一般情況下，變數的值是儲存在記憶體中的，CPU 每次使用資料都要從記憶體中讀取。如果有一些變數使用非常頻繁，從記憶體中讀取就會消耗很多時間，例如 for 迴圈中的增量控制：

int i;
for(i=0; i<1000; i++){
    // Some Code
}

執行這段程式碼，CPU 為了獲得 i，會讀取 1000 次記憶體。

為了解決這個問題，可以將使用頻繁的變數放在CPU的通用暫存器中，這樣使用該變數時就不必訪問記憶體，直接從暫存器中讀取，大大提高程式的執行效率。

暫存器、快取、記憶體

為了加深對 register 變數的理解，這裡有必要講一下CPU暫存器。

按照與CPU的遠近來分，離CPU最近的是暫存器，然後是快取，最後是記憶體。

暫存器是最貼近CPU的，而且CPU只在暫存器中進行存取。寄存的意思是暫時存放資料，不用每次都從記憶體中取，它是一個臨時的存放資料的空間。

而暫存器的資料又來源於記憶體，於是 CPU <-- 暫存器 <-- 記憶體，這就是它們之間的資訊交換。

那麼為什麼還需要快取呢？因為如果頻繁地操作記憶體中同一地址上的資料會影響速度，於是就在暫存器和記憶體之間設定一個快取，把使用頻繁的資料暫時儲存到快取，如果暫存器需要讀取記憶體中同一地址上的資料，就不用大老遠地再去訪問記憶體，直接從快取中讀取即可。

快取的速度遠高於記憶體，價格也是如此。

注意：快取的容量是有限的，暫存器只能從快取中讀取到部分資料，對於使用不是很頻繁的資料，會繞過快取，直接到記憶體中讀取。所以不是每次都能從快取中得到資料，這就是快取的命中率，能夠從快取中讀取就命中，否則就沒命中。

關於快取的命中率又是一門學問，哪些資料保留在快取，哪些資料不保留，都有複雜的演算法。

注意：上面所說的CPU是指CPU核心，從市場上購買的CPU已是封裝好的套件，附帶了暫存器和快取，插到主機板上就可以用。

從經濟和速度的綜合考慮，快取又被分為一級快取、二級快取和三級快取，它們的存取速度和價格依次降低，容量依次增加。購買到的CPU一般會標出三級快取的容量。

register 變數

暫存器的數量是有限的，通常是把使用最頻繁的變數定義為 register 的。

來看一個計算 π 的近似值的例子，求解的一個近似公式如下：

為了提高精度，迴圈的次數越多越好，可以將迴圈的增量控制定義為暫存器變數，如下所示：

#include <stdio.h>
#include <conio.h>

int main()
{
    register int i = 0;  // 暫存器變數
    double sign = 1.0, res = 0, ad = 1.0;

    for(i=1; i<=100000000; i++)
    {
        res += ad;
        sign=-sign;
        ad=sign/(2*i+1);
    }

    res *= 4;
    printf("pi is %f", res);

    getch();
    return 0;
}

執行結果：
pi is 3.141593

關於暫存器變數有以下事項需要注意：
1) 為暫存器變數分配暫存器是動態完成的，因此，只有區域性變數和形式引數才能定義為暫存器變數。

2) 區域性靜態變數不能定義為暫存器變數，因為一個變數只能宣告為一種儲存類別。

3) 暫存器的長度一般和機器的字長一致，所以，只有較短的型別如int、char、short等才適合定義為暫存器變數，諸如double等較大的型別，不推薦將其定義為暫存器型別。

4) CPU的暫存器數目有限，因此，即使定義了暫存器變數，編譯器可能並不真正為其分配暫存器，而是將其當做普通的auto變數來對待，為其分配棧記憶體。當然，有些優秀的編譯器，能自動識別使用頻繁的變數，如迴圈控制變數等，在有可用的暫存器時，即使沒有使用 register 關鍵字，也自動為其分配暫存器，無須由程式設計師來指定。