Что делает небезопасным хранение значения в регистре?

Насколько я понимаю, это в основном вопрос aliases. Псевдонимы — это два или более имен, которые относятся к одному и тому же объекту в какой-то точке программы.

Псевдонимы очень затрудняют выполнение некоторых важных оптимизаций. Рассмотрим следующий пример C:

int first, second, *p, *q;
...
first = *p; // store the value from the variable referred to by p in first
*q = 3;     // assign to the variable referred to by q
second = *p;     // store the value from the variable referred to by p in second

Первоначальное присвоение first на большинстве машин требует загрузки *p в регистр. Поскольку доступ к памяти обходится дорого, компилятор захочет сохранить загруженное значение и повторно использовать его в присваивании second. Однако он не сможет этого сделать, если не сможет убедиться, что p и q не относятся к одному и тому же объекту (что *p и *q не являются псевдонимами).

Анализ, выполняемый для проверки того, что определенные имена не являются псевдонимами, называется alias analysis и определяет, когда значения могут быть безопасно кэшированы в регистрах, вычислены «не по порядку» или доступны для параллельных потоков.

Немного другой код:

static int x;
int* p;
int first, second;

first = x;
*p = 3;
second = x;

Присваивание *p могло изменить x, поэтому присваивание second = x должно снова прочитать x из памяти и не может использовать значение, которое только что было сохранено в first и которое, вероятно, все еще находится в регистре.

Наличие регистрового хранилища не гарантирует более быстрого выполнения программы при использовании переменных-указателей. Например, если объявлено слишком много регистровых переменных или недостаточно доступных регистров для их хранения, значения в некоторых регистрах должны быть перемещены во временное хранилище в памяти, чтобы очистить эти регистры для других переменных. И также в этом процессе становится небезопасным перемещение регистровой памяти во временную память.

Таким образом, много времени может быть потрачено впустую на перемещение данных туда и обратно между регистрами и ячейками памяти. Кроме того, использование переменных-указателей для хранения переменных может помешать другому использованию регистров компилятором, например, хранению временных значений при вычислении выражений. В конце концов, использование регистровых переменных может фактически привести к замедлению выполнения в этом конкретном случае, как я уже упоминал. Регистровые переменные следует использовать только в том случае, если вы хорошо знакомы с архитектурой и компилятором используемого вами компьютера.

Лучше всего проверить соответствующие руководства, если вы используете переменные-указатели, которые собираетесь помещать в регистры.