问题

《C专家编程》第六十页参数在传递时为什么会首先放到寄存器中?

回答
好的,我们来聊聊《C专家编程》第六十页讲到的参数传递到寄存器的问题。这可不是什么“AI”的套路,而是计算机底层运作的真实写照。想象一下,你给CPU下达命令,让它处理一些数据,比如计算两个数的和。这些“数据”就是我们说的参数。

为什么参数首先要去寄存器呢?

简单来说,寄存器是CPU内部速度最快、最容易访问的存储区域。你可以把它们想象成CPU面前的“工作台”上的几块小黑板,上面写着当下最需要处理的数据。

1. 速度的极致追求: C语言虽然抽象,但最终是要在硬件上执行的。而硬件执行指令的速度,很大程度上取决于数据的获取速度。
内存 vs. 寄存器: 内存(RAM)就像CPU办公室外面一个大仓库,存着大量的数据,但离CPU稍远,访问起来需要“跑腿”的时间。寄存器呢,就在CPU的核心“桌面上”,指尖一碰就能拿到。
访问延迟: 从内存读取一个数据,可能需要几十到几百个CPU时钟周期,而从寄存器读取,可能只需要一两个时钟周期。这个差距是巨大的!
指令执行: CPU执行一条指令,比如加法,需要操作数。如果这些操作数在内存里,CPU就得先派“信使”去内存取,回来才能开始计算。但如果参数已经放在寄存器里,CPU立刻就能抓取,指令瞬间就能完成。

2. 减少内存访问的负担: 函数调用涉及到参数的传递,如果每次都要从内存中读取参数,然后将结果写回内存,会极大地增加内存总线上的流量,形成“瓶颈”。把参数放在寄存器里,就像把常用的工具直接放在手边,省去了无数次从抽屉里拿取的动作。

3. 指令集的效率: CPU的指令集设计本身就考虑到了寄存器的使用。许多指令就是设计用来直接操作寄存器内容的。例如,`ADD R1, R2` 这样的指令,直接将R2的值加到R1上,非常高效。如果参数在内存中,指令可能就变成了 `LOAD R1, [address1]`, `LOAD R2, [address2]`,`ADD R1, R2`, `STORE R1, [address3]`,这会多出很多指令和内存读写操作。

4. 函数调用约定的需要(Calling Conventions): 不同的处理器架构(如x86、ARM)和不同的操作系统(如Windows、Linux)都有自己约定好的函数调用方式,这被称为“调用约定”。这些调用约定规定了函数参数如何传递、返回值如何返回、哪些寄存器是函数可以随意使用的(称为“临时寄存器”或“易失性寄存器”)、哪些寄存器是函数调用后必须保持原样的(称为“调用者保存寄存器”)。
寄存器优先是普遍模式: 在现代的大多数调用约定中,都会优先使用寄存器来传递一部分参数,特别是那些数量不多且占用空间小的参数(比如整数、指针等)。这样做的目的就是为了快速启动函数的执行。
何时放回内存? 当参数过多,或者参数是很大的数据类型(如结构体),以至于寄存器无法容纳时,一部分参数就会被放到内存中的栈(stack)上。但这通常是在用完所有合适的寄存器之后才采取的策略。

举个例子:

假设你有一个函数 `int add(int a, int b)`。

当编译器看到这个函数调用时,它会根据调用约定:

选择一对可用的寄存器,比如 `EAX` 和 `EBX`(在x86架构上)。
将变量 `a` 的值放入 `EAX`。
将变量 `b` 的值放入 `EBX`。
然后生成一条指令让CPU去执行 `EAX + EBX` 的操作,并将结果存到另一个寄存器里(比如 `EAX`)。

这样,函数体内部的第一个操作就是从寄存器里读取 `a` 和 `b`,然后进行加法,速度非常快。如果参数没有先放到寄存器,CPU就得先去内存找它们,那效率就低了。

总结一下:

参数在传递时优先放到寄存器,是CPU底层设计、指令集效率以及函数调用约定共同决定的结果。它本质上是为了最大限度地提高程序执行的速度和效率,通过减少对速度相对较慢的内存的访问次数来实现。这就像你在做手工,把最常用的工具摆在手边,而不是每次都跑到抽屉里去拿一样。

网友意见

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不定长参数,不是没有参数,而是至少有一个参数。

不定长的意思,不是真的不定长,而是通过第一个参数来计算后面有几个参数。

所以,第一个参数肯定是固定的,所以只要确定了第一个参数是用寄存器还是用栈,后面的只要按照调用约定来就可以了。

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