19.变量说明符

C 语言允许声明变量的时候，加上一些特定的说明符（specifier），为编译器提供变量行为的额外信息。它的主要作用是帮助编译器优化代码，有时会对程序行为产生影响。

auto

auto说明符表示该变量的存储，由编译器自主分配内存空间，且只存在于定义时所在的作用域，退出作用域时会自动释放。

由于只要不是extern的变量（外部变量），都是由编译器自主分配内存空间的，这属于默认行为，所以该说明符没有实际作用，一般都省略不写。

auto int a;
// 等同于
int a;

extern

extern说明符表示，该变量在其他文件里面声明，没有必要在当前文件里面为它分配空间。通常用来表示，该变量是多个文件共享的。

extern int a;

上面代码中，a是extern变量，表示该变量在其他文件里面定义和初始化，当前文件不必为它分配存储空间。

但是，变量声明时，同时进行初始化，extern就会无效。

// extern 无效
extern int i = 0;

// 等同于
int i = 0;

上面代码中，extern对变量初始化的声明是无效的。这是为了防止多个extern对同一个变量进行多次初始化。

函数内部使用extern声明变量，就相当于该变量是静态存储，每次执行时都要从外部获取它的值。

函数本身默认是extern，即该函数可以被外部文件共享，通常省略extern不写。如果只希望函数在当前文件可用，那就需要在函数前面加上static。

extern int f(int i);
// 等同于
int f(int i);

register

register说明符向编译器表示，该变量是经常使用的，应该提供最快的读取速度，所以应该放进寄存器。但是，编译器可以忽略这个说明符，不一定按照这个指示行事。

register int a;

上面示例中，register提示编译器，变量a会经常用到，要为它提供最快的读取速度。

register只对声明在代码块内部的变量有效。

设为register的变量，不能获取它的地址。

register int a;
int *p = &a; // 编译器报错

上面示例中，&a会报错，因为变量a可能放在寄存器里面，无法获取内存地址。

如果数组设为register，也不能获取整个数组或任一个数组成员的地址。

register int a[] = {11, 22, 33, 44, 55};

int p = a;  // 报错
int a = *(a + 2); // 报错

历史上，CPU 内部的缓存，称为寄存器（register）。与内存相比，寄存器的访问速度快得多，所以使用它们可以提高速度。但是它们不在内存之中，所以没有内存地址，这就是为什么不能获取指向它们的指针地址。现代编译器已经有巨大的进步，会尽可能优化代码，按照自己的规则决定怎么利用好寄存器，取得最佳的执行速度，所以可能会忽视代码里面的register说明符，不保证一定会把这些变量放到寄存器。

volatile

volatile说明符表示所声明的变量，可能会预想不到地发生变化（即其他程序可能会更改它的值），不受当前程序控制，因此编译器不要对这类变量进行优化，每次使用时都应该查询一下它的值。硬件设备的编程中，这个说明符很常用。

volatile int foo;
volatile int* bar;

volatile的目的是阻止编译器对变量行为进行优化，请看下面的例子。

int foo = x;
// 其他语句，假设没有改变 x 的值
int bar = x;

上面代码中，由于变量foo和bar都等于x，而且x的值也没有发生变化，所以编译器可能会把x放入缓存，直接从缓存读取值（而不是从 x 的原始内存位置读取），然后对foo和bar进行赋值。如果x被设定为volatile，编译器就不会把它放入缓存，每次都从原始位置去取x的值，因为在两次读取之间，其他程序可能会改变x。

restrict

restrict说明符允许编译器优化某些代码。它只能用于指针，表明该指针是访问数据的唯一方式。

int* restrict pt = (int*) malloc(10 * sizeof(int));

上面示例中，restrict表示变量pt是访问 malloc 所分配内存的唯一方式。

下面例子的变量foo，就不能使用restrict修饰符。

int foo[10];
int* bar = foo;

上面示例中，变量foo指向的内存，可以用foo访问，也可以用bar访问，因此就不能将foo设为 restrict。

如果编译器知道某块内存只能用一个方式访问，可能可以更好地优化代码，因为不用担心其他地方会修改值。

restrict用于函数参数时，表示参数的内存地址之间没有重叠。

void swap(int* restrict a, int* restrict b) {
  int t;
  t = *a;
  *a = *b;
  *b = t;
}

上面示例中，函数参数声明里的restrict表示，参数a和参数b的内存地址没有重叠。