为什么不能使用循环访问寄存器数组

Question

我有以下代码

{
    register int a[10];
        int i;
        for(i=0;i<10;i++){
            a[i]=1;
        }
        for(i=0;i<10;i++){
            printf("%d\t",&a[i]);
        }
}   

错误

rejarr.c: In function ‘main’:
    rejarr.c:6:3: error: address of register variable ‘a’ requested
       a[i]=1;
       ^
    rejarr.c:9:3: error: address of register variable ‘a’ requested
       printf("%d\t",&a[i]);                                            
       ^

但是我提到了数组的索引位置，那时我可以访问数组的值。
使用循环无法访问数组的原因是什么

Answer 1

在 C 中，您不能将 & 运算符与寄存器变量一起使用。这就是编译器抛出错误的原因。

C standard 6.7.1 Storage-class specifiers脚注128：

128) 实现可以将任何寄存器声明简单地视为 自动声明。 但是，无论是否可寻址存储 实际使用时，用声明的对象的任何部分的地址 不能显式计算存储类说明符寄存器 （通过使用 6.5.3.2 中讨论的一元 & 运算符）或隐式 （通过将数组名称转换为 6.3.2.1 中讨论的指针）。 因此，唯一可以应用于声明的数组的运算符 存储类说明符寄存器是 sizeof。

Answer 2

register 是一个旧关键字，它要求 C 实现将对象存储在处理器寄存器而不是内存中。在现代 C 中，它只要求实现快速访问对象，在现代优化面前几乎毫无用处。

但是，一些旧的语义仍然存在。处理器寄存器没有内存地址，因此 C 有规则禁止使用 register 对象的地址。当您使用带有下标的数组时，该数组必须（自动）转换为指向其第一个元素的指针。也就是说，必须取地址。这违反了 C 2018 6.3.2.1 3 中的规则，该规则说：

…如果数组对象有注册存储类，则行为未定义。

Answer 3

对于第二个错误：printf("%d\t",&a[i]); 实际上应该是 printf("%d\t",a[i]);。 & 表示“地址”，但您需要该值。 但是，register 变量的数组索引不起作用，因为...

---

来自Wikipedia：

在 C 中（但不是 C++，其中关键字基本上被忽略）无法访问使用 register 声明的变量的位置，但可以应用 sizeof 运算符。除了这个限制之外，寄存器在现代编译器中基本上没有意义，因为优化会在适当的时候将变量放在寄存器中，而不管是否给出提示。

因此，对于第一个错误，您不能拥有使用指针算法的代码，例如 *(a+i)=1;，这可能是编译器实现 a[i]=1; 的方式。展开循环似乎可以工作：

int main(int argc, char *argv[]) {
    register int a[10];

    a[0]=1;
    a[1]=1;
    a[2]=1;
    a[3]=1;
    a[4]=1;
    a[5]=1;
    a[6]=1;
    a[7]=1;
    a[8]=1;
    a[9]=1;

    printf("%d\t", a[0]);
    printf("%d\t", a[1]);
    printf("%d\t", a[2]);
    printf("%d\t", a[3]);
    printf("%d\t", a[4]);
    printf("%d\t", a[5]);
    printf("%d\t", a[6]);
    printf("%d\t", a[7]);
    printf("%d\t", a[8]);
    printf("%d\t", a[9]);

    printf("\n");
}

>gcc -S -std=c11 -Wall -c main.c && gcc main.o -o main.exe && main
1       1       1       1       1       1       1       1       1       1

; ...
    movl    %ecx, 16(%rbp)
    movq    %rdx, 24(%rbp)
    call    __main
    movl    $1, -48(%rbp)
    movl    $1, -44(%rbp)
    movl    $1, -40(%rbp)
    movl    $1, -36(%rbp)
    movl    $1, -32(%rbp)
    movl    $1, -28(%rbp)
    movl    $1, -24(%rbp)
    movl    $1, -20(%rbp)
    movl    $1, -16(%rbp)
    movl    $1, -12(%rbp)
    movl    -48(%rbp), %eax
    movl    %eax, %edx
    leaq    .LC0(%rip), %rcx
    call    printf
    movl    -44(%rbp), %eax
    movl    %eax, %edx
    leaq    .LC0(%rip), %rcx
    call    printf
; ...

但请注意，值已移至RBP!中包含的地址！

---

最简单的解决方案（可能是可读性、可维护性和编译器优化的最佳解决方案）：删除 register 关键字！

int main(int argc, char *argv[]) {
    int a[10];
    int i;
    for(i=0;i<10;i++){
        a[i]=1;
    }
    for(i=0;i<10;i++){
        printf("%d\t", a[i]);
    }
    printf("\n");
}

; ...
    movl    %ecx, 16(%rbp)
    movq    %rdx, 24(%rbp)
    call    __main
    movl    $0, -4(%rbp)
    jmp .L2
.L3:
    movl    -4(%rbp), %eax
    cltq
    movl    $1, -48(%rbp,%rax,4)
    addl    $1, -4(%rbp)
.L2:
    cmpl    $9, -4(%rbp)
    jle .L3
    movl    $0, -4(%rbp)
    jmp .L4
.L5:
    movl    -4(%rbp), %eax
    cltq
    movl    -48(%rbp,%rax,4), %eax
    movl    %eax, %edx
    leaq    .LC0(%rip), %rcx
    call    printf
    addl    $1, -4(%rbp)
.L4:
    cmpl    $9, -4(%rbp)
    jle .L5
; ...

>gcc -std=c11 -Wall -c main.c && gcc main.o -o main.exe && main
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