編譯器在這方面也有所考慮，它們基本上可以識別出那些會被頻繁使用的變量，對于這些變量編譯器就會把它們存放在寄存器中，而不需要程序員在代碼中顯式地指定。所以寄存器變量的聲明從某種程度上來說并不是必需的，讀者僅對此有所知悉即可。這里只是想借C語言中的寄存器變量這種語法技術來證明一個事實，即操作寄存器的速度的確高于操作內存。