编译器判断优化(__builtin_expect)

最近在网上看到这个，稍微研究了下，发现特定情况下，能提高不少判断的效率。

#define likely(x)       __builtin_expect(!!(x),1)
#define unlikely(x)     __builtin_expect(!!(x),0)

这个技巧就是在循环判断时去期望是或否。这涉及到了编译器优化，以及很经典的火车选路。

在 GCC 手册中对 __builtin_expect() 的描述是这样的：

这个函数的语义是：你期望 exp 表达式的值等于常量 c ，从而 GCC 为你优化程序，将符合这个条件的分支放在合适的地方。

现在处理器都是流水线的，有些里面有多个逻辑运算单元，系统可以提前取多条指令进行并行处理，但遇到跳转时，则需要重新取指令，这相对于不用重新去指令就降低了速度。
所以就引入了 likely 和 unlikely ，目的是增加条件分支预测的准确性，cpu 会提前装载后面的指令，遇到条件转移指令时会提前预测并装载某个分 支的指令。unlikely 表示你可以确认该条件是极少发生的，相反 likely 表示该条件多数情况下会发生。编译器会产生相应的代码来优化 cpu 执行效率。

按照我的理解，简单来说，就是在if(likely(x))的情况下，会提前预读x为1分支下的一条指令，从而减少指令跳转带来的开销。

因为我们可以根据实际情况，比如，绝大部分情况下x为真时使用if(likely(x))，相反的情况使用if(unlikely(x))。

自己的测试程序如下：

#define likely(x)    __builtin_expect(!!(x), 1)
#define unlikely(x)  __builtin_expect(!!(x), 0)

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

int main()
{
clock_t start, finish;
long i = 10000000L;
start = clock();
int x = 1;
int y = 0;
while(--i)
{
if (likely(x))
y = 0;
else
y = 1;

}
finish = clock();
printf("%d\r\n",finish-start);

i = 10000000L;
while(--i)
{
if (x)
y = 0;
else
y = 1;
}
finish = clock();
printf("%d\r\n",finish-start);
return 0;
}

运行结果：

[root@sssversion131 mytest]# ./test
40000
70000
[root@sssversion131 mytest]# ./test
40000
80000
[root@sssversion131 mytest]# ./test
40000
80000
[root@sssversion131 mytest]# ./test
40000
80000
[root@sssversion131 mytest]# ./test
50000
80000
[root@sssversion131 mytest]# ./test
40000
70000
[root@sssversion131 mytest]# ./test
40000
80000
[root@sssversion131 mytest]# ./test
50000
80000

可以看到，极端情况下可以提升30%到50%的效率。