C语言关键字 - auto和register


 

关键字概述

很多朋友看到这儿可能会有疑问,往往其它讲C语言的书籍都是从HelloWorld,数据类型开始C语言学习的,为什么我们要从C语言的关键字开始呢?关于这点,我有两点需要说明:

  • 本章节面向的读者对象是有一定的C语言基础知识的朋友(至少应该学习过大学里的C语言程序设计等类似的课程)
  •  本章节结合了作者多年嵌入式工作、研究、教学经验而作,由计算机底层硬件到上层软件设计融会贯通,中间有大量的深入浅出的示例

 

在我对C语言进行培训的时候,往往就是从C语言的关键字入手,因为C语言的关键字蕴含了C语言的全部的词汇,囊括了C语言里大量知识要点,从C语言关键字开刀,首先可以对你之前所学知识进行复习,其次,切磋一下和作者有什么不同的见解,废话少说,让我们从关键字开始。

关键字,又叫保留字,是编译器能识别的特殊单词,每种计算机语言都会有其特定的关键字,C语言中有32位关键字。

问:为什么要有关键字?

答:关键字是程序设计中代码必须包含的部分,编译器在编译C代码的时候,必然要将C代码进行断句,将代码分割成不同部分,将这些部分分别进行解析和编译。

int a = 10;  int是关键字,编译器看到它出现,会将它后面的字符作为整型变量名来处理。

也就是说,关键字是编译器能认识的特殊字符串符号。

关键字的数量是由编译器来决定的,关键字大小写敏感性也和编译器有关。如果关键字写错,那么在代码的解析过程中,编译器就会报错:符号不能识别或符号不能被解析。

每个关键字有着不同的意义,用来告知编译器编程者的目的。

 

关键字分类

32个关键字每个都有不同的意义,大体上根据其意义可以分为以下几类(下划线表示不同分类中有交集):

1)        非常见:autoregistervolatilegoto

2)        存储相关:const、extern、registervolatile、static、auto、signed、unsigned

3)        数据类型:char、short、int、float、long、double、struct、union、enum、void

4)        逻辑控制:if、else、for、while、do、break、continue、return、default、switch、case、goto

5)        特殊用途:sizeof、typedef

我相信,大部分关键字我们都能认识,并且能够使用,有一部分可能很少见,甚至一点印象也没有:它也是C语言的关键字???

1.         隐形刺客:auto

描述:auto关键字在我们写的代码里几乎看不到,但是它又无处不在,它是如此的重要,又是如此的与世无争,默默的履行着自己的义务,却又隐姓埋名。

作用:C程序是面向过程的,在C代码中会出现大量的函数模块,每个函数都有其生命周期(也称作用域),在函数生命周期中声明的变量通常叫做局部变量,也叫自动变量。例如:

[cpp] view plain copy print ?
  1. int fun(){  
  2.       int a = 10;      // auto int a = 10;  
  3.       // do something  
  4.       return 0;  
  5. }  
int fun(){ int a = 10; // auto int a = 10; // do something return 0; }


整型变量a在fun函数内声明,其作用域为fun函数内,出来fun函数,不能被引用,a变量为自动变量。也就是说编译器会有int a = 10之前会加上auto的关键字。

auto的出现意味着,当前变量的作用域为当前函数或代码段的局部变量,意味着当前变量会在内存栈上进行分配。

内存栈:

如果大家学过数据结构,应该知道,栈就是先进后出的数据结构。它类似于我们用箱子打包书本,第一本扔进去大英,第二本扔进行高数,第三本扔进行小说,那么取书的时候,先取出来第一本是小说,第二是高数,第三本是大英。

栈的操作为入栈和出栈,入栈就是向箱子里扔书,出栈就是从箱子里取书。那么这和我们的auto变量分配空间有什么关系呢?

由于一个程序中可能会有大量的变量声明,每个变量都会占有一定的内存空间,而内存空间对于计算机来说是宝贵的硬件资源,因此合理的利用内存是编译器要做的一个主要任务。有的变量是一次性使用的,如局部变量。有的变量要伴随着整个程序来使用的,如全局变量。为了节省内存空间,优化性能,编译器通常会将一次性使用的变量分配在栈上。也就是说,代码中声明一个一次性变量,就在栈上进行入栈操作。当该变量使用完了(生命周期结束),进行出栈操作。这样,在执行不同的函数的时候,就会在一个栈上进行出入栈操作,也就是说它们在频繁的使用一个相同的内存空间,从而可以更高效的利用内存。

C语言关键字 - auto和register_第1张图片

 

PS:有的编译器为了提高效率,在出栈时不会进行数据清空,这也就意味着,下个函数里的变量在入栈使用该空间时,里面的数据是上一次变量操作的结果。

2.         闪电飞刀:register
描述:
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。

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。

表xxx 计算机存储器分类

名称

速度

特点

用途

静态存储器

最快

造价高,体积大,适合小容量的缓存

寄存器,缓存

动态存储器

较快

造价较低,体积较小,适合大容易保存数据

内存

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

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《C语言深入理解系列 - 关键字:auto和register》

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