C語言關鍵字auto與register的深入理解

關鍵字概述
很多朋友看到這兒可能會有疑問，往往其它講C語言的書籍都是從HelloWorld，資料類型開始C語言學習的，為什麼我們要從C語言的關鍵字開始呢？關於這點，我有兩點需要說明：
本章節面向的讀者對象是有一定的C語言基礎知識的朋友（至少應該學習過大學裡的C語言程式設計等類似的課程）
本章節結合了作者多年嵌入式工作、研究、教學經驗而作，由電腦底層硬體到上層軟體設計融會貫通，中間有大量的深入淺出的樣本

在我對C語言進行培訓的時候，往往就是從C語言的關鍵字入手，因為C語言的關鍵字蘊含了C語言的全部的詞彙，囊括了C語言裡大量知識要點，從C語言關鍵字開刀，首先可以對你之前所學知識進行複習，其次，切磋一下和作者有什麼不同的見解，廢話少說，讓我們從關鍵字開始。
關鍵字，又叫保留字，是編譯器能識別的特殊單詞，每種電腦語言都會有其特定的關鍵字，C語言中有32位關鍵字。
問：為什麼要有關鍵字？
答：關鍵字是程式設計中代碼必須包含的部分，編譯器在編譯C代碼的時候，必然要將C代碼進行斷句，將代碼分割成不同部分，將這些部分分別進行解析和編譯。
int a = 10; int是關鍵字，編譯器看到它出現，會將它後面的字元作為整型變數名來處理。
也就是說，關鍵字是編譯器能認識的特殊字元串符號。
關鍵字的數量是由編譯器來決定的，關鍵字大小寫敏感性也和編譯器有關。如果關鍵字寫錯，那麼在代碼的解析過程中，編譯器就會報錯：符號不能識別或符號不能被解析。
每個關鍵字有著不同的意義，用來告知編譯器編程者的目的。

關鍵字分類
32個關鍵字每個都有不同的意義，大體上根據其意義可以分為以下幾類（底線表示不同分類中有交集）：
1)非常見：auto、register、volatile、goto
2)儲存相關：const、extern、register、volatile、static、auto、signed、unsigned
3)資料類型：char、short、int、float、long、double、struct、union、enum、void
4)邏輯控制：if、else、for、while、do、break、continue、return、default、switch、case、goto
5)特殊用途：sizeof、typedef
我相信，大部分關鍵字我們都能認識，並且能夠使用，有一部分可能很少見，甚至一點印象也沒有：它也是C語言的關鍵字？？？
1.隱形刺客：auto
描述：auto關鍵字在我們寫的代碼裡幾乎看不到，但是它又無處不在，它是如此的重要，又是如此的與世無爭，默默的履行著自己的義務，卻又隱姓埋名。
作用：C程式是面向過程的，在C代碼中會出現大量的函數模組，每個函數都有其生命週期（也稱範圍），在函數生命週期中聲明的變數通常叫做局部變數，也叫自動變數。例如：

複製代碼 代碼如下: int fun(){
int a = 10; // auto int a = 10;
// do something
return 0;
}

複製代碼 代碼如下: int fun(){
int a = 10; // auto int a = 10;
// do something
return 0;
}

