11.变量的存储类型-register变量

11.1 知识点

寄存器和内存

寄存器和内存是计算机中两种不同类型的数据存储方式。

存储位置不同

• 寄存器：寄存器是CPU内部的一部分，用于存储正在被处理的数据和指令，是 CPU 中最快的存储单元，位于处理器的核心部分。
• 内存：是指计算机系统中用于存储数据和程序指令的区域。内存的存储位置位于 CPU 外部，但与 CPU 通过总线连接。内存一般指内存条、硬盘中的虚拟内存中的存储空间。

存取速度不同

• 寄存器：非常快！存取速度非常快。
• 内存：相对寄存器较慢，比硬盘快。

存储容量

• 寄存器：数量和容量非常有限，主要用于存储临时数据、操作数、计算结果等非常短期的数据。
• 内存：容量大得多，取决于你的内存条容量，可以存储大量的数据，适用于存储代码、变量等等数据。

对于我们来说的意义

在大多数编程环境中，我们无法直接操作寄存器上的内容。相对于程序来说，寄存器是一个由硬件自动管理的存储区域！在大多数编程环境中，我们提到的内存通常是指存储在内存条中的数据，而不是指 CPU 内部的寄存器。

register变量

注意：

该知识主要做了解，在现代C++开发中使用较少，因为现代编译器中会自动优化变量的存储位置，往往比我们手动使用 register 关键词更加有效，在较新版本的C++中已经被废弃了。

寄存器变量

• 用法：

register 变量类型 变量名;

• 作用：register 修饰的变量会变为寄存器变量，会将变量存储在 CPU 的寄存器中，而不是存储在内存中。这样可以有效提高访问速度，当使用变量时将直接从寄存器中读写。

• 生命周期：与普通局部变量一样，生命周期是其所在的作用域。

优点与缺点

• 优点：在某些情况下，register 可以显著提高变量的访问速度，适合循环中的计数器等高频访问的变量。
• 缺点：现代编译器通常已经非常优化，对寄存器的分配也比较智能，显式使用 register 可能不会带来明显的性能提升；不能获取 register 变量的地址，因为寄存器没有地址（寄存器变量无法使用取地址符号 &）。

register auto i = 10; // 这样声明不会存在我们内存中了，而是在寄存器中
cout << i << endl; // 访问它会快一些

for (register int i = 0; i < 10; i++) {
    // 循环体
}

耗时测试

测试普通变量在循环中的耗时情况

auto start1 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
int num_iterations1 = 100000000;  // 循环次数，可根据实际情况调整
for (int i = 0; i < num_iterations1; ++i) {
    int temp = i;
    temp += 1;
}
auto end1 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
std::chrono::duration<double> elapsed1 = end1 - start1;
std::cout << "普通变量循环耗时: " << elapsed1.count() << " 秒" << std::endl;

测试使用 register 变量在循环中的耗时情况

auto start2 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
int num_iterations2 = 100000000;  // 循环次数，可根据实际情况调整
for (register int i = 0; i < num_iterations2; ++i) {
    register int temp = i;
    temp += 1;
}
auto end2 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
std::chrono::duration<double> elapsed2 = end2 - start2;
std::cout << "使用register变量循环耗时: " << elapsed2.count() << " 秒" << std::endl;

11.2 知识点代码

Lesson11_变量的存储类型_register变量.cpp

#include <iostream>
#include <chrono>
using namespace std;
int main()
{
    std::cout << "变量的存储类型_register变量\n";

    #pragma region 知识点一 寄存器和内存

    //寄存器和内存是计算机中两种不同类型的数据存储方式

    //存储位置不同：
    //寄存器：寄存器是CPU内部的一部分，用于存储正在被处理的数据和指令
    //       是 CPU 中最快的存储单元，位于处理器的核心部分

    //内存：是指计算机系统中用于存储数据和程序指令的区域
    //     内存的存储位置位于 CPU 外部，但与 CPU 通过总线连接
    //     内存一般指内存条、硬盘中的虚拟内存中的存储空间

