C/C++ 分支预测(likely unlikely)

看一些代码时，会遇到likely unlikely, 查了查网上的资料，结合自己的理解记录一下。

1. 一些概念

　　指令周期是指执行一条指令所需要的时间，一般由若干个机器周期组成，是从取指令、分析指令到指令执行完所需的全部。

　　预取指令具体方法就是在不命中时，当数据从主存储器中取出送往CPU的同时，把主存储器相邻几个单元中的数据（称为一个数据块）都取出来送入Cache中。预取指令可以更好的利用 cpu资源。简单说就是从内存取指令很慢， cpu要等待这个过程。如果能提前预测可能执行的指令，就提前从内存把指令读到 cache， 由于 cache的访问速度较内存快，cpu要执行时就不用等很长时间了。

　　如果开发人员可以告诉编译器，哪个分支更有可能发生(likely) 或者 非常不可能发生(unlikely), 可以帮助编译器进行代码编译。

2. 看看代码

unlikely.cpp：

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

 #define likely(x) __builtin_expect(!!(x), 1) //gcc内置函数, 帮助编译器分支优化
 #define unlikely(x) __builtin_expect(!!(x), 0)

 int main(int argc, char* argv[]){
     int x = ;
     x = atoi(argv[]);

     if (unlikely(x == )){  //告诉编译器这个分支非常不可能为true
         x = x + ;
     }
     else{
         x = x - ;
     }

     printf("x=%d\n", x);
     return ;
 }

3. 分析一下

gcc版本：gcc (Ubuntu/Linaro 4.6.3-1ubuntu5) 4.6.3

编译：gcc -O2 unlikely.cpp -o unlikely

反汇编一下，看看汇编：objdump -S unlikely

  <main>:
  :                         push   %ebp
  :    e5                   mov    %esp,%ebp
  :    e4 f0                and    $0xfffffff0,%esp
  :    ec                 sub    $0x10,%esp
  :   8b  0c                mov    0xc(%ebp),%eax
  804838c:   c7    0a      movl   $0xa,0x8(%esp)
  :
  :   c7          movl   $0x0,0x4(%esp)
  804839b:
  804839c:   8b                  mov    0x4(%eax),%eax
  804839f:                     mov    %eax,(%esp)
  80483a2:   e8 c9 ff ff ff          call    <strtol@plt>
  80483a7:    f8                 cmp    $0x3,%eax
  80483aa:    1f                   je     80483cb <main+0x4b>
  80483ac:    e8                 sub    $0x8,%eax
  80483af:                   mov    %eax,0x8(%esp)
  80483b3:   c7          movl   $0x8048560,0x4(%esp)
  80483ba:
  80483bb:   c7          movl   $0x1,(%esp)
  80483c2:   e8  ff ff ff          call    <__printf_chk@plt>
  80483c7:    c0                   xor    %eax,%eax
  80483c9:   c9                      leave
  80483ca:   c3                      ret
  80483cb:   b8 0c             mov    $0xc,%eax
  80483d0:   eb dd                   jmp    80483af <main+0x2f>
  80483d2:                         nop
  80483d3:                         nop

我们从汇编代码可以看到，代码并不是按照顺序生成的。

unlikely分支(x==3)非常不可能发生，汇编代码生成到了最后。

这个对于庞大的代码还是非常有用的，毕竟在代码预期阶段，可以根据局部性原理把最可能发生的分支对应的指令缓存进来。