C语言关键字auto与register的深入理解

1. 什么是关键字auto？

auto是C语言中的一个关键字，表示自动变量。在程序中定义变量时如果没有显式地指定变量的存储类别，那么变量的存储类别默认为auto。具有auto存储类别的变量只能在定义它的块内（也就是作用域）使用，一旦离开这个作用域，变量就会被自动销毁。

例如，下面的代码中，变量a定义为自动变量：

void foo() {
    auto int a = 0;
    printf("%d\n", a);
}

当调用foo()函数时，变量a会被定义并初始化为0。离开foo()函数作用域后，变量a会被自动销毁。需要注意的是，auto关键字并不是必须使用的，如果不使用auto关键字，默认变量的存储类别也会被视为auto：

void foo() {
    int a = 0;
    printf("%d\n", a);
}

2. 什么是关键字register？

register也是C语言中的一个关键字，它用于声明寄存器变量。与自动变量不同，寄存器变量存储在CPU的寄存器中，访问速度更快，因此能够提高程序的执行效率。但是，由于寄存器的数量有限，所以不能过多地定义寄存器变量。

例如，下面的代码中，变量x被定义为寄存器变量：

void foo() {
    register int x = 0;
    printf("%d\n", x);
}

当调用foo()函数时，变量x会被定义为寄存器变量，提高程序的执行效率。需要注意的是，寄存器变量不能直接取址，因为它们不存在内存中。

3. auto和register的区别

• auto关键字用于定义自动变量，变量存储在内存中，访问速度较慢；
• register关键字用于定义寄存器变量，变量存储在CPU的寄存器中，访问速度较快。

需要注意的是，在现代的编译器中，它们的使用已经有了一些改变。编译器能够根据上下文环境自行判断变量的存储位置（内存或寄存器），因此使用auto和register关键字并不一定能够提高程序的性能。

4. 示例说明

示例 1：

void foo() {
    int x = 0;
    register int y = 0;

    for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
        x++;
    }

    for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
        y++;
    }
}

int main() {
    foo();
    return 0;
}

在上面的示例中，x是自动变量，而y是寄存器变量。在foo()函数中，对x和y进行一百万次的自增运算。为了比较它们的性能，我们可以使用time命令查看它们运行的时间，如下所示：

$ time ./a.out

real    0m0.285s
user    0m0.285s
sys     0m0.000s

在我的电脑上，这个程序的执行时间为0.285秒。需要注意的是，这个时间与CPU的性能、编译器的版本等因素都有关系，所以在不同的环境中会有所不同。

示例 2：

void foo() {
    static int x = 0;
    auto int y = 0;

    x++;
    y++;
    printf("%d\n", x);
    printf("%d\n", y);
}

int main() {
    foo();
    foo();
    foo();
    return 0;
}

在上面的示例中，x是静态变量，而y是自动变量。在foo()函数中，对x和y进行自增运算，并输出它们的值。由于x是静态变量，它的值会被保留下来，每次调用foo()函数时会自增。而y是自动变量，每次调用foo()函数时都会重新定义并初始化为0。

当我们运行这个程序时，它的输出为：

1
1
2
1
3
1

我们可以发现，x的值每次都会自增，而y的值每次都会重新初始化为0。更进一步地，我们可以发现，每输出一次y的值，它的地址都会不同，也就说明它的存储位置也不同。

5. 总结

auto和register关键字都用于定义局部变量的存储类别，它们的使用和效果在不同的编译器和环境中也有所不同。在现代的编译器中，它们的使用已经有了一些改变。在一般情况下，我们可以不使用它们，让编译器自行决定变量的存储位置。