Как сохранить переменную C++ в регистре

Это просто подсказка компилятору; вы не можете заставить поместить переменную в регистр. В любом случае, составитель компилятора, вероятно, гораздо лучше знает целевую архитектуру, чем программист приложения, и, следовательно, имеет больше возможностей для написания кода, который принимает решения о распределении регистров. Другими словами, вы вряд ли чего-то добьетесь, используя register.

Ключевое слово «register» — это пережиток того времени, когда компиляторы должны были устанавливаться на машинах с 2 МБ ОЗУ (совместно используемыми между 18 терминалами, на каждом из которых входил пользователь). Или ПК/домашние компьютеры с 128-256 КБ ОЗУ. В этот момент компилятор действительно не мог выполнить большую функцию, чтобы выяснить, какой регистр использовать для какой переменной, чтобы использовать регистры наиболее эффективно. Поэтому, если программист дал «подсказку» с помощью register, компилятор поместил бы это в регистр (если это возможно).

Современные компиляторы не умещаются несколько раз в 2 МБ ОЗУ, но они намного умнее присваивают переменные регистрам. В приведенном примере я нахожу очень маловероятным, что компилятор не поместил бы его в регистр. Очевидно, что число регистров ограничено, и при достаточно сложном фрагменте кода некоторые переменные не помещаются в регистры. Но для такого простого примера современный компилятор сделает i регистром, и он, вероятно, не будет трогать память до тех пор, пока где-нибудь внутри ostream& ostream::operator<<(ostream& os, int x).

Единственный способ убедиться, что вы используете регистр, — использовать встроенную сборку. Но даже если вы это сделаете, вам не гарантируется, что компилятор не сохранит ваше значение вне блока встроенного ассемблера. И, конечно же, ваша ОС может решить прервать вашу программу в любой момент, сохранив все ваши регистры в памяти, чтобы передать ЦП другому процессу.

Таким образом, если вы не пишете ассемблерный код в ядре со всеми отключенными прерываниями, нет абсолютно никакого способа гарантировать, что ваша переменная никогда не попадет в память.

Конечно, это имеет значение только в том случае, если вы беспокоитесь о безопасности. С точки зрения производительности компиляции с -O3 обычно достаточно, компилятор обычно довольно хорошо определяет, какие переменные хранить в регистрах. В любом случае, хранение переменных в регистрах — это лишь один небольшой аспект настройки производительности, гораздо более важным аспектом является обеспечение того, чтобы во внутреннем цикле не выполнялась лишняя или дорогостоящая работа.

Как правило, компиляторы CPP (g++) вносят немало оптимизаций в код. Поэтому, когда вы объявляете регистровую переменную, компилятору не обязательно сохранять это значение непосредственно в регистре. (т. е.) код «register int x» может не привести к тому, что компилятор сохранит этот int непосредственно в регистре. Но если мы сможем заставить компилятор сделать это, мы можем добиться успеха.

Например, если мы используем следующий фрагмент кода, мы можем заставить компилятор делать то, что нам нужно. Компиляция следующего фрагмента кода может привести к ошибке, что указывает на то, что int на самом деле сохраняется непосредственно в регистре.

int main() {
    volatile register int x asm ("eax"); 
    int y = *(&x);
    return 0;
}

Для меня компилятор g++ в этом случае выдает следующую ошибку.

[nsidde@nsidde-lnx cpp]$ g++ register_vars.cpp 
register_vars.cpp: In function ‘int main()’:
register_vars.cpp:3: error: address of explicit register variable ‘x’ requested

Строка «изменчивый регистр int x asm («eax»)» указывает компилятору хранить целое число x в регистре «eax» и при этом не выполнять никаких оптимизаций. Это гарантирует, что значение будет сохранено непосредственно в регистре. Вот почему обращение к адресу переменной вызывает ошибку.

Кроме того, компилятор C (gcc) может выдать ошибку со следующим кодом.

int main() {
    register int a=10;
    int c = *(&a);
    return 0;
}

Для меня компилятор gcc в этом случае выдает следующую ошибку.

[nsidde@nsidde-lnx cpp]$ gcc register.c 
register.c: In function ‘main’:
register.c:5: error: address of register variable ‘a’ requested

Здесь вы можете использовать volatile register int i = 10 в C++, чтобы обеспечить сохранение i в регистре. Ключевое слово volatile не позволит компилятору оптимизировать переменную i.