C语言register关键字与volatile关键字
CPU的基本组成
要讲这个，我们先要介绍一下CPU的组成
CPU由运算器与控制器组成，而现代CPU内部通常也集成了存储器
这里这个存储器又包含：
- 寄存器
- L1 Cache（一级缓存）
- L2 Cache（二级缓存）
- L3 Cache（三级缓存）
其中下面三个可以统称为CPU缓存。
寄存器就是被CPU直接操控的数据存储区
而缓存是CPU和内存之间的缓冲区
而在CPU外部，还有一个存储设备RAM，就是我们常说的内存
| 存储单元 | 容量 | 速度 | 位置 |
|---|---|---|---|
| 寄存器 | 几十~几百字节 | 最快 | CPU核心内部 |
| L1 Cahce | 几十KB | 极快 | CPU核心内部 |
| L2 Cache | 几百KB~数MB | 很快 | CPU核心内部 |
| L3 Cache | 几MB~数十MB | 较快 | 多核心共享 |
| RAM | GB级 | 较慢 | CPU外部 |
缓存的作用可以这样说，假如一个程序要利用一个数组[1,2,3,4,5]的所有数据，但是如果每次读一个数据都要通过总线从内存拿，这样效率会有一点低下。我们在运行这个程序的时候可以直接把[1,2,3,4,5]这整个数组先拿到缓存里，这样后续访问就会快很多。
本质区别可以用这两句话概括：
寄存器：
CPU正在计算的数据缓存：
CPU未来可能要计算的数据register关键字
我们直接看最本质、最核心的区别：
#include<stdio.h> int main() { int m = 1; while(1) { printf("%d",m); } return 0; }这段代码写了一个死循环，一直输出变量m的值
但是，这有一个问题会影响效率。在我们程序运行时，程序会从硬盘中被拉取到内存中。每一次循环，都要执行一次打印m的值的语句，而这个语句每次执行都要CPU通过总线从内存中读取变量m的值，这就会影响效率。但是解决很简单，这样写就可以解决这个问题：
#include<stdio.h> int main() { register int m = 1; while(1) { printf("%d",m); } return 0; }对比可以发现，和上一个代码的区别仅仅是这个代码在定义变量m的时候多了一个register关键字。register关键字的作用就是，建议编译器把我们定义的变量放入CPU寄存器。
看我们的代码，如果变量m被放入了寄存器，那么在while每一次循环都不需要再与内存交互而是直接从寄存器中读取变量m的值，大大提高了程序运行效率。
几个注意点：
- 加了
register关键字并不代表编译器一定会把这个变量存在寄存器，只是建议编译器把这个变量存在寄存器，具体要看寄存器的空间情况。 register关键字只能修饰局部变量的定义，不能修饰全局变量的定义和函数定义。- 不能使用取地址运算符
&对被register关键字标记的变量进行取地址运算。因为取地址运算符只能对在内存中的变量获得其内存地址，而寄存器中的变量压根不在内存中。 register修饰的变量一定要是CPU所能处理的类型（比如有的CPU不支持浮点，用register标记浮点就会出问题register适用于标记某一个被频繁使用的变量
不过，在早期的C语言编译器中，register非常有用。但是，现代编译器（如 GCC, Clang）的优化算法（比如开启-O2或-O3优化）已经非常强大了。编译器自己就能完美判断出哪些变量被频繁使用，并自动将它们放入寄存器中。但是我们依然要重视这个关键字的使用。
volatile关键字
volatile在英文中的意思是异变的、动荡不定的volatile关键字的作用是标记被这个关键字修饰的变量随时可能发生变化
可以看这个例子
#include<stdio.h> int main() { int flag = 0; while(flag==0) { } return 0; }这里编译器会发现while循环内部压根就没有修改flag的，但是每次循环结束后都要判断一次flag==0，这时候就会进行编译器优化，把flag这个变量拿到寄存器内部，不再利用内存中的flag变量。这就会出现一个问题，如果内存中的flag变量真的被修改了，那么flag不是0了，按理来说循环应该结束，但是还是会执行。
这时候就可以对flag用volatile关键字进行修饰，这样就会阻止编译器优化。绝大部分情况下用于全局变量。
代码如下：
#include<stdio.h> int main() { volatile int flag = 0; while(flag==0) { } return 0; }总结
这两个关键字都与CPU的寄存器与内存的管理有关，两者有类似之处，一个是建议把变量定义在寄存器中，一个是建议不把变量拉到寄存器中。