第C++關(guān)鍵字之likely和unlikely詳解目錄什么是likely和unlikelylikely/unlikely的原理likely/unlikely的適用條件C++20中的likely/unlikely

什么是likely和unlikely

既然程序是我們程序員所寫，在一些明確的場(chǎng)景下，我們應(yīng)該比CPU和編譯器更了解哪個(gè)分支條件更有可能被滿足。我們是否可將這一先驗(yàn)知識(shí)告知編譯器和CPU,提高分支預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確率，從而減少CPU流水線分支預(yù)測(cè)錯(cuò)誤帶來的性能損失呢？答案是可以！它便是likely和unlikely。在Linux內(nèi)核代碼中，這兩個(gè)宏的應(yīng)用比比皆是。下面是他們的定義：

#definelikely(x)__builtin_expect(!!(x),1)

#defineunlikely(x)__builtin_expect(!!(x),0)

likely，用于修飾if/elseif分支，表示該分支的條件更有可能被滿足。而unlikely與之相反

以下為示例。unlikely修飾argc0分支，表示該分支不太可能被滿足。

#includecstdio

#definelikely(x)__builtin_expect(!!(x),1)

#defineunlikely(x)__builtin_expect(!!(x),0)

intmain(intargc,char*argv[])

if(unlikely(argc0)){

puts("Positive\n");

}else

puts("ZeroorNegative\n");

return0;

}

likely/unlikely的原理

接下來，我們從匯編指令分析likely/unlikely到底是如何起作用的

首先我們將上述代碼中的unlikely去掉，然后反匯編，作為對(duì)照組

匯編如下，我們看到，if分支中的指令被編譯器放置于分支跳轉(zhuǎn)指令jle相鄰的位置，即CPU流水線在遇到j(luò)le指令所代表的的岔路口時(shí)，更傾向于走if分支

.LC0:

.string"Positive\n"

.LC1:

.string"ZeroorNegative\n"

main:

subrsp,8

testedi,edi

jle.L2;如果argc=0,跳轉(zhuǎn)到L2

movedi,OFFSETFLAT:.LC0;如果argc0,從這里執(zhí)行

callputs

xoreax,eax

addrsp,8

movedi,OFFSETFLAT:.LC1

callputs

jmp.L3

接著我們?cè)趇f分支中加上unlikely,反匯編如下。這里的情況正好與對(duì)照組相反，if分支下的指令被編譯器放置于遠(yuǎn)離跳轉(zhuǎn)指令jg的位置。這意味著CPU此時(shí)更傾向于走else分支。

.LC0:

.string"Positive\n"

.LC1:

.string"ZeroorNegative\n"

main:

subrsp,8

testedi,edi

jg.L6

movedi,OFFSETFLAT:.LC1

callputs

xoreax,eax

addrsp,8

movedi,OFFSETFLAT:.LC0

callputs

jmp.L3

因此，通過對(duì)分支條件使用likely和unlikely，我們可給編譯器一種暗示，即該分支條件被滿足的概率比較大或比較小。而編譯器利用這一信息優(yōu)化其機(jī)器指令，從而最大限度減少CPU分支預(yù)測(cè)失敗帶來的懲罰。

likely/unlikely的適用條件

CPU有自帶的分支預(yù)測(cè)器，在大多數(shù)場(chǎng)景下效果不錯(cuò)。因此在分支發(fā)生概率嚴(yán)重傾斜、追求極致性能的場(chǎng)景下，使用likely/unlikely才具有較大意義。

C++20中的likely/unlikely

C++20之前的，likely和unlikely只不過是一對(duì)自定義的宏。而C++20中正式將likely和unlikely確定為屬性關(guān)鍵字。

intfoo(in