整型變數a在fun函數內聲明，其範圍為fun函數內，出來fun函數，不能被引用，a變數為自動變數。也就是說編譯器會有int a = 10之前會加上auto的關鍵字。
auto的出現意味著，當前變數的範圍為當前函數或程式碼片段的局部變數，意味著當前變數會在記憶體棧上進行分配。
記憶體棧：
如果大家學過資料結構，應該知道，棧就是先進後出的資料結構。它類似於我們用箱子打包書本，第一本扔進去大英，第二本扔進行高數，第三本扔進行小說，那麼取書的時候，先取出來第一本是小說，第二是高數，第三本是大英。
棧的操作為入棧和出棧，入棧就是向箱子裡扔書，出棧就是從箱子裡取書。那麼這和我們的auto變數分配空間有什麼關係呢？
由於一個程式中可能會有大量的變數聲明，每個變數都會佔有一定的記憶體空間，而記憶體空間對於電腦來說是寶貴的硬體資源，因此合理的利用記憶體是編譯器要做的一個主要任務。有的變數是一次性使用的，如局部變數。有的變數要伴隨著整個程式來使用的，如全域變數。為了節省記憶體空間，最佳化效能，編譯器通常會將一次性使用的變數分配在棧上。也就是說，代碼中聲明一個一次性變數，就在棧上進行入棧操作。當該變數使用完了（生命週期結束），進行出棧操作。這樣，在執行不同的函數的時候，就會在一個棧上進行出入棧操作，也就是說它們在頻繁的使用一個相同的記憶體空間，從而可以更高效的利用記憶體。

PS：有的編譯器為了提高效率，在出棧時不會進行資料清空，這也就意味著，下個函數裡的變數在入棧使用該空間時，裡面的資料是上一次變數操作的結果。
2.閃電飛刀：register
描述：register就和它的名字一樣，很少出現在代碼世界中，因為敢稱為閃電飛刀的變數，通常只會在一些特定場合才能出現。它是如此的快，以致於CPU都對其刮目相看，但是它有一個致命的缺點，它的速度“看心情”而定，不是每一次都能讓人滿意。
作用：如果一個變數被register來修辭，就意味著，該變數會作為一個寄存器變數，讓該變數的訪問速度達到最快。比如：一個程式邏輯中有一個很大的迴圈，迴圈中有幾個變數要頻繁進行操作，這些變數可以聲明為register類型。
寄存器變數：寄存器變數是指一個變數直接引用寄存器，也就是對變數名的操作的結果是直接對寄存器進行訪問。寄存器是CPU的親信，CPU操作的每個運算元和操作結果，都由寄存器來暫時儲存，最後才寫入到記憶體或從記憶體中讀出。也就是說，變數的值通常儲存在記憶體中，CPU對變數進行讀取先是將變數的值從記憶體中讀取到寄存器中，然後進行運算，運算完將結果寫回到記憶體中。為什麼要這麼設計，而不直接對變數的值從記憶體中進行運算，而要再藉助於寄存器？這是由於考慮到效能的問題才這麼設計的。在電腦系統中，包含有很多種不同類型的儲存空間，如表xxx所示。
表xxx 電腦儲存空間分類

名稱	速度	特點	用途
靜態儲存空間	最快	造價高，體積大，適合小容量的緩衝	寄存器，緩衝
動態儲存裝置器	較快	造價較低，體積較小，適合大容易儲存資料	記憶體

在電腦中CPU的運算速度最快，現在都達到3GHZ左右，而相對應的儲存空間速度卻相對慢很多，訪問速度最快的寄存器和緩衝，由於其體積又大，不適合大容量的使用，所以只能二者相接合的方式來提高效率。程式碼儲存在記憶體中，當使用資料時，將其送到寄存器，讓CPU來訪問，使用完畢，送回記憶體儲存。而C語言又允許使用寄存器來儲存變數的值，很明顯這樣能大大提高程式的執行速度，但是，寄存器的個數是有限的，X86也就是十幾個，ARM最多才37個。我們不可能將全部的變數都聲明為寄存器變數，因為其它代碼也要使用寄存器，同樣，我們聲明的寄存器變數也不一定直接儲存在寄存器中，因為寄存器可能全部都在被其它代碼佔用。編譯器只能是盡量的為我們的變數安排在寄存器中。
在使用寄存器變數時，請注意：
待聲明為寄存器變數類型應該是CPU寄存器所能接受的類型，意味著寄存器變數是單個變數，變數長度應該小於等於寄存器長度
不能對寄存器變數使用取地址符“&”，因為該變數沒有記憶體位址
盡量在大量頻繁的操作時使用寄存器變數，且聲明的變數個數應該盡量的少