このプログラムの結果は正しいのでしょうか？

質問

下記のプログラムはregister変数へのアクセスが高速であることを確認するためのプログラムです

#include <stdio.h>
#include <time.h>

int i; /* これはグローバル変数なので、
register変数には変換されない */

int main(void)
{
register int j;

int k;
clock_t start, finish;

start = clock();
for(k=0; k<100; k++)
for(i=0; i<32000; i++);
finish = clock();
printf("レジスタを使わないループの刻み数: %ld \n", finish - start);

start = clock();
for(k=0; k<100; k++)
for(j=0; j<32000; j++);
finish = clock();
printf("レジスタを使ったループの刻み数: %ld \n", finish - start);

return 0;
}

【質問】
このプログラムを実行すると、

レジスタを使わないループの刻み数: 15
レジスタを使ったループの刻み数: 0

と表示されます。
この結果はregister変数へのアクセスが高速であることの証明になるのでしょうか？
また「刻み数」とは何のことですか？教えて頂けないでしょうか？

回答No.1

liar_adan · ベストアンサー

clock()関数は、プログラム中で微少時間を計るための関数で、
その微少時間の単位のことを「刻み数」と言っていると思われます。
(実際の時間の長さは、環境に依存します)
「clock()関数」で検索すればいくつか出てくるので、調べてみてください。

このコードは、
「グローバル変数よりはそうでない変数の方が早い」
という証明にはなっても、
「特にregister変数の方が早い」
という証明にはならないと思われます。

一般的には、カウンタに使う変数は、関数内で宣言した自動変数です。
このプログラムであれば
int k;
がその例になります。

関数の外で宣言した変数(ここでは int i;)
はグローバル変数になりますが、
これへのアクセスは、一般的には、自動変数より遅いと言われています。

だからregister変数の高速さを確かめるためには、
「register変数ではない自動変数と、register変数」
について計測しないと、意味のある比較とは思えません。

ただ、実はこれが難事であって、
「registerを付けない変数でも、実際上はregister変数になることもあるし」
「registerを付けた変数でも、実際上はregister変数にならない場合もあるし」
「コンパイラが行うコードの最適化によって、処理自体が実行されない場合がある」
というふうに、よくわからない様々なことがあります。
その点、グローバル変数がレジスタになることはないので、
このように記述したプログラマの意図もわからないではありません。

このため、厳密に比較を行うには、C言語では無理であって、
アセンブラを使って
「レジスタを使う」
「スタックを使う(Cの自動変数に相当)」
「メモリ上の固定アドレスを使う(Cのグローバル変数に相当)」
などの処理を行わなければなりません。
アセンブラを使うことが困難なら、コンパイラのオプションで
「最適化を行わない」と指定すれば順当な結果が得られるかもしれません。
(このオプションの使用法や存在は、コンパイラによって違います)

お礼

さっそくの回答ありがとうございます！
分かりやすい回答で非常に勉強になりました。
私は VisualC++.NET Standard 2003 を使っているのですが、
このバージョンには最適化コンパイラが付いていません。
なので、順当な結果が得られると思います。
勉強している本には
「たいていのコンパイラでは、register変数を使ったループはregister変数を使わないループの２倍程度の速度で実行されます」
とあるので、刻み数が0と15では順当ではないと思い、
(調べたところ、処理が早すぎて0になってしまうらしいので)
それぞれのループの条件判定部を「32000」から「92000」に変えました。
すると、

レジスタを使わないループの刻み数: 31
レジスタを使ったループの刻み数: 15

になり、自己解決しました。
どうもコンパイルして初回実行してから、再度実行すると刻み数に差がなくなるようです。