    //存取速度不同：
    //寄存器：快快快！存和取都非常块
 
    //内存：相对寄存器较慢，比硬盘块

    //存储容量：
    //寄存器：数量和容量非常有限，主要用于存储临时数据、操作数、计算结果等非常短期的数据

    //内存：容量大得多，取决于你的内存条容量，可以存储大量的数据，适用于存储代码、变量等等数据

    //对于我们来说的意义
    //在大多数编程环境中，我们无法直接操作寄存器上的内容。
    //相对于程序来说，寄存器是一个由硬件自动管理的存储区域!
    //在大多数编程环境中，我们提到的内存通常是指存储在内存条中的数据
    //而不是指 CPU 内部的寄存器

    #pragma endregion

    #pragma region 知识点二 register变量

    //注意：
    // 该知识主要做了解，在现代C++开发中使用较少，因为现代编译器中会自动优化变量的存储位置
    // 往往比我们手动使用 register 关键词更加有效，在较新版本的C++中已经被废弃了

    //寄存器变量
    //用法：
    // register 变量类型 变量名;
    //作用：
    // register修饰的变量会变为寄存器变量
    // 会将变量存储在CPU的寄存器中，而不是存储在内存中
    // 这样可以有效的提高访问速度，当使用变量时将直接从寄存器中读写
    //生命周期：
    // 与普通局部变量一样，生命周期是其所在的作用域

    //优点：
    // 在某些情况下，register 可以显著提高变量的访问速度，适合循环中的计数器等高频访问的变量
    //缺点：
    // 现代编译器通常已经非常优化，对寄存器的分配也比较智能，
    // 显式使用 register 可能不会带来明显的性能提升
    // 不能获取 register 变量的地址，因为寄存器没有地址（寄存器变量无法使用取地址符号 &）


    register auto i = 10;//这样声明不会存在我们内存中了 而是在寄存器中
    cout << i << endl;//访问他会快一些

    for (register int i = 0; i < 10; i++)
    {

    }

    #pragma endregion

    #pragma region 知识点三 耗时测试

    // 测试普通变量在循环中的耗时情况
    auto start1 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    int num_iterations1 = 100000000;  // 循环次数，可根据实际情况调整
    for (int i = 0; i < num_iterations1; ++i) {
        int temp = i;
        temp += 1;
    }
    auto end1 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    std::chrono::duration<double> elapsed1 = end1 - start1;
    std::cout << "普通变量循环耗时: " << elapsed1.count() << " 秒" << std::endl;

    // 测试使用register变量在循环中的耗时情况
    auto start2 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    int num_iterations2 = 100000000;  // 循环次数，可根据实际情况调整
    for (register int i = 0; i < num_iterations2; ++i) {
        register int temp = i;
        temp += 1;
    }
    auto end2 = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    std::chrono::duration<double> elapsed2 = end2 - start2;
    std::cout << "使用register变量循环耗时: " << elapsed2.count() << " 秒" << std::endl;

    #pragma endregion
}

11.3 练习题

寄存器和内存的区别是什么？

寄存器和内存是计算机中两种不同类型的数据存储方式

存储位置不同：

• 寄存器：寄存器是CPU内部的一部分，用于存储正在被处理的数据和指令。是 CPU 中最快的存储单元，位于处理器的核心部分。
• 内存：是指计算机系统中用于存储数据和程序指令的区域。内存的存储位置位于 CPU 外部，但与 CPU 通过总线连接。内存一般指内存条、硬盘中的虚拟内存中的存储空间。

存取速度不同：

• 寄存器：快快快！存和取都非常快。
• 内存：相对寄存器较慢，比硬盘快。

存储容量：

• 寄存器：数量和容量非常有限，主要用于存储临时数据、操作数、计算结果等非常短期的数据。
• 内存：容量大得多，取决于你的内存条容量，可以存储大量的数据，适用于存储代码、变量等等数据。

寄存器变量的关键字是什么？作用是什么？为什么不建议使用？

• register
• 声明一个直接存储在寄存器中的变量，让变量的读写更快速。
• 显式使用 register 可能不会带来明显的性能提升，新版本C++已经废弃 register 关键字了。