CPU,寄存器,内存三者的关系

Myth丶恋晨 2022-05-10 13:56 250阅读 0赞

一、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！

二、C语言register关键字—最快的关键字

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.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)

while (i--)

\*d++ = \*s++;

\#endif

2.使用register 修饰符的注意点

但是使用register修饰符有几点限制。

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。