[转] GCC __builtin_expect的作用

http://blog.csdn.net/shuimuniao/article/details/8017971

将流水线引入cpu，可以提高cpu的效率。更简单的说，让cpu可以预先取出下一条指令，可以提供cpu的效率。如下图所示：
+--------------------------------
|取指令 | 执行指令 | 输出结果
+--------------------------------
|             | 取指令     | 执行
+--------------------------------
可见，cpu流水钱可以减少cpu等待取指令的耗时，从而提高cpu的效率。
       
如果存在跳转指令，那么预先取出的指令就无用了。cpu在执行当前指令时，从内存中取出了当前指令的下一条指令。执行完当前指令后，cpu发现不是要执行
下一条指令,而是执行offset偏移处的指令。cpu只能重新从内存中取出offset偏移处的指令。因此，跳转指令会降低流水线的效率，也就是降低
cpu的效率。
        综上，在写程序时应该尽量避免跳转语句。那么如何避免跳转语句呢？答案就是使用__builtin_expect。
       
这个指令是gcc引入的，作用是"允许程序员将最有可能执行的分支告诉编译器"。这个指令的写法为：__builtin_expect(EXP,
N)。意思是：EXP==N的概率很大。一般的使用方法是将__builtin_expect指令封装为LIKELY和UNLIKELY宏。这两个宏的写
法如下。
        #define LIKELY(x) __builtin_expect(!!(x), 1) //x很可能为真
        #define UNLIKELY(x) __builtin_expect(!!(x), 0) //x很可能为假

如下是一个实际的例子。

1. //test_builtin_expect.c
2. #define LIKELY(x) __builtin_expect(!!(x), 1)
3. #define UNLIKELY(x) __builtin_expect(!!(x), 0)
4. int test_likely(int x)
5. {
6. if(LIKELY(x))
7. {
8. x = 5;
9. }
10. else
11. {
12. x = 6;
13. }
14. return x;
15. }
16. int test_unlikely(int x)
17. {
18. if(UNLIKELY(x))
19. {
20. x = 5;
21. }
22. else
23. {
24. x = 6;
25. }
26. return x;
27. }

运行如下命令:
        gcc -fprofile-arcs -O2 -c test_builtin_expect.c
        objdump -d test_builtin_expect.o
输出的汇编码为:

1. <test_likely>:
2. 00    push     %ebp
3. 01    mov      %esp,%ebp
4. 03    mov      0x8(%ebp),%eax
5. 06    addl     $0x1,0x38
6. 0d    adcl     $0x0,0x3c
7. 14    test     %eax,%eax
8. 16    jz       2d <test_likely+0x2d>//主要看这里。此处的效果是eax不为零时，不需要跳转。即x为真是不跳转。
9. 18    addl     $0x1,0x40
10. 1f    mov      $0x5,%eax
11. 24    adcl     $0x0,0x44
12. 2b    pop      %ebp
13. 2c    ret
14. 2d    addl     $0x1,0x48
15. 34    mov      $0x6,%eax
16. 39    adcl     $0x0,0x4c
17. 40    pop      %ebp
18. 41    ret
19. 42    lea      0x0(%esi,%eiz,1),%esi
20. 49    lea      0x0(%edi,%eiz,1),%edi
21. <test_unlikely>:
22. 50    push     %ebp
23. 51    mov      %esp,%ebp
24. 53    mov      0x8(%ebp),%edx
25. 56    addl     $0x1,0x20
26. 5d    adcl     $0x0,0x24
27. 64    test     %edx,%edx
28. 66    jne      7d <test_unlikely+0x2d>//主要看这里。此处的效果是edx为零时,不需跳转。即x为假时不跳转。
29. 68    addl     $0x1,0x30
30. 6f    mov      $0x6,%eax
31. 74    adcl     $0x0,0x34
32. 7b    pop      %ebp
33. 7c    ret
34. 7d    addl     $0x1,0x28
35. 84    mov      $0x5,%eax
36. 89    adcl     $0x0,0x2c
37. 90    pop      %ebp
38. 91    ret
39. 92    lea      0x0(%esi,%eiz,1),%esi
40. 99    lea      0x0(%edi,%eiz,1),%edi

可见，编译器利用程序员作出的判断，生成了高效的汇编码。即，跳转语句不生效的概率很大。

参考资料:http://hi.baidu.com/uu_dou/item/e9f6f41d570d817b7a5f25